Иммунобиосенсоры

Биосенсоры находят все более широкое применение в клинической диагностике для определения важнейших параметров организма человека (глюкозы, холестерина, ионов натрия, калия и кальция и др.); в пищевой и пивной промышленности для контроля качества продуктов питания (измерения температуры, рН, содержания углекислого газа и кислорода, отдельных реагентов и продуктов производства), а также в мониторинге состояния окружающей среды, когда требуется определить содержание тех или иных вредных веществ в воздухе, почве, воде и других средах.

Принципиально биосенсоры состоят из двух преобразователей – биохимического и физического, которые находятся в тесном контакте между собой. Биохимический преобразователь состоит из биораспознающего элемента, который способен реагировать на присутствие определяемого компонента и изменение его содержания. В качестве биораспознающих реагентов широко используются ферменты, антитела, антигены, клетки, ткани, микроорганизмы в иммобилизованном состоянии. Физический преобразователь – трансдьюсер – преобразует первичный сигнал, возникающий в результате реакции биочувствительного элемента с определяемым компонентом, в электрический или световой сигнал, который затем регистрируется с помощью светочувствительного или электронного устройства.

 

 

Рис. 25.Принципиальная схема биосенсора

Для повышения избирательности на входном устройстве перед биочувствительным слоем помещают полупроницаемые мембраны, через которые определяемое вещество диффундирует в биочувствительный слой, взаимодействует с ним, в результате чего формируется аналитический сигнал на компонент.

Иммунобиосенсоры – аналитические устройства, использующие антитела для «узнавания» определенных молекул и выдающие информацию об их присутствии и количестве в виде электрического сигнала. Антитела – наиболее универсальные биореагенты, которые могут обеспечить необходимую селективность. Кроме того, в настоящее время антитела можно получить практически к любому веществу (антигену).

Биосенсоры с антителами в качестве распознающего элемента имеют следующие достоинства:

- исключительная селективность;

- очень высокая чувствительность;

- прочное связывание с антигеном.

К недостаткам работы био- и иммуносенсоров можно отнести то, что они не позволяют, как правило, определять несколько соединений одновременно.

Часто определение анализируемого вещества (антигена) проводят с помощью конкурентного иммуноанализа с применением электрохимического трансдьюсера (например, йодид-селективного электрода). На поверхности электрода адсорбирована желатиновая мембрана с иммобилизованными в ней антителами против определяемого антигена. Электрод помещают в раствор, содержащий как свободный антиген, так и его конъюгат (антиген, меченый ферментом). Меченый и свободный антиген конкурируют за связывание с антителами, причем чем меньше концентрация свободного антигена, тем больше меченого антигена свяжется с антителами, и наоборот, чем больше концентрация анализируемого антигена, тем меньше меченого антигена свяжется с мембраной на поверхности электрода. При добавлении в раствор перекиси водорода и йодид-ионов в качестве субстратов пероксидазы в мембране электрода протекает ферментативная реакция:

 

,

 

в ходе которой происходит окисление йодид-ионов с образованием йода. При этом возникающий на йодид-селективном электроде потенциал пропорционален количеству связанного фермента (меченого антигена), а значит, обратно пропорционален логарифму концентрации анализируемого антигена.

 

 

Количественную оценку концентрации антигена в пробе определяют, сравнивая результаты с калибровочной кривой зависимости электродного потенциала от концентрации стандартного раствора антигена (рис. 26).

 

Рис. 26. Калибровочная кривая, отражающая зависимость

электродного потенциала от концентрации антигена.