Аналіт Фермент
Електрохімічний а) Аналіт перетворюється Глюкоза Глюкозоксидаза
на електроактивний продукт
б) Аналіт інгібує ферментну CN- Цитохромоксидаза
реакцію яка продукує
електроактивну речовину
Оптичний а)Аналіт перетворюється на Холестерол Холестеролоксидаза
продукт з оптичними (О2)
влативостями(або індукуючий
оптичний сигнал.
б) Оптичні властивості Лактат Лактатмонооксигеназа
ферменту змінюються в
залежності від реакції з
аналітом.
в) Аналіт інгібує ферментну Пестициди Ацетилхолінестераза
реакцію, яка продукє речовину
з оптичними властивостями.
Калориметричний Реакція ферменту з аналітом Глюкоза Глюкозоксидаза
викликає виділення теплової
енергії.
ІІ. Імуносенсори.
Висока специфічність та висока чутливість, яка характеризує реакцію антиген- антитіло, були використані в різного роду лабораторних тестах, які використовували антитіла (імуноаналіз). Імуноаналіз - це багатоступінчатий лабораторний тест, який базується на розпізнаванні та зв’язуванні аналіта антитілом(36). На відміну від імуноаналізу, де можливе використання сигнал-генеруючих міток, калібровочних графіків та спеціальних операцій з середовищем (таких, як обробка зразка, оптимізація рН, певна послідовність дій, період витримування 5-30 хв. ), справжні імуносенсори ідеально характеризуються притаманною сигнал-генеративною властивістю, можливістю визначати антиген (аналіт) менше ніж за 2-3 хв. та деякою оберненістю.
Головною метою в розробці імуносенсорів є створення більш простих Ат-базованих тестів, які б поєднували чутливість та специфічність лабораторного імуноаналізу зі зручним обслуговуванням сенсорних приладів.Це дасть змогу проводити аналіз поза межами великих медичних установ. Лімітуючим фактором в створенні дешевих біосенсорів є те, що цілий прилад може бути використаний лише тільки раз. На практиці зараз впроваджуються імуносенсори, в яких використовуються замінні чіпи з біологічним матеріалом .
Молекули Аг мають великі розміри, і тому найчастіше в імунодіагностиці використовуються оптичні методи аналізу , ядерний магнітний резонанс (ЯМР) чи електрохімічні методи (рідше).
З електрохімічних найбільш поширеними в імуноаналізі є імуноферментні сенсори, в яких вимірюється не концентрація Аг, а тільки концентрація продуктів дії ферментів , які вивільняються при взаємодії Ат-Аг , і на базі результатів робляться висновки про концентрацію Аг.
Широко застосовуються непрямі потенціометричні методи тестування імунних реакцій. В цих методах тестування опосередковане або застосуванням ферментних міток, або використанням ліпосом з електроактивним вмістом,або застосуванням білків, кон’югованих з іонофорами(2).
Перелічені варіанти практично повністю охоплюють все різноманіття методів, де використовуються імуносенсори.
ІІІ. Біосенсори, що містять інтактні клітини.
Сенсори , які містять цілі клітини називаються цілоклітинними біосенсорами(36). Нижче перелічені властивості інтактних клітин, що можуть бути використані в біосенсорах:
а) Клітини чутливі до цілої низки речовин.
б) Ферменти, що містяться in situ мають оптимальну біологічну активність, на відміну
від ферментів in vitro.
в) Низька ціна препаратів (можливість росту в культурі).
Майже всі відомі цілоклітинні біосенсори містять прості бактеріальні чи водорослеві клітини; тваринні та рослинні клітини більш складні і набагато менш стійкі in vitro.
Відомо, що всі цілоклітинні біосенсори базуються на електрохімічних перетворювачах.За допомогою таких біосенсорів можна визначити амінокислоти (наприклад, аргінін), пестициди та інші інгібітори. Нещодавно стало відомо про біосенсор базований на оптичному перетворювачі в поєднанні з пігментованими клітинами(36).
Суттєвими недоліками клітинних біосенсорів є:
а)Швидка загибель клітин, що витрачають електрони, отримані в процесі життєдіяльності,
на ініціацію сигналу.
б)Втрата переносників сигналу - медіаторів через дифузію(2).
Нещодавно українськими вченими був розроблений кондуктометричний біосенсор, що базується на метилотрофних дріжджах Candida boidinii 706, за допомогою якого можна визначати етанол(40).
IV.Біосенсори, що містять молекулярні рецептори.
Біосенсорів цього типу відомо порівняльно мало, в основному, через проблему абсолютної ізоляції та стабілізації молекул в надзвичайному середовищі. Біосенсор такого типу може мати оптичний перетворювач і базуватися, наприклад, на ацетилхоліновому рецепторі нікотину або на електрохімічному перетворювачі і базуватися на зміні потенціалу мембрани, внаслідок обміну подібних речовин (наприклад, рибофлавіну та його аналогу (F), де чутливість сенсора може складати від 0.1 до 2×10-6 М рибофлавіну).
Подальший прогрес можливий в цій галузі біосенсорів лише за підримки молекулярної біології у підвищенні якості і стабільності рецепторів, що можна використовувати in vitro(2).
V. Нуклеінові кислоти в біосенсорах.
Біосенсори, які містять одноланцюгові молекули ДНК звичайно називають “ДНК-
-зондами” чи “ДНК-пробами”, вони використовуються при виявленні таких генетичних хвороб, як серповидна клітинна анемія, фенілкетонурія та ін.(Малюнок 3).
1. Схеметичне зображення біодатчика на основі одноланцюгових нуклеінових кислот.
ATGCCTAG
ковалентно закріплений на носії
фрагмент нуклеінової кислоти
Носій кислоти
Біодатчик
2. Дослідна проба, що містить одноланцюгові фрагменти нуклеїнової кислоти.
CTAAATCCGA
TACGGATC= радіоактивна мітка
ACTTG
3. Аналіз проби. ACTTG
TACGGATC=
ATGCCTAG
розпізнавання та утворення
комплементарного дуплекса CTAAATCCGA
Малюнок 3.Принципіальна схема біодатчика на основі одноланцюгової НК.
Значні успіхи досягнуті при виявленні патогенних мікроорганізмів за допомогою “ДНК-проб” в біологічних рідинах, харчових продуктах, оточуючому середовищі. В таблиці 3 наведені різні віруси,бактерії та інші патогенні мікроорганізми, які можна визначити за допомогою “ДНК-проб”(21).
Таблиця 3.
Віруси; Вірус гепатита В
Вірус гепатита А
Цитомегаловірус
Аденовіруси
Вірус герпеса
Ентеровіруси
Вірус папіломи людини
Ротавірус
Вірус HTLVI
Вірус HIV
Паповіруси
Риновіріси
Бактерії; Шигелла
Сальмонелла
Легіонелла
Кампілобактер
Золотистий стафілокок
Інші збудники; Трипаносома
Найпростіші з роду Plasmodium
Шистосома
Хламідія
Кандіда
Біосенсори на основі рідких кристалів суперспіральних молекул ДНК викликають особливу увагу через можливість існування кільцевих молекул ДНК у різних формах, що різняться за своїми властивостями, до того ж існування цих форм цілком залежить від зовнішніх факторів. Під дією ферментів (нуклеаз та рестриктаз) рощеплюється суперспіральна упаковка молекул і відбувається перебудова кристалів, що проявляється аномальною оптичною активністю дослідної дисперсії (Малюнок 4.). Цей біосенсор використовується для визначення агентів, що руйнують суперспіральну ДНК(41).
Завантажити реферат