Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
в сенсорной системе. Оптимальная температура равна 55 °С. В этих
условиях, однако, стабильность работы сенсора низка, поскольку при 55 °С
фермент постепенно денатурирует. Поэтому все последующие эксперименты
проводили при 37 °С. Сенсор успешно эксплуатировали в течение 15 дней; за
это время было выполнено 150 определений глюкозы, а сигнал при
концентрации раствора 1 мг/л оставался постоянным. Эти данные
свидетельствуют о хорошей селективности и стабильности сенсора, а
следовательно, и о возможности его практического применения для
определения глюкозы.
5
а .j I I I_______________________________________________________________
0 2 4 6 8 10
Концентрация глюнозы, мг в 100 мл
Рис. 25.8. Градуировочная кривая для определения глюкозы (37°С, pH 7,0).
Микробиосенсоры ни основе кремниевых транзисторов
381
Рис. 25.9. Влияние температуры на сиг}мл сенсора.
2 0 40 60 80
Температура, °С
25.3.2. Сенсор глутамата на основе кислородного микроэлектрода
Определение L-глутаминовой кислоты (L-Glu) очень важно в пищевой
промышленности, поскольку L-Glu, в больших количествах получаемая
микробиологическим путем, широко применяется как вкусовая добавка к
пищевым продуктам. Для микробиологической и пищевой промышленности
разработано несколько глутаматных сенсоров, состоящих из
иммобилизованного фермента и электрохимического устройства.
Глутаматоксидаза катализирует окисление глутамата, причем в ходе
окисления расходуется кислород. Следовательно, в качестве преобразователя
сигналов глута-матного сенсора можно использовать кислородный сенсор.
Такой кислородный микросенсор представляет собой модифицированный
микроэлектрод для Н202 (см. разд. 25.3.1).
Кислородный микросенсор схематично изображен на рис. 25.10. Он состоит из
газопроницаемой тефлоновой мембраны, двух золотых микроэлектродов и
раствора электролита (0,1 М КОН). Характеристики кислородного
микроэлектрода изучали с помощью циклической вольтамперометрии при
различных концентрациях растворенного кислорода (смесь кислорода и азота
барботировали через изучаемый раствор). Если к золотым электродам
приложено напряжение около 1,1 В, то наблюдается пик тока, что связано с
восстановлением кислорода. Между определяемым таким путем током пика и
концентрацией кислорода существует линейная зависимость (см. рис. 25.11).
Отсюда следует, что кислородные микроэлектроды можно применять для
определения концентрации кислорода, а также в качестве преобразователей
сигнала в сочетании с микросенсорами для определения глутамата.
Глутаматоксидазу иммобилизовали на триацетилцеллюлозной мембране,
содержащей глутаровый альдегид и триамин (1,8-диамино-4-аминометилоктан).
Мембрану с
Рис. 25.10. Схема кислородного электрода. 1 - золотые электроды; 2 -
тефлоновая мембрана; 3-0,1 М КОН; 4 Si}N±; 5-Si02; 6-крем)шй; 7 -
силиконовый каучук.
382
Глава 25
глутаматоксидазой помещали на тефлоновую мембрану кислородного
микросенсора и защищали найлоновой сеткой. При контакте этой сложной
сенсорной системы с раствором глутамата в результате окисления последнего
наблюдается быстрое уменьшение выходного тока до некоторого стационарного
значения.
На рис. 25.12 представлен график зависимости уменьшения тока от
концентрации глутамата. Если в качестве меры активности взять уменьшение
тока через 5 мин после добавления раствора глутамата, то между
уменьшением тока и концентрацией глутаминовой кислоты наблюдается
линейная зависимость в диапазоне концентраций от 5 ' до 50 мМ. Изучено
влияние температуры на уменьшение тока пика сенсора. Оптимальная
температура оказалась равной приблизительно 40 °С, но в этих условиях
постепенная денатурация фермента приводит к снижению стабильности работы
сенсора. Поэтому все последующие эксперименты проводили при 30 °С.
Селективность сенсора для определения глутамата оказалась вполне
удовлетворительной, и его применение для контроля микробиологических
процессов и анализа пищевых продуктов представляется весьма
целесообразным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Karube /., Suzuki S., Amperometric and potentiometric determinations
with immobilized enzymes and micro-organisms. Ion-Selective Electrode.
Review, 6, 15-58 (1984).
2. Karube Suzuki S., Immobilized enzymes for clinical analysis. In
Enzymes and immobilized cells in biotechnology (Laskin A.I., ed.), pp.
209-26. Benjamin/Cumming Publishing, London, 1985.
Микробиосенсоры на основе кремниевых транзисторов
383
3. Bergveld P., Development of an ion-sensitive solid-state device for
neuro-physiological measurements. IEEE Trans, on BME, BME-I7, 70-1
(1970).
4. Matsuo Т., Wise K. D. An integrated field-effect electrode for
biopotential. IEEE Trans, on BME, BME-21, 485-7 (1974).
5. Caras S., Janata J. Field effect transistor sensitive to penicillin.
Anal. Chem., 52, 1935-7 (1980).
6. Miyahara Y., Matsu F" Moriizumi Т., Matsuoka H., Karube I., Suzuki S.
Micro enzyme sensors using semiconductor and enzyme-immobilization
techniques. In Proceedings of the international meeting on chemical
