Биосенсоры

ВВЕДЕНИЕ. В биосенсоре объединены чувствитель-

пользуя оптическое волокно (световод). Оптические

ный материал биологического происхождения (фер-

биосенсоры находят очень широкое применение бла-

мент, антитела, ДНК, микроорганизмы и т.д.), реаги-

годаря высокой чувствительности (до 10–10 г/л) и

рующий на присутствие определяемого компонента,

возможности получать не только качественные, но и

и физический преобразователь сигнала (электрод,

количественные данные.

оптрод, светочувствительное устройство, кварцевое

ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОННЫЙ АНАЛИЗ (ПИА). В стро-

оптическое волокно и др). Самое большое распро-

гом смысле слова этот метод не относится к биосен-

странение получили ферментные и микробные био-

сорным (биологический компонент и преобразова-

сенсоры. Объем мирового рынка биосенсоров соста-

тель разнесены в пространстве), однако метод

вляет 5 млрд долл. США.

находит все большее применение в иммунофермент-

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ БИОСЕНСОРЫ. На поверхно-

ном анализе и в исследованиях ДНК. ПИА сочетает в

сти датчиков в ферментных биосенсорах иммобили-

себе аналитический подход и автоматизированную

зованы ферменты, чаще всего гидролазы (для изме-

обработку жидких проб, поэтому его часто использу-

рения рН среды) или оксидазы (для определения

ют при непрерывном измерении концентрации компо-

концентраций О2 или Н2О2). Часто при измерении

нентов пробы. Возможно применение принципа ПИА

окислительно-восстановительного потенциала ис-

в сочетании с микросистемной технологией, напри-

пользуют так называемые медиаторы. Окислитель-

мер нанотехнологией.

но-восстановительный потенциал диметилферроцена

РЕЦЕПТОРЫ КАК БИОСЕНСОРЫ. Хеморецепторы бак-

+100 мВ; это обеспечивает высокую специфичность

терий и органы чувств высших животных – примеры

сенсора: удается снизить фоновые шумы, так что не-

естественных биосенсоров. В отличие от биосенсо-

специфические реакции с другими компонентами

ров, созданных человеком, рецепторы могут обнару-

среды, по-видимому, исключены (редокс-потенциал

живать, а затем быстро количественно определять

L-аскорбиновой кислоты +170 мВ). Самый извест-

очень сложные комбинированные сигналы (запах ро-

ный биосенсор – глюкозный электрод. Он использу-

зы, аромат вина и др.). Распознавание раздражителя

ется при проведении лабораторных анализов крови

в рецепторах основано на сравнении полученного

на «сахар» в медицинских учреждениях, при само-

сигнала с уже известными сигналами. Однако даже

контроле уровня «сахара» крови, а также с целью

самые передовые технологии биосенсорики пока не

контроля питательной среды в производственных

позволяют создать прибор, приближающийся к ре-

биореакторах. Ведутся разработки вживляемых био-

цепторам по чувствительности и многообразию при-

сенсоров на глюкозу в комплете с переносным доза-

нимаемых сигналов.

тором инсулина; однако такие устройства пока не

применяются из-за отторжения иммунной системой

организма. Кислородные электроды с иммобилизо-

ванными микроорганизмами используются для на-

блюдения за потреблением кислорода в культуре. На

этом же принципе основан контроль сточных вод

после очистки. Применение биосенсоров позволяет

провести качественную и количественную оценку за-

грязнения в течение нескольких минут, в то время

как традиционный анализ занимает около 5 сут. Им-

мунный анализ может также проводиться с помощью

биосенсоров, в которых участники электрохимиче-

ской реакции содержат метку. ДНК-биосенсоры поз-

воляют обнаруживать в среде вещества, которые

оказывают воздействие на генетический материал.

Принцип метода заключается в том, что в результате

взаимодействия ДНК с биологически активными ве-

ществами происходит изменение физико-химиче-

ских свойств нуклеиновой кислоты, что обнаружива-

ется с помощью детектора.