Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
с помощью ферментов, специфически катализирующих превращения только одной из форм. Основные стадии процесса представлены в виде диаграммы на рис. 12.29.
Фермент иммобилизуют путем ионного связывания на колонке с носителем (метод 3, рис. 12.28). После непрерывной автоматизированной работы в течение 30 дней при 50 °С активность фермента снижается до 40%; для восстановления активности добавляют свежий фермент. В результате благодаря иммобилизации экономится 40% фермента.
Другой пример использования иммобилизованных ферментов — производство полусинтетических пенициллинов из природных пенициллинов. Иммобилизованный фермент химически модифицирует одну из боковых групп молекулы пенициллина, что приводит к повышению антибиотической активности пенициллинов.
12.17. Биосенсоры
Биосенсор представляет собой электронное регистрирующее устройство, в котором для обнаружения или измерения концентрации химического вещества используется биологический материал, например клетка, фермент или антитело. С его помощью особенно удобно производить измерения в случае ферментов или антител, потому что они очень специфичны и способны различать в сложной смеси отдельные молекулы.
В результате реакции между биологическим материалом и субстратом происходят изменения, которые с помощью подходящего преобразователя превращаются в электрический сигнал (рис. 12.30). Это делается для того, чтобы улавливать изменение и отвечать на него, как это делают органы чувств животных. (Например, палочки и колбочки в сетчатке глаза являются преобразователями. В ответ на действие света они образуют нервный импульс, который имеет электрическую природу.) Для того чтобы электрический сигнал биосенсора можно было считать в той или иной форме, например на цифровом табло, применяется усилитель сигнала. Биосенсор дает возможность улавливать различные типы изменений, такие как высвобождение тепла, свет, изменения pH или массы, поток электронов или образование новых химических веществ.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
94
Глава 12
Субстрат
Продукт вызывает изменения в преобразователе
Смесь молекул, содержащих субстрат, например крови или мочи
Тонкая защитная мембрана или гель, предотвращающие загрязнение сенсора
ч Иммобилизованный детектор,
например фермент, антитело,клетка
Рис. 12.30. Биосенсор.
12.17.1. Преимущества и проблемы использования биосенсоров
Основные преимущества:
1) биосенсоры специфичны — можно анализировать сложные смеси на присутствие определенного химического вещества без предварительной очистки;
2) они очень чувствительны, поэтому можно обнаружить очень низкие концентрации вещества в очень малых образцах;
3) они дают быстрый ответ;
4) они безопасны для использования;
5) они точны;
6) они могут быть очень маленькими;
7) они доступны для массового производства.
Основные недостатки:
1) они не очень прочны, поэтому нуждаются в тщательном уходе;
2) они не очень стабильны;
3) их нельзя стерилизовать.
12.17.2. Контроль уровня глюкозы в крови
Примером биосенсора, который широко используется, является прибор для определения содержания глюкозы в крови больных диабетом (рис. 12.31). Биосенсор содержит фермент глюкозооксидазу в иммобилизованной форме. Фермент окисляет глюкозу в крови; при этом высвобождаются электроны, образующие электрический ток, который пропорционален количеству глюкозы, присутствующей в крови. Биосенсор очень чувствителен; он позволяет измерять концентрацию глюкозы в одной капле крови и выдает результат через 20 с.
Есть надежда, что со временем можно будет имплантировать такие датчики в кровеносные сосуды, находящиеся в коже больных диабетом, что позволит им более точно контролировать потребность в инсулине. Если биосенсор соединить с мининасосом так, чтобы он при необходимости автоматически вводил инсулин, то больной получит фактически автоматическую поджелудочную железу. Такой тонкий контроль позволит снизить вторичные эффекты диабета,
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Рис. 12.31. Пациент, измеряющий содержание сахара в крови с помощью биосенсора фирмы Exactech. После укаю булавкой пациент помещает кашпо крови на светлую полоску (выступающую слева на снимке). Электронное табло показывает содержание сахара в крови, что дает возможность пациенту правильно рассчитать необходимую дозу инсулина.
например повреждения глаз и почек, которые возникают у некоторых больных в результате резких увеличений концентрации инсулина при инъекциях.
12.17.3. Использование в медицине
В настоящее время биосенсоры находят самое широкое применение в медицине. Ферменты все больше используются для рутинного автоматизированного анализа содержания метаболитов, лекарств и гормонов в биологических жидкостях человека. Это особенно необходимо для клинической диагностики. Благодаря использованию биосенсоров снижается риск ошибок при постановке диагноза, а также уменьшаются затраты, поскольку биосенсоры широко распространены и доступны. Диагностика с помощью биосенсоров позволяет врачам-терапевтам проводить анализы непосредственно в их кабинетах,
