Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
групп, например FAD.
18.2.1.1. Определение глюкозы. Точное и быстрое определение глюкозы
является существенным не только в аналитических клинических лабораториях,
но и для непрерывного наблюдения больных диабетом. Глюкозный сенсор имеет
большое значение для технологического контроля в микробиологической и
пищевой промышленности. Его можно было бы применять и для определения ди-
и полисахаридов, а также амилазы. Разработкой и оптимизацией глюкозных
сенсоров и анализаторов занимается около 50 групп ученых в различных
странах.
18.2.1.2. Определение глюкозы в крови. Это незаменимый тест для точной
диагностики и терапии сахарного диабета, а также многих других нарушений.
Нормальный уровень содержания глюкозы в крови около 5 ммоль/л, тогда как
при патологии эта величина может увеличиваться до 50 ммоль/л. В моче
нормальное содержание глю-
;Т=1 ¦const/ Т=
const'
Пробоот- Щогоксшаль-борник ткг насос
Реактор Регулятор
Детек-
тор
Самопи-
сец
Ферментный
электрод
Применение амперометрических биосенсоров в анализе
259
козы составляет около 1 ммоль/л; в этом случае для большинства
аналитических методов серьезной проблемой являются мешающие примеси.
Приблизительно 5 процентов взрослого населения развитых стран являются
диабетиками. Важную роль в лечении диабета играла и продолжает играть
аналитическая химия. С этой целью было разработано бесчисленное множество
методов. Однако благодаря специфичности ферментных реакций и
чувствительности электрохимических методов в этой области все более
популярными становятся глюкозные сенсоры. Схема катализируемого
глюкозооксидазой (GOD, ЕС 1.13.4) окисления глюкозы имеет следующий вид:
Т-* , ~ глюкозооксидаза т т / * г, * \
D-глюкоза + О 2----------------> Н202 + D-глюконолактон. (18.1)
Отсюда видно, что концентрацию глюкозы можно измерять, регистрируя либо
расход кислорода по его восстановлению на катоде, либо образование
пероксида водорода по его окислению на аноде.
18.2.1.3. Мешающие вещества. В биологических препаратах обычно
присутствуют различные восстановители вещества, например аскорбиновая
кислота, мочевая кислота, глутатион и т.д., которые существенно влияют на
окисление Н202. Для сведения к минимуму этого эффекта возможны четыре
подхода:
1) Удаление части мешающих веществ с помощью отрицательно заряженной
диализной мембраны, которая задерживает до 0,0852 ммоль/л аскорбиновой
кислоты и 0,464 ммоль/л мочевой кислоты [33]. Более высокие концентрации
этих веществ, а также глутатион и билирубин влияют на сигнал
глюкозоанализатора.
2) Включение в систему компенсирующего электрода с не содержащей фермента
коллагеновой мембраной и регистрация разности токов двух сенсоров [71]
(см. также гл. 22).
3) Использование Н202-селективной асимметричной ацетилцеллюлозной
мембраны, исключающей проникновение к поверхности электрода большинства
мешающих веществ. Такие мембраны используются фирмами Yellow Springs
Instruments Corp. (США) [46] и Fuji Electric (Япония) [73]. Однако такие
составные мембраны довольно дороги.
4) Введение дополнительного диффузионного сопротивления за ферментным
слоем, что позволяет быстро и точно измерять концентрацию глюкозы по
производной сигнала вообще без избирательно проницаемой мембраны [59].
При электрохимическом определении глюкозы в крови по расходу кислорода
измеряемые значения не являются истинными, поскольку часть кислорода в
анализируемом растворе связана с деоксигемоглобином.
18.2.1.4. Чувствительность. В отличие от определения по Н202,
начинающегося с очень низкого фонового тока, что позволяет существенно
повысить чувствительность детектора (предел обнаружения глюкозы до 10"6
моль/л), в случае восстановления 02 регистрируют отклонение от базового
кислородного тока. Поэтому чувствительность анализа обычно ниже на 2-3
порядка величины [71]. Диапазон линейности сигнала глюкозных сенсоров
охватывает четыре порядка. Он, очевидно, ограничен диффузией кислорода в
реакционный слой. Вводя дополнительный внешний диффузионный барьер перед
глюкозооксидазной мембраной, диапазон линейности можно сдвинуть в область
более высоких концентраций.
18.2.1.5. Устойчивость. Важной проблемой клинической диагностики является
устойчивость глюкозы в пробах крови. В случае интактных эритроцитов
концентрация глюкозы в крови понижается за 2 часа почти на 20%. То же
наблюдается в присутствии 0,24 ммоль/л NaF, действующего как ингибитор
гликолиза. При разбавлении крови гипотоническим буфером, приводящим к
гемолизу крови, гликолиз полностью подавляется, а концентрация глюкозы
остается постоянной более 24 ч [2].
17*
260
Глава 18
18.2.1.6. Глюкозоанализаторы. Результатом изучения проблемы сенсоров во
многих фирмах стала разработка глюкозоанализаторов. В табл. 18.1
сравниваются наиболее важные аналитические характеристики этих приборов.
Первый прибор для определения глюкозы на основе амперометрического
ферментного электрода разработан фирмой Yellow Springs Instruments Corp.
