2.7.3 Ферментные полевые транзисторы (фпт)

Полевые транзисторы с ферментом, помещенным в область затвора, представляют собой миниатюрные биосенсоры. Обычно используют двухзатворную конструкцию наподобие изображенной на рисунке 2.27.

Рис. 2.27. Схема двухзатворного фермент-содержащего полевого транзистора. В качестве детекторов СО и этанола используются металлоксидные полупроводники.

1 — кремниевая подложка;

2—диэлектрик;

3 — аналит-чувствительная мембрана;

4 —сток;

5 — исток;

6 — изолирующая заливка;

7 — раствор аналита;

8 — электрод сравнения

Чаще всего применяют рН-чувствительные транзисторы, в область затвора которых могут быть помещены такие ферменты, как пенициллиназа, глюкозооксидаза или уреаза. На основе трехзатворного полевого транзистора, один из затворов которого используется для сравнения, а в двух других размещены глюкозооксидаза и уреаза, изготовлен био- сспсор для одновременного определения глюкозы и мочевины.

Предложен водород-чувствительный полевой транзистор на основе легированного Pd оксида металла, в котором используются мланиндегидрогеназа и система NAD⁺—NADH. Очевидно, систему N AD⁺-NADH можно использовать и для разработки других биосенсоров на основе полевых транзисторов.

3. Микроаналитические системы

Прогресс в области микро- и нанотехнологии стимулировал не только развитие приборов интегральной электроники и фотоники, предназна- ченных, в первую очередь, для обработки информации, но и иницииро- вал реализацию новых технических решений в условиях систем, кото- рые часто называют первичными преобразователями информации, то есть сенсорами.

В то же время конструктивно-технологическая интеграция сенсорных, процессорных и исполнительных устройств на так называе- мом «чипе» позволила перейти к системам, наделенным по своим возможностям не просто контролирующими, но и аналитическими функциями, что определило появление микроаналитических систем. Эти приборы по своим физическим возможностям в отно- шении чувствительности контрольно-измерительных процедур на- ходятся между классическими датчиками и аналитическими систе- мами, опережая последние, как правило, в оперативности проведе- ния анализа.

Первая интегральная микроаналитическая система была изго- товлена в 1970-е годы, но лишь начиная с 1990-х годов научно-тех- ническое сообщество пришло к пониманию важности реализации микросистем в области аналитической химии то есть микроаналити- ческих систем (гибридно-интегральных систем полного химическо- го анализа, u-TAS, lab-on-chips, MAC, КАМС). Такие системы полу- чены, с одной стороны, путем простого масштабирования аналити- ческих приборов, с другой, благодаря пониманию физических законов в мире микроструктур и продвижению этого понимания все дальше вниз по шкале размера.

Полученный результат — микроаналитические системы — играют все более важную роль как в практике специалистов-аналитиков, так и в повседневной жизни благодаря своим новым свойствам, которые по- явились при переходе в микромасштаб, — высокая скорость и произво- дительность анализа при доступности, «интеллектуальности» и автома- тизации. Толчком к развитию данной области, в которой ожидались эти эффекты синергетического плана, явилась достаточно прагматическая потребность интенсивно развивающихся отраслей промышленности — биотехнологии, фармакологии, генной инженерии в скоростном и мас- совом анализе. Его появление его можно назвать своеобразной инфор- мационной революцией в аналитике.

На принципиальные изменения в области аналитики, которые обес- печивают как резкое повышение скорости анализа и снижение его сто- имости, так и потенциал автоматизации и интеграции функционально сложных систем на новом технологическом уровне, указывает также скорость разработки и внедрения в практику новых видов микроанали- тических устройств.

Их создание требует изыскания новых принципов организации, ар- хитектуры и функционирования аналитических систем на основе при- нципов модульности, комплементарности, заменяемости и возмож- ности модификации в целях создания гибкости и оперативности в от- ношении разнообразия решаемых аналитических задач и применения накопленного опыта микротехнологий.