ВИПУСКНА РОБОТА
БАКАЛАВРАПРИКЛАДНОЇ ФІЗИКИ
Конструюваннябіосенсора для реєстрації P.aeruginosa АТСС 27853
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІКУМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ І ПОЗНАЧЕНЬ
ВСТУП
РОЗДІЛ1. Біосенсори
1.1 Механізми,які забезпечують селективність і вибірковість біосенсорів
1.2 Біосенсори- Принципи конструювання
1.3 Застосуваннябіосенсорів
РОЗДІЛ2. Матеріали і методи
2.1Автоматичний обчислювально-вимірювальний комп'ютеризований комплекс длядослідження біоелектрохіміческіх міжфазних кордонів
2.2Електрохімічна осередок
2.3Електроди
2.4Очищення і підготовка розчинів
2.5Стратегія створення біосенсора для реєстрації P.AERUGINOSA АТСС 27853
РОЗДІЛ3. Результати досліджень
ВИСНОВКИ
СПИСОКЛІТЕРАТУРИ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ І ПОЗНАЧЕНЬ
ITO- Оксид індію
Red-ox- Окисно - відновна реакція
ЦВАЗ - циклічнавольтамперная залежність
АСКМ - антигенсироватки крові мишей
ДЕС - подвійнийелектричний шар
ВСТУП
Реєстрація патогеннихмікроорганізмів в розчинах електролітів є одним з основних завданьмедицини, біохімії та електрохімічного аналізу. З цією метою в світірозробляються біосенсорних пристрої, які дають можливість доситьшвидко і вибірково реєструвати патогенні штами мікроорганізмів. Для цьоговикористовують потенціометри, амперометрія та інші електрохімічні методи.Важливим елементом біосенсора є іонпроводящая мембрана, яка міститьбіологічно активні компоненти. Синтез високо проводять нанорозмірних поТретя координата полімерних платформ, структур, плівок або мембран дляконструювання біосенсори реалізують різними способами. В залежності відпоставленого завдання використовують твердотільні іонообмінні мембрани [1], електрохімічнихсинтезовані полімерні платформи [2, 13], електрохімічну самосборкуполімолекулярних шарів з використанням О±, П‰-тіольне компонувальника [2,3].Розробка та впровадження в медичну практику нових біосенсорів вітчизняноговиробництва на основі недорогих вітчизняних комплектуючих з використаннямїх для реєстрації сигналу імпедансу, фарадеевской ємності, поляризаційногоопору, струму, стохастичних спектральних шумових або електромагнітнихсигналів міжфазної границі електрод/біооб'єктів є завданням надзвичайноактуальною та своєчасною.
РОЗДІЛ 1. Біосенсори
1.1 Механізми, які забезпечують селективність івибірковість біосенсорів
Розглянемо три типибіосенсорів - спектроелектрохіміческій, ферментативний амперометрический ірезістометріческій (кондуктометричний). Біосенсори - різновид хімічнихсенсорів - часто володіють відмінною селективністю завдяки специфічностібіологічних реакцій, але в них є недолік - малий термін служби. Застосуванняхімічно селективних мембран певною мірою знижує сторонні перешкоди.Збільшення селективності до певного аналізованого розчину або класутаких розчинів досягається шляхом використання спектроелектрохіміі хімічноселективних плівок [4], які наносять на поверхню електрода. У цьому випадкудля визначення агента останній повинен бути: 1) розподіляться в плівці,яка володіє хімічною вибірковістю; 2) окислюватися або відновлюватисяна поверхні електрода при заданому потенціалі; 3) його окислена абовідновлена ​​форма повинна поглинати світло деякої заданої довжини хвилі,використовуваної для визначення. На малюнку 1 показана схема, якадемонструє роботу спектроелектрохіміческого біосенсора.
Малюнок 1. Схема оптоелектрохіміческогобіосенсора. Позначення: (Г„-речовини, які проникають в плівку; Г†- Речовини, які проникають в плівку, але не піддаються Red-oxперетворенням; o - речовини, які проникають вплівку і піддаються Red-oxперетворенням і дають сигнал, але не на "аналітичній" довжині хвилі; в–є- Речовини, які проникають в плівку і піддаються Red-oxперетворенням, продукти яких дають сигнал на "аналітичній" довжиніхвилі).
На праву бічнустінку хвилеводу нанесена тонка плівка оксиду індію (ITO),яка являє собою оптично прозору поверхню. На неї наноситисятонка мішка іонселективного плівки, яка володіє хімічною вибірковістю.Світло, що проходить по оптичному хвилеводу в кожній точці, де відбуваєтьсявідображення, викликає зникаюче слабке поле, яке проникає в плівку.Взаємодія цього поля з аналізованим речовиною в плівці приводі дозагасанню світла, який проходить по хвилеводу. Воно пов'язане з концентрацієюаналізованого речовини в плівці, яка виконує дві важливі функції:
1 - вона попередньоконцентрує аналізоване речовина поблизу поверхні електрода, і може бутивизначена спектроелектрохіміческі в режимі порушеного повного внутрішньоговідображення;
2 - вона сприяєусунення перешкод з боку інших речовин, оскільки слабке полепроникає на таку малу глибину, що оптичний "пробник" стосуєтьсятільки тієї речовини, яка знаходиться в середині плівки. На практиціаналізоване речовина, розподілене в плівці, можна зареєструвати лише ввипадку якщо воно вступає в Red-oxреакцію на поверхні електрода, що призводить до поглинання світла на "аналітичнійдовжині хвилі ". Його модулюють шляхом електрохімічного циклирования міжпоглинаючими і не поглинаючими станами речовини. Розглянемо роботуферментативного біосенсора [5]. На малюнку 2 показана схема генерації сигналупри ферментативному каталізі, який використовується для реєстраціїмікробіологічного субстрату.
Малюнок 2. Схема генераціїсигналу в амперометричного ферментативному електроді, де Ф - фермент, М -медіатор, С - субстрат, П - продукт.
Фермент складається зоднієї або більше пептидних ланцюгів, які утворюють третинну структуру,стабілізовану електростатичними взаємодіями, водневої зв'язком ідисульфідними містками. Його каталітична активність пов'язана з активнимцентром, де йде реакція. Вона специфічна в силу унікальної просторовоїконфігурації і заряду цього центру. Ферменти реагують з субстратом понаступною схемою:
E + S ES P + E, (1)
де: Е - фермент, S- Субстрат ферменту і Р - продукт ферментативної реакції. Кінетика цьогопроцесу детально проаналізована Міхаеліс - менти [6]. Швидкістьосвіти або зникнення продукту описується наступним рівнянням:
- (dS/dP) = (dP/dt) = (k s [E] [S])/([(k 2 + K 3 )/k 1 ] + [S]) = (V max [S])/(K m +[S]), (2)
де: V max - максимальна швидкістьферментативної реакції, K m - константа Міхаеліс. При інверсії рівняння (2) воно дозволяє отриматизалежність Ханесом:
(1/V) = (K m /V max [S]) + (1/V max ).(3)
Ці рівняння дозволяють визначити концентрацію кількості субстрату, абокількості ферменту, які беруть участь у каталітичної реакції.
У ферментативнихамперометричного біосенсора зазвичай вимірюється швидкість поглинання киснюабо розряду ферментативної реакції, яка напрацьовується в ході реакцій:
лецитин + Н 2 Про холін+ Фосфориста кислота, (4)
холін + ПРО 2 + 2Н 2 Про бетаїн + 2Н 2 ПРО 2 , (5)
де: ChOx-Фермент холіноксідаза.
Іммобілізаціяферментів необхідна для того, щоб збільшити стабільність вимірювань, зробитибільш ефективний зв'язок ферментативної реакції з перетворювачем, локалізуватиреакцію в одному сенсорі, зробити можливими безперервні вимірювання і доступнимїх математичний аналіз.
Іммобілізацію ферментівпроводять іонообмінної або ковалентним зв'язуванням, поперечної зшивкою (сітка)або утримуванням в пастках (молекулярні решітки, мікроінкапсуляції).Ковалентное зв'язування найбільш ефективно з усіх методів збереженняактивності і збільшення довговічності ферментів. Досить важливим є ізв'язування ферменту з мембраною через відповідні функціональніугруповання. Локалізація ферментативної реакції - також один з найбільш важливихмоментів у технології створення сенсорів. З'явилася можливість локалізуватиферм...
