Поиск тегов

Найдено на страницах

1. История развития биосенсорики
   Разделы: Школа молодого ученого
   Теги: Биосенсор, Биосенсорная Технология, Датчик, Кларк, Сенсор, Ферментный Электрод

   Автором не только биосенсорной концепции, но и первого биосенсора по праву является американский профессор биохимик Лейланд Кларк.

   В 1956 году Л. Кларк опубликовал свою основополагающую работу, посвященную аналитическому применению изобретенного им кислородного электрода, который в дальнейшем стали называть электродом Кларка. Электрод Кларка предназначался для измерения концентрации (содержания) кислорода в жидких и газовых средах, в частности в крови и тканях организма.В 1962 году Л. Кларк выступил в Нью-йоркской Академии наук, где сообщил результаты собственных экспериментов, а также планы на будущее, связанные с возможностью анализа состава биологических жидкостей. Он рассказал как можно сделать существовавшие в то время электрохимические сенсоры (рН, полярографические, потенциометрические или кондуктометрические электроды) более "умными", сопрягая их с ферментами. В первую очередь его выступление относилось к применению для этой цели кислородного электрода. Эту концепцию он проиллюстрировал экспериментом, в котором на электроде была иммобилизована глюкозооксидаза. Присутствующая в среде глюкоза окислялась ферментом, процесс сопровождался потреблением кислорода. Снижение концентрации кислорода было пропорционально концентрации глюкозы. В статье, опубликованной в 1962 г., Кларк и Лионс ввели в употребление термин "ферментный электрод".

   В 8-м томе журнала "Биосенсоры и биоэлектроника" (1993 г.) была опубликована передовая статья, в которой профессор Л. Кларк делился впечатлениями о первых шагах в истории развития биосенсоров и своем изобретении.

   "Я часто думал - писал Кларк - насколько невероятно медленными являются классические методы измерения таких жизненно важных веществ в крови как кислород, глюкоза и лактат (молочная кислота). Много времени уходит на приготовление образца крови для анализа, образец затем реагирует с набором реактивов, в результате чего появляется окрашенный продукт. Привлекательность ферментного электрода заключается в его простоте. Электрохимические методы содержат внутреннюю элегантность и, кроме того, с их помощью можно производить измерения в различных средах, таких, например, как кровь или тканевый гомогенат, не прибегая к каким-либо химическим манипуляциям".

   Подчеркивая простоту не только самой идеи, но также и процесса конструирования биосенсора, Л. Кларк отмечал, что первый электрод был сделан им у себя дома, в чулане. Эксперименты были очень простыми – для них требовался только солевой раствор, серебряная проволока, платина, впаянная в стеклянную трубку, батарейка для карманного фонарика, два резистора, целлофановая пленка, фермент глюкозооксидаза и гальванометр. Л. Кларк нанес небольшое количество глюкозооксидазы на поверхность платины и закрыл ее целлофаном. Целлофан он применил для того, чтобы отделить каталазу – фермент, присутствующий в крови и разрушающий перекись, от глюкозооксидазы, не препятствуя глюкозе проникать к электроду. На платину был подан положительный потенциал относительно серебряного электрода; такая система не реагировала на растворенный кислород, но давала ток в присутствии перекиси водорода (Рис. 2.2). Л. Кларк показал, что ток электрода, погруженного в солевой раствор, был нулевым, однако быстро возрастал при добавлении глюкозы в раствор и был пропорционален ее концентрации. После этого исследователь проколол палец и внес кровь в раствор. Это привело к тому, датчик мгновенно сработал - ток увеличился, что означало, что система функционировала. Биосенсор для детекции глюкозы был создан таким простым способом.

   

   Измерение глюкозы с помощью ферментного электрода

   (схематическое представление опыта Л. Кларка).