Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
К таким приборам относится множество серийных АТР-детекторов для
определения бактериальных инфекций в полевых условиях. Такие и около
тридцати других выпускаемых промышленностью люминометров описаны в работе
[49]. В лаборатории автора создан образец портативного фотодиодного
анализатора глюкозы.
Измерение интенсивности света при анализе с переносом энергии в
гомогенных условиях обеспечивает определенные преимущества. Например,
измерение отношения интенсивностей света при разных длинах волн само по
себе позволяет повысить точность за счет автоматической компенсации
колебаний сигнала. С этой целью можно использовать два отдельных
вакуумных фотоумножителя с соответствующими фильтрами [5, 37]. Более
изящная детектирующая система потенциально с меньшим шумом может быть
создана на основе одного фотоумножителя с вращающимися фильтрами и
синхродетекторного усилителя [42].
31.4. Возможные применения биосенсоров
Если определить биосенсоры как идеальные приборы, пригодные для
имплантации, позволяющие проводить непрерывное наблюдение, уникально
чувствительные и свободные от помех, то люминесцентные методы еще должны
развиваться и развиваться. Совершенно ясно, однако, что как методы
трансляции малых концентраций биологических соединений в легко
обрабатываемый сигнал, они заслуживают внимания.
Потенциальные возможности этих методов велики, особенно если учесть, что
они обладают достаточной чувствительностью и не требуют предварительного
разделения пробы. Существующее аппаратурное оформление этих методов в
целом является традиционным в том смысле, что подготовленный образец
помещают в ячейку или кювету, которую при детектировании излучаемого
света ставят перед вакуумным фотоумножителем. Недавние разработки в этой
области позволяют предполагать, что в недалеком будущем будет налажен
серийный выпуск новых, более удобных приборов.
Моделью для многих приборов на основе описанных в этой главе реакций
может служить рассматриваемое ниже устройство, в котором используется
оптическое волокно диаметром - 3,3 мм [12] (см. также гл. 30). В этом
приборе, измеряющем концентрацию пероксида водорода в буферном растворе,
пероксидазу иммобилизуют в прозрачном полиакриламидном геле и вводят
люминол как в гель, так и в раствор. С помощью фотоумножителя,
помещенного на другом конце волокна длиной 61 см, можно детектировать
концентрации до 10"6 М. Указывается, что в отличие от других ферментных
электродов нет необходимости в том, чтобы продукт ферментативной реакции
диффундировал к поверхности электрода. Таким образом, время отклика
прибора очень мало-около 4 с. При этом, однако, возникает проблема,
связанная с тем, что сигнал лимитируется массопереносом. Использование
световода простой формы позволяет сделать конструкцию приборов удобной и
работоспособной [4]. Так что эта идея заслуживает внимания. При
реализации такого подхода основные проблемы, вероятно, связаны с
иммобилизацией фермента. В случае иммуносенсоров, конечно, возникают
трудности, обуславливаемые крайне низкой скоростью установления
равновесия при связывании лиганда с антителом. Тем не менее благодаря
высокой чувствительности детектирования света и независимости от
процессов на электроде дальнейшие исследования в этой области
представляются перспективными.
Применение био- и хемилюминесценции в биосенсорах
501
Развитию аналитических приборов на основе биолюминесценции препятствует
трудность получения люциферазы. Однако последние обнадеживающие успехи в
этой области, в частности клонирование бактериальной люциферазы [3] и
фотопротеина экорина [7], позволяют надеяться, что такой проблемы больше
не существует. Теперь можно полагать, что редкость данного организма не
будет в дальнейшем сдерживать попытки разработки на его основе новых
аналитических методов.
Как и в случае любых приборов, основанных на использовании ферментов,
возникает вопрос об устойчивости. Уже накоплен довольно большой опыт по
использованию люцифераз, иммобилизованных на различных подложках.
Препараты люциферазы светляка пока еще недостаточно устойчивы для
применения в биосенсорах, однако устойчивость бактериальной люциферазы
постоянно улучшается по мере появления лучших методов иммобилизации.
Теперь бактериальную люциферазу можно использовать в нескольких сотнях
циклов, полагая при этом, что фермент не изменился по сравнению с
исходным. Сможет ли на практике этот фермент служить так долго, как
немногие известные "долгожители", остается предметом дальнейшего
исследования.
Еще одна проблема, возникающая при использовании хемилюминесценции и
биолюминесценции в сенсорах, связана с необходимостью пополнения
реагента. Коль скоро мы хотим использовать такие преимущества эмиссии
света, как простота детектирования и высокая чувствительность, то в
конструкции прибора необходимо предусмотреть и возможность добавления
реагента. Следует понимать, что рассматриваемое явление предполагает
