- •1. Квантовомеханические основы биоэнергетики
- •3.1.Основные понятия квантовой механики
- •3.2.Испускание и поглощение энергии атомами и молекулами
- •3.3. Квантовомеханические особенности строения биомолекул
- •3.4. Механизмы переноса энергии и заряда
- •2. Химические и биологические сенсоры
- •2.1. Полевые транзисторы
- •2.1.1Краткие сведения о полупроводниках
- •2.1.2 Контакт полупроводника с раствором
- •2.1.3 Полевой транзистор
- •2.2 Модифицированные электроды, тонкопленочные электроды и печатные электроды
- •2.2.1Толстопленочные печатные электроды
- •2.2.2 Микроэлектроды
- •2.2.3 Тонкопленочные электроды
- •2.3 Биологическое распознавание молекул
- •2.3.1 Ферменты
- •2.3.2Ткани
- •2.3.3 Микроорганизмы
- •2.3.4 Митохондрии
- •2.3.5 Антитела
- •2.3.6 Нуклеиновые кислоты
- •2.3.7 Рецепторы
- •2.4 Иммобилизация биологических компонентов
- •2.4.1 Адсорбция
- •2.4.2 Микрокапсулирование
- •2.4.3. Включение
- •2.4.4 Сшивка
- •2.4.5 Ковалентное связывание
- •2.5 Аналитические характеристики сенсоров
- •2.5.1 Селективность
- •2.5.2 Чувствительность
- •2.5.3. Временные характеристики
- •2.5.4. Прецизионность, точность и воспроизводимость
- •2.5.5 Факторы, влияющие на характеристики сенсоров
- •2.6 Электрохимические сенсоры и биосенсоры
- •2.6.1. Потенциометрические биосенсоры
- •2.6.2. Биосенсоры с аммиак-чувствительными электродами
- •2.6.3. Биосенсоры с со2-чувствительными электродами
- •2.6.4. Биосенсоры с иодид-селективными электродами
- •2.6.5. Биосенсоры с Аg2s-чувствительными электродами
- •2.6.6. Амперометрические биосенсоры
- •1) За счет его ферментативного гидролиза (под действием арилациламидазы) и последующего окисления п-аминофенола на печатном графитом электроде;
- •2) За счет прямого окисления парацетамола на угольно-пастовом электроде
- •2.7 Применение сенсоров на основе полевых транзисторов
- •2.7.1. Химически чувствительные полевые транзисторы (хчпт)
- •2.7.2 Ионоселективные полевые транзисторы
- •2.7.3 Ферментные полевые транзисторы (фпт)
- •3. Микроаналитические системы
- •3.1 Сенсоры как составная часть и один из базисных элементов микроаналитических систем
- •3.2 Принципы построения микроаналитических систем
- •3.3 Функциональные элементы микроаналитических систем и некоторые инженерные решения по их реализации
- •3.4 Технологии микроаналитических систем
- •3.5. Лаборатории-на-кристалле
- •3.5.1. Газовый хроматограф
- •3.5.2. Жидкостный хроматограф
- •3.5.3. Детектирующие устройства микролабораторий
- •3.6 Эволюция сенсорной системы для определения альдегидоксидазы
- •4. Проектирование элементов микросистемной техники
- •4.1. Язык описания элементов микросистем vhdl-ams
- •4.2. Проектирование элементов мст в сапр Tanner Pro
- •4.2.1. Библиотека memsLib
- •4.2.2. Схемный редактор s-Edit
- •4.2.3. Редактор топологии l-Edit
- •4.2.4. Подсистема схемотехнического моделирования t-Spice
- •4.3. Проектирование элементов мст в сапр CoventorWare
- •4.3.1. Программа Architect
- •4.3.2. Программа Designer
- •4.3.3. Программа System Builder
- •4.3.4. Программа Analyser
- •4.4. Программа конечно-элементного моделирования ansys
- •4.4.1. Режимы работы программы ansys
- •4.4.2. Маршрут моделирования элементов мст в ansys
- •4.5 Перспективы развития микроаналитических систем
2.6.2. Биосенсоры с аммиак-чувствительными электродами
С помощью аммиак-чувствительного электрода можно следить за лю- быми превращениями, в ходе которых образуется аммиак.
Определение мочевины. Как видно из приведенного выше уравнения реакции, при гидролизе мочевины образуется аммиак. За его содержанием можно следить с помощью электродов, чувствительных либо к ионам аммония, либо к газообразному аммиаку. В последнем случае раствор должен быть щелочным. В одном из наиболее удачных биосенсоров на мочевину используется аммиак-чувствительный электрод, на полипропиленовой мембране которого иммобилизована уреаза. Он характеризуется низким пределом обнаружения (10-6 М), быстрым временем регенерации,позволяющим делать 20 проб в час со стандартным отклонением ± 2,5 %, и довольно широким линейным диапазоном (от 5-10-5 до 10-2М).
Определение креатинина. При деаминировании креатинина под действием креатиназы также образуется аммиак:
креатинин -» NH3 + креатин
Аммиак-чувствительный электрод, на полипропиленовой мембра- не которого иммобилизовали креатиназу, сохраняет стабильность на протяжении 8 месяцев и позволяет провести 200 измерений. Его предел обнаружения составляет 8-10-6 М.
Определение фенилаланина. Под действием фенилаланинаммиаклиазы из фенилаланина образуется аммиак и транскоричная кислота:
L-фенилаланин -» NH3 + транскоричная кислота
Разработан сенсор на фенилаланин, который характеризуется очень высокой селективностью, но медленно регенерирует и имеет узкий линейный диапазон.
Определение аденозина. При деаминировании аденозина под действием адениндезаминазы образуются инозин и аммиак:
аденозин -» NH3 + инозин
В биосенсоре на аденозин адениндезаминазу адсорбировали на поверхности аммиак-чувствительного электрода, а затем сшивали глутаровым альдегидом.
Определение аспартама. Аспартам под действием L-аспартазы также претерпевает превращения с образованием аммиака:
Аспартам -» NH3 + С6Н5СН2СН (C02H) NHCOCHCHC02H
2.6.3. Биосенсоры с со2-чувствительными электродами
Известно несколько примеров использования в биосенсорах ИСЭ, чувствительных к углекислому газу.
Определение мочевины. Мочевина гидролизуется с образованием аммиака и углекислого газа. В кислом растворе за выделяющимся углекислым газом можно следить с помощью соответствующего газового электрода.
Определение оксалата. Определение оксалата в моче имеет клиническое значение при диагностике оксалурии. Под действием оксалатадекарбоксилазы оксалт распадается на С02 и формиат:
Оксалат → 2С02 + формиат
Однако оксалатадекарбоксилаза ингибируется фосфатом и сульфатом, которые обычно присутствуют в моче. Вместо нее можно использовать оксалатоксидазу, в присутствии которой из оксалата образуются С02 и перекись водорода:
Оксалат → 2С02 + Н202
Впрочем, оксалатоксидаза также ингибируется некоторыми анионами.
Определение дигоксина. Онределение концентрации дигоксина проводят с помощью конкурентного иммуноферментативного анализа. В анализе используют полистирольные шарики с иммобилизованным на них дигоксином, которые легко отделить от испытуемого раствора. В зависимости от содержания диоксина в растворе с шариками связывается разное количество антител против дигоксина, меченных пероксидазой. Количество связанной пероксидазы можно определить после добавления к суспензии шариков перекиси водорода и пирогаллола по количеству образующегося С02:
Н202 + пирогаллол → С02