Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теоретические аспекты функционирования электрохимических биосенсоров





Электрохимическая детекция в прямых (безмедиаторных) биосенсорах основана на прямом каталитическом переносе электронов между поверхностью чувствительного элемента сенсора — электрода — и активным центром биораспознающего реагента. Перенос электронов может происходить непосредственно на поверхности электрода либо на предварительно модифицированной его поверхности, обеспечивающей прямой перенос электрона.

Существует структурная концепция для объяснения процесса переноса электрона между активным центром биокомпонента и электродом. Получено эмпирическое уравнение, выражающее зависимость между скоростью внешнесферного переноса электрона и глубиной залегания активного центра биораспознающего компонента. Критическое расстояние туннельного переноса оценено в 1,24 нм при скорости переноса 102 с–1. Другие исследователи приводят значения критических расстояний в интервале 1,2—1,6 нм [4]. На основании анализа экспериментальных данных, сделан вывод, что те белки, которые являются активными в процессе прямого биоэлектрокатализа, обладают близко расположенным к поверхности белковой глобулы (менее 1 нм) активным центром. Однако, к настоящему времени существует лишь небольшое число биосенсоров, функционирующих с прямым электронным переносом.

Для улучшения условий обмена электронами между активным центром фермента и электродом в сенсорную систему можно вводить специальное диффузионноподвижное низкомолекулярное вещество, которое служит переносчиком электронов. В этом случае происходит так называемый медиаторный перенос электронов.

К медиаторам, обеспечивающим работу биосенсоров, предъявляются следующие основные требования [6]:

1) медиатор должен быстро реагировать с восстановленной формой биораспознающего фермента;

2) гетерогенные реакции с участием медиатора должны быть обратимы;

3) перенапряжение процесса регенерации окисленного медиатора должно быть низким и не зависеть от рН;

4) медиатор должен быть устойчивым как в окисленной, так и в восстановленной форме;

5) восстановленный медиатор не должен реагировать с кислородом;

6) медиатор должен быть нетоксичным.

Выбор медиатора с учетом указанных требований осуществляется, исходя из окислительно-восстановительных свойств активного центра биохимического реагента.

Одна из важнейших проблем, с которой столкнулись разработчики биосенсоров, касалась процедуры иммобилизации медиатора на электроде, которая, как предусматривалось, должна обеспечить прочное удерживание медиатора на поверхности электрода, чтобы предотвратить вымывание его в раствор. Поиски подходов к решению этой проблемы привели к созданию концепции безреагентных амперометрических биосенсоров. В рамках этой концепции биосенсоры — это система на основе амперометрических ферментных электродов, которые генерируют сигнал, пропорциональный концентрации субстрата и независимый от содержания медиатора или кофермента [7]. При этом имеется в виду, что присутствие медиатора и кофермента вблизи электрода не исключается. Таким образом, при разработке безреагентных амперометрических биосенсоров медиаторного типа возникает потребность в методах иммобилизации медиаторов, ферментов и коферментов, при которых не затрудняется их функционирование как эффективных переносчиков электронов между биокомпонентом и электродом, а также сохраняется высокая скорость электронного переноса.

Из биосенсоров наибольшее развитие и применение получили системы на основе ферментов в качестве биораспознающего компонента. При адсорбции ферментов на твердых поверхностях (металлы, керамика, полимеры) они частично или полностью сохраняют свою структуру и каталитическую активность, которая в ферментных биосенсорах проявляется в ускорении процесса обмена электронами между субстратом и поверхностью электрода.

Одним из ферментов, которые используются в биосенсорах непосредственно в качестве биокатализатора или в качестве метки, является пероксидаза хрена.







Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 507. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...


Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...


Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...


Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Особенности массовой коммуникации Развитие средств связи и информации привело к возникновению явления массовой коммуникации...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Условия, необходимые для появления жизни История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни...

Метод архитекторов Этот метод является наиболее часто используемым и может применяться в трех модификациях: способ с двумя точками схода, способ с одной точкой схода, способ вертикальной плоскости и опущенного плана...

Примеры задач для самостоятельного решения. 1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P   1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия