Биосенсоры на основе пероксидазы хрена с использованием медиаторов

Важным направлением в развитии ферментативных методов анализа является использование сопряженных реакций, катализируемых различными ферментами. Напомним, что сопряженными называются ферментные системы, в которых продукты первой ферментативной реакции служат субстратами для второй реакции и так далее. Используя сопряженные реакции, можно существенно повысить чувствительность анализа, а также упростить детектирование определяемого вещества. В биосенсорах, основанных на использовании сопряженных систем, на поверхности электродов иммобилизуют совместно два разных фермента; конечные продукты реакции определяют электрохимическими методами.

Многие ферменты-оксидазы катализируют окисление различных веществ с образованием пероксида водорода. Прямое электрохимическое детектирование Н₂О₂ часто затруднено из-за высокого значения требуемого потенциала, которое может привести к окислению других соединений, мешающих определению пероксида, например аскорбата. Однако пероксид водорода может быть определен электрохимически с использованием пероксидазы как биокатализатора для химического восстановления Н₂О₂. Этот подход реализован в биосенсорах на основе сопряженных ферментных систем с участием пероксидазы. При имобилизации фермента не всегда удается ориентировать его активный центр таким образом, чтобы был возможен прямой обмен электронами между активным центром и поверхностью электрода. В этом случае для переноса электронов используются низкомолекулярные переносчики электронов — медиаторы. Такие биосенсоры перспективны для создания систем контроля различных метаболитов и проведения мониторинга организма.

На основе сопряженных полиферментных систем разработан ряд биосенсорных устройств для определения L-аминокислот, глюкозы, лактата, оксалата и множества других соединений. Классическим примером таких устройств являются биосенсоры для определения глюкозы. В этих биосенсорах на поверхности электродов совместно иммобилизованы глюкозооксидаза и пероксидаза. Окисление глюкозы сопровождается образованием пероксида водорода, ферментативное восстановление которого с участием пероксидазы детектируется электрохимически. Описано совместное использование этой биферментной системы, которую наносили на электроды, изготовленные из золотых нанотрубок, модифицированных меркаптоэтиламином [24]. В качестве медиатора использовали гидрохинон. Сравнительные определения глюкозы на электродах с ферментами, иммобилизованными в монослое и на двух слоях нанотрубок, показали преимущества электродов, работающих при наложении отрицательного потенциала (–0,2 В, х.с.э.).

Принцип совместной иммобилизации глюкозооксидазы и пероксидазы реализован также в биосенсорах для определения количества сахара в грейпфрутовом соке и в белом вине [25], предел обнаружения глюкозы 4,37 мкмоль/дм3. В качестве медиатора использовали ферроцианид калия.

Описан амперометрический биосенсор с электродом, поверхность которого модифицирована двумя ферментами — холестериноксидазой и пероксидазой, для определения холестерина [26]. В качестве медиатора использовали ферроцен.