Побудова біосенсорних пристроїв
Ферментні електроди являють собою пристрої, змонтовані на основі електрохімічного датчика і иммобилизованного ферменту, що знаходиться з першим в безпосередньому контакті (див. Рис. 7). Принцип дії ферментних електродів заснований на дифузії субстрату в тонкий шар біокаталізатора (тест-об'єкта). Продукти ферментативної реакції визначаються електрохімічним датчиком. Залежно від способу визначення електроди поділяються на потенціометричні і амперометричні. Хоча принцип дії обох типів ферментних електродів однаковий, амперометричні електроди відрізняються від потенціометричних споживанням продуктів на поверхні електрохімічного датчика. Сигнали датчиків також різняться: потенциометрические генерують потенціал, амперометричні працюють в режимі вимірювання струму. Ці відмінності обумовлені тим, що потенціометричні ферментні електроди конструюються на основі іоно- і газоселектівних електродів, що володіють лінійною залежністю потенціалу від логарифма концентрації визначається речовини, в амперометричних же струм електрохімічних датчиків прямопропорційно залежить від концентрації сполук або пропорційний швидкості електрохімічного процесу (в тому випадку, якщо в основі роботи біосенсора лежать біоелектрокаталітіческіе реакції).
4.1.1. потенціометричні ферментні
Для виготовлення потенціометричних ферментних електродів найбільш часто використовуються рН-електроди, іоноселективні електроди, чутливі до іонів амонію, ціанід-іонів, а також чутливі до газам (СО2. NH3 та ін.) Мембранні електроди і електроди з повітряної щілиною. Електрохімічний датчик вибирається таким чином, щоб субстрат або продукт ферментативної реакції можна було визначати потенціометрично.
Для створення таких біосенсорів найбільш часто використовуються ферменти наступних класів: оксидази (оксидази амінокислот, глюкозооксидаза і ін.), Декарбоксилази (наприклад, тірозіндекарбоксілаза), гідролази (уреаза, b-глюкозидази, пеніциліназа і ін.) І деякі інші ферменти. Цими ферментами катализируются реакції:
R-CH (NH3 +) -COO - + O2 + H2 O R-COCOO - + NH4 + + H2 O2,
R-CH (NH3 +) -COO - R-CH2 NH3 + + CO2,
(NH2) 2 CO + 2H2 O CO2 + 2NH3 + OH -.
У наведених вище схемах продукти реакцій, які можуть бути визначені за допомогою потенціометричних іоноселектівних електродів або мембранних газових електродів, підкреслені. Крім того, всі зазначені вище процеси містять продукти, що викликають зміну рН. Більшість ферментних потенціометричних електродів призначене для визначення вмісту різних органічних сполук, проте в даний час розроблені біосенсори зазначеного класу і для визначення деяких неорганічних сполук. У табл. 5 наведені характеристики деяких ферментних електродів.
З практичної точки зору найбільший інтерес представляють електроди, чутливі до АМФ і володіють груповий специфічністю до амінокислот, а також до окремих амінокислот завдяки використанню специфічних оксидаз або декарбоксилаз. Для клінічних вимірювань великий інтерес представляють також електроди, чутливі до сечовини і сечової кислоти, для мікробіологічної промисловості - електроди, чутливі до антибіотиків.
Інтервал концентрацій визначаються з'єднань лежить в області 10 -5 -10 -2 М і залежить від застосовуваного ферменту і електрохімічного датчика.
У переважній більшості випадків для конструювання потенціометричних електродів використовується один фермент. Однак, якщо продукти ферментативної реакції електрохімічних неактивні, необхідний такий підбір послідовних ферментативних реакцій, щоб за їх ходом можна було стежити потенциометрическим