Пьезоакустические биосенсоры

Пьезоэлектричество-это эффект продуцирования ве-вом электричества при изменении формы. В анизотропных кристаллах часто обнаруживается обратный эффект, т. е. изменение размеров под влиянием электрического поля. Переменное напряжение вызывает смещение кристалл. решётки и образования механических волн кристаллов. Образование таких волн может вызывать эффект акустического резонанса. Резонансная частота кристалла зависит от его массы, и массы иммобилизованного на нем биоматериала. Даже незначительное увеличение на нем массы биоматериала приводит к изменению резонансной частоты кристалла, которую можно зарегистрировать с очень высокой точностью. Зависимость между изменением массы кристалла и его резонансной частотой описывается ур. ЗауэрБрея: f = - 2,3106 f 2 m/A, где m–масса адсорбированного ве-ва, г; А-площадь поверхности кристалла, см2; f–частота колебаний кристалла.

Термометрические биосенсоры

В основу их функционирования положены физ.-хим. преобразователи - термистрыв сочетании с ферментами, которые катализируют биохимические реакции с тепловым эффектов. Действие термистров обычно основано на способности некоторых оксидов Ме изменять электрич. сопротивление при изменении t. Такими св-вами обычно обладают оксиды Ba, Ca, Co, Ni и Mn.

Биотопливные элементы

БЭ - устройства, в которых осуществляется превращение химической энергии различных веществ в электричество в процессе биологич. трансформации. Кроме выработки энергии Биотопливные элементы могут быть использованы для переработки различных отходов. Движущая сила биотоп. элемента это ОВР исп. субстратов, которые катализируют ферменты или ферментные системы микроорганизмов. По своему конструктивному исполнению существует 4 типа БЭ. В 1 типе топливо генерируется биологически в отдельной секции, а затем подаётся на электрод хим. топливного элемента. Во 2 типе окисление субстратов происходит при помощи биокатализаторов прямо в анодном пространстве БЭ. 3 тип - это БЭ на основе прямого контакта биокатализатора (индивид. ферменты или бактерии, способные к прямой передачи е на электрод) с электродом. 4 тип - микробные медиаторные биотопливные элементы. Конструктивно все типы БЭ схожи между собой. Ячейка БЭ состоит из 2 инертных эл-дов - анода и катода. Их выполняют из графита, Au, Pt. Анод - на нем происходит окисление источника электронов. Катод - на нем происходит восстановление. Между собой А и К отделения разделяют ионообменной мембраной. А отделение продувают инертным газом, а К - воздухом или кислородом. Мембрана позволяет пространственно разделить ре-ции в электродных отделениях и обеспечивает обмен протонами между ними. Н7

Сфера применения: очистка сточных вод, имплантируемые мед. устройства, автономные аппараты, питание мобильной электроники.

Аналитические и метрологические характеристики биосенсоров

Метрологические: диапазон определяемых содержаний, рабоч. интервал, правильность, воспроизводимость, повторяемость, чувствительность и предел обнаружения. К аналитическим относят длительность единичного анализа, долговременная стабильность, время хранения сенсоров, селективность анализа.

Селективность: Возможность определения каждого компонента анализируемого объекта независимо от других. В случае биосенсорного анализа селективность определяется субстратной специфичностью биоматериала. Биорецепторы афинного типа более селективны, чем каталитического типа. Самый селективный Биоматериал - антитела. Селективность биосенсоров каталитического типа определяется специфичностью используемых в них ферментов.

Градуировочная зависимость биосенсоров: Её вид определяется тремя основными факторами: 1.типом биол. Материала (афинный - линейная зав-ть, каталитический - гиперболич. или сигмаидальная). 2.физико-хим. закономерности функционирования преобразователя. 3. Св-ва рецепторного элемента.

Н7

Верхняя и нижняя границы: В кач-ве верхней границы линейного диапазона опр. концентраций в биосенсорах используют контсанту Михаэлиса. Нижняя граница лин. участка - нижняя граница определяемых содержаний. (+см. ниже).

Чувствительность: Простейшей численной хар-кой чувствительности явл. коэффициент чувствительности. Он определяется как производное аналитического сигнала от концентрации. B =dR/dC. Использование коэф. чувствительности для её описания имеет недостатки. Самый большой - коэф. чувствительности явл. размерной величиной, поэтому сравнивать его для разных методов невозможно.

Предел обнаружения: Предел обнаружения - наим. содержание вещества, которое может быть обнаружено данной методикой с заданной степенью достоверности. Предел обнаружения характеризует методику с точки зрения качественного анализа.

Сmin =3Sr/b Нижние границы определяемых содержаний - это минимальное содержание компонента, которое можно определить с заданной степенью точности характеризуемым предельно допустимой величиной Sr. Cн характеризует методику с точки зрения количественное анализа. Для нахождения нижней границы определяют ряд значений стандартного отклонения при различных концентрациях. По полученным значениям строят эксперимент. зависимость S от С и находят С, начиная с которой Sr становится меньше, чем заданное предельное значение.

Операционная стабильность биосенсоров показывает устойчивость ответа на одну и ту же концентрацию субстрата при проведении большого числа последовательных измерений. Операционная стабильность тесно связана с метрологической характеристикой повторяемостью. В кач-ве опер. стабильности принимают Sr при многократном измерении одного и того же образца. Долговременная стабильность характеризует устойчивость работы сенсора в течение длительного периода времени. В качестве долговременной стабильности обычно берут время работы сенсора, при котором ответ падает на 25 или 50%.

Экспрессность (Длительность единичного измерения): Для биосенсора длительность измерения складывается из времени развития ответа и времени восстановления активности рецепторного элемента.

Токсикологическое и экологическое нормирование

Методология санитарно-гигиенического нормирования

Нормирование загразняющ. в-в в объектах окр. среды: в воздухе в воде в почве

Особенности экологического нормирования

Биобезопасность Биоиндикация Экологические основы биоиндикации Общие принципы использования биоиндикаторов Особенности исп. микроорганизмов в биоиндикации Исп. растений в качестве биоиндикаторов Особенности исп. животных в качестве биоиндикаторов Оценка качества различных объектов с помощью биоиндикации: Биоиндикация воздушной среды состояния почвы состояния водной среды Биологические индексы и коэф., исп. при индикационных исследованиях Биотестирование Общие требования к объектам биотестирования Тест-функции объектов биотестирования Подходы к биотестированию Преимущества методов биоиндикации и биотестирования Иммобилизация биологического материала: Адсорбция Капсулирование Включение Сшивка Ковалентное связывание Принципы функциониров. биосенсоров на основе различ. типов преобразователей: Потенциометрические Кондуктометрические Амперометрические Медиаторные биосенсоры Биосенсоры на основе прямого переноса электронов Биосенсоры оптического типа Флюоресцентная спектроскопия в биосенсорах Биосенсор на основе: оптического волокна поверхностного плазмонного анализа жидких кристаллов Пьезоакустические биосенсоры Термометрические биосенсоры Биотопливные элементы Аналитические и метрологические характеристики биосенсоров: Селективность Градуировочная зависимость Верхняя и нижняя границы Чувствительность Предел обнаружения Операционная стабильность Экспрессность (Длительность единичного измерения)