Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
design. Appl. Biochem. and Bioeng., 3, 175-206 (1981).
17. Heyrovsky J. Trends in polarography. Nobel Laureate Lecture. Science,
132, 123-30 (1960).
18. Hopkin T. R. A multipurpose enzyme sensor based on alcohol oxidase.
Am. Biotechnol. Lab., Sept/Oct. 13 (1985).
19. Johnson J. М., Halsall H.B., Heineman W. R. Galactose oxidase enzyme
electrode with internal solutions potential control. Anal. Chem., 54,
1394-9 (1982).
20. Knoblock E. Chem. Listy, 38, 193 (1944).
21. Racine P., Engelhard! R" Higelin J.C., Mindt W. An instrument for the
rapid determination of L-lactate in biological fluids. Med. Instrum., 9,
11-4 (1975).
22. Scheller F., Renncberg P.. Schubert F. Coupled enzyme reactions. In
Intelligent sensors. Engineering Foundation VUIth Int. Conf. on Enzyme
Eng., Helsingor, Denmark, Sept. 22-27, 1985. Prog, and Abstracts, 1985,
p. 49.
23. Silver I. A. An ultra micro glucose electrode. In Ion and enzyme
electrodes in biology and medicine (eds. M. Kessler, L. C. Clark, Jr., D.
W. Lubbers, LA. Silver, W. Simon), pp. 189-92. Urban and Schwarzenberg,
Munchen, 1976.
Глава 2
Сенсоры на основе микроорганизмов
Исае Ка руде
2.1. Введение
Биохимические и микробиохимические процессы все шире применяются в
фармацевтической и пищевой промышленности, очистке сточных вод и
энергетике. Очень важную роль в биотехнологических процессах играет
брожение. Поэтому контроль сырья, клеточной популяции и конечных
продуктов - необходимое условие обеспечения эффективности всей системы.
Для определения органических соединений можно использовать
спектрофотометрию и хроматографию, однако эти методы непригодны для
непрерывных измерений в режиме "на линии" (on-line). Электрохимическое
определение таких соединений имеет явные преимущества: так, можно
проводить измерения без предварительной подготовки проб и, кроме того, не
требуется их оптическая прозрачность. В последние годы разработано
множество биосенсоров для определения органических соединений. Многие
ферментные сенсоры обладают высокой специфичностью по отношению к
представляющим интерес субстратам, однако используемые в них ферменты
обычно дороги и неустойчивы. Микробные сенсоры состоят из
иммобилизированных микроорганизмов и какого-либо электрохимического
датчика и пригодны для непрерывного контроля биохимических процессов [1-
3, 19, 20]. Принцип работы предложенных автором этой главы микробных
сенсоров-это ассимиляция органических соединений микроорганизмами, что
непосредственно регистрируется электрохимическим датчиком. В данной главе
описано несколько микробных сенсоров, разрабатываемых в Японии.
2.2. Сенсор для определения усваиваемых сахаров
При культивации микроорганизмов на патоке сахарного тростника, содержащей
различные сахара, для контроля процесса брожения важно определение
суммарного содержания усваиваемых сахаров в среде. Гак, при высокой
концентрации сахара наблюдается подавление катаболизма, что приводит к
подавлению роста клеток. Восстановленные сахара и сахарозу в
культуральных средах можно определять феррицианидным методом [21]. Этот
метод, однако, не вполне надежен, поскольку неусваиваемые сахара могут
мешать определению.
Усвоение органических соединений микроорганизмами можно оценивать по
дыхательной активности последних, которую в свою очередь можно
непосредственно измерить при помощи кислородного электрода.
Для непрерывного определения общего содержания усваиваемых сахаров
(глюкозы, фруктозы и сахарозы) в бродильной среде сконструирован
микробный сенсор, состоящий из иммобилизованных живых клеток
Brevibacterium lactofermentum и кислородного электрода [4].
Brevibacterium lactofermentum иммобилизовали на кусочке нейлоновой сетки
(1x1 см, 20 меш), которую прикрепляли к кислородному электроду (рис. 2.1
и 2.2). Общее содержание усваиваемых сахаров оценивали по потреблению
Сенсоры на основе микроорганизмов 21
Рис. 2.1. Схема микробного электрода для определения суммарного
содержания усваиваемых сахаров. 1 - серебряный анод; 2 - платиновый
катод; 3, 4 -резиновые кольца; 5-гелевый электролит; 6 -тефлоновая
мембрана; 7 - микроорганизмы, закрепленные на найлоновой сетке; 8 -
целлофановая мембрана.
кислорода иммобилизованными микроорганизмами. Добавление аликвотной части
глюкозы приводило к увеличению поглощения кислорода в растворе. В
результате электродный ток постепенно понижался, пока не достигал
некоторого стационарного значения. Время отклика сенсора составляло 10
мин при измерении стационарного тока и 1 мин в импульсном режиме.
Существует линейная зависимость между уменьшением тока и концентрацией
глюкозы (до 1 мМ), фруктозы (до 1 мМ) и сахарозы (до 0,8 мМ)
соответственно. Чувствительность микробного сенсора к этим сахарам
оценивается соотношением 1,00:0,80:0,92. При использовании растворов,
содержащих 0,8 мМ глюкозы, относительное стандартное отклонение для
величины уменьшения тока составляло 2%. Общее содержание усваиваемых
