Міністерство освіти Російської Федерації
Пензенський Державний Педагогічний університет ім.В.Г. Бєлінського
Курсова робота НА ТЕМУ
Біосенсори: основи та додатки
Перевірив
оскільки б. н. Соловйов В.Б.
Виконала
Махнова Є.В.
Зміст
ВСТУП. 4
1. ОСНОВНА ЧАСТИНА. 6
1.1 Сенсори на основі мікроорганізмів. 6
1.2 Сенсор для визначення засвоюваних цукрів. 6
1.3 глюкозний сенсор. 7
1.4 Сенсор оцтової кислоти .. 9
1.5 Сенсор спиртів. 10
1.6 Цефалоспориновий сенсор. 11
1.7 Сенсор БПК .. 13
2. Основні біосенсори на основі рослинних і твариннихтканин. 15
2.1 біосенсорів АМР. 16
2.2 біосенсорів сечовини .. 18
2.3 Цістейповий біосенсор. 19
2.4 Мітохондріальні біосенсори .. 20
2.5 амперометричного біосенсора .. 22
3. Можливе використання біосенсорів, застосуваннябіосенсорів в клінічній медицині. 25
3.1 Гази крові. 26
3.2 Моніторинг калію. 27
3.3 Глюкоза. 29
ВИСНОВОК. 34
Список використаної літератури .. 35
ВСТУП
біосенсори - це пристрій,включає біологічний чутливий елемент, тісно пов'язаний зперетворювачем або інтегрований з ним. Зазвичай біосенсор призначений дляформування цифрового електричного сигналу, пропорційного концентраціїпевного хімічної сполуки або ряду сполук. Сучасна концепціябіосенсора в значній мірі пов'язана з ідеями Ліланда Кларка-молодшого іспівавторів, розвиненими в 1962р. Автори припустили, що якби ферменти можнабуло іммобілізувати на електрохімічних датчиках, то такі "ферментніелектроди "розширили б діапазон аналітичних можливостей базовогодатчика. Послідувала потім грандіозна робота з нескінченними варіаціями цієїтеми поступово розсунула горизонти цій області. Її нинішній стан вЯкоюсь мірою характеризують перераховані нижче потенційні чутливіелементи та перетворювачі, які можна використовувати при конструюваннібіосенсорів: біологічні компоненти (цілі організми, тканини, клітини,органели, ферменти і тд), перетворювачі (потенціометричні,амперометричні, кондуктометричні, оптичні, калориметричні,механічні, акустичні, хімічні).
Розвиток біосенсорів обумовленозусиллям дослідників в декількох напрямків. Вельми перспективно енапрям досліджень - створення нових матеріалів для конструюванняперетворювачів або більш ефективного зв'язку між компонентами сенсора. Рушійноюсилою в дослідженні сенсорів було яскраво виражене інстинктивне розуміння можливостіїх широких практичних додатків. Ці дослідження стимулювалися першвсе потребами медицини. Можливість негайного аналізу клінічнихпрепаратів, очевидно, однаково приваблює і лікарів, і пацієнтів, хоча деякінаціональні служби охорони здоров'я відчувають труднощі з впровадженням цієїфілософії. Більш привабливою є можливість безперервного in vivo моніторингуметаболітів, лікарських препаратів і білків за допомогою мініатюрних іпортативних систем. Чудовим прикладом клінічного застосування є сенсорглюкози для хворих діабетом, що став класичним об'єктом досліджень вобласті біосенсорів.
В останні роки зростаєінтерес до інших можливих використанням біосенсорів. Клінічні дослідженняповернулись у бік ветеринарії та тваринництва. Все більше увагинадається якості продуктів в харчовій промисловості. У цій області давновизнано значення швидких методів оцінки термінів зберігання, псування і забрудненняпродуктів. Розвиток біотехнології стимулює розробку методів моніторингупроцесів ферментації, що також розширює можливості безперервного контролюцих процесів. Проблеми охорони навколишнього та промислової середовища стимулювалирозробку сенсорів для визначення таких шкідливих речовин, як оксид вуглецю тагербіциди. У той же час інтереси військових незмінно зосереджені наспеціальних вимогах біологічного та хімічного захисту.
1. ОСНОВНА ЧАСТИНА
1.1 Сенсори на основі мікроорганізмів
В останні роки розробленобезліч біосенсорів для визначення органічних сполук. Багатоферментні сенсори володіють високою специфічністю по відношенню достановлять інтерес субстратів, однак використовувані в них ферменти дороги інестійкі. Мікробні сенсори складаються з іммобілізованих мікроорганізмів іякого електрохімічного датчика і придатні для безперервного контролюбіохімічних процесів. Принцип роботи мікробних сенсорів - це асиміляціяорганічних сполук мікроорганізмами, що реєструється електрохімічнимидатчиками.
1.2 Сенсор для визначення засвоюваних цукрів
При культивації мікроорганізмівна патоці цукрового очерету, що містить різні цукри, для контролюпроцесу бродіння важливе визначення сумарного вмісту засвоюваних Сахаров всередовищі. Так, при високій концентрації цукру спостерігається пригнічення катаболізму,що призводить до пригнічення росту клітин. Відновлені цукру і сахарозу вкультуральних середовищах можна визначати ферріціанідним методом. Цей метод,однак, не цілком надійний, оскільки незасвоювані цукру можуть заважативизначенню.
Засвоєння органічних сполукмікроорганізмами можна оцінювати по дихальної активності останніх, яку всвою чергу можна безпосередньо виміряти за допомогою кисневого електроду.
Для безперервного визначеннязагального змісту засвоюваних Сахаров (глюкози, фруктози і сахарози) вбродильної середовищі сконструйований мікробний сенсор, який складається з іммобілізованихживих клітин. Загальний вміст засвоюваних Сахаров оцінювали за споживаннямкисню іммобілізованими мікроорганізмами. Додавання аліквотній частиниглюкози призводило до збільшення поглинання кисню в розчині. В результатіелектродний струм поступово знижувався, поки не досягав деякого стаціонарногозначення. Час відгуку сенсора становило 10 хв при вимірюванні стаціонарногоструму і 1 хв в імпульсному режимі. Існує лінійна залежність міжзменшенням струму і концентрацією глюкози (до 1 мМ), фруктози (до 1 мМ) ісахарози (до 0,8 мМ) відповідно. Чутливість мікробного сенсора до цихсахарам оцінюється співвідношенням 1,00: 0,80: 0,92. При використанні розчинів,містять 0,8 мМ глюкози, відносне стандартне відхилення для величинизменшення струму становило 2%. Загальний вміст засвоюваних Сахароврозраховували, підсумовуючи значення аналітичних сигналів для відгуків на глюкозу,фруктозу і сахарозу, при цьому різниця істинних і розрахункових концентрацій неперевищувала 8%. Мікробний сенсор поміщали в бродильно середовище для отриманняглутамінової кислоти, де він надійно працював більше 10 днів і витримав 960вимірювань.
1.3 глюкозний сенсор
Для визначення глюкозизапропонований мікробний сенсор, який складається з іммобілізованих цілих клітинPseudomonas fluorescens і кисневого електрода. Сенсор поміщали в досліджуванийрозчин, який під час вимірювань насичували киснем і перемішувалимагнітною мішалкою.
На рис.2.4 показана типовазалежність сигналу сенсора від часу. При 30 "С стаціонарний струмвстановлювався в межах 10 хв. Точний час відгуку залежало від концентраціїдоданої глюкози. При видаленні мікробного сенсора з розчину і приміщенні всередовище, що не містить глюкози, струм поступово зростав і повертався допочаткового рівня приблизно за 15 хв при 30 В° С.
Сенсор виявляє слабкучутливість до фруктози, галактози, маноза, сахарозі і не чутливий доамінокислотам. Тому вибірковість визначення глюкози за допомогою цьогомікробного сенсора можна вважати цілком задовільною. При вимірахстаціонарного струму залежність між струмом і концентрацією глюкози линейна доконцентрації 20 мг/л, причому нижня межа визначуваних концентрацій глюкозистановила 2 мг/л. При вмісті глюкози 10 мг/л значення струмувідтворювалося з точністю +6%. Стандартне відхилення склало 6,5 мг/л причислі дослідів більше 20.
Мікробний глюкозний сенсордозволяє визначати концентрацію глюкози в патоці з середньою відносноюпохибкою В± 10%. Для порівняння глюкозу визначали ...
