ІІІ. Калориметричні біосенсори.

Багато ферментних реакцій є екзотермічними, і теплота, що виділяється протягом реакції, може бути виміряна термістором чи чутливими до температури напівпровідниковими приладами. Більшість ферментних реакцій супроводжується виділенням тепла на рівні 5-100 кДж/ моль та типовою зміною температури, яку на рівні 10-2 оС можна зафіксувати(24). Цей принцип покладений в проточну модель широкого ряду аналізів клінічно важливих речовин ( Таблиця 4).

Таблиця 4. Речовини, що аналізуються ферментним термістором.

Речовина | Імобілізований агент | Межа вимірів, ммоль/л

Аскорбінова кислота

АТР

Холестерол

Ефіри холестерола

Креатинін

Глюкоза

Глюкоза

Лактат

Оксалат

Оксалат

Тригліцериди

Сечовина

Сечова кислота

Альбумін(Аг)

Гентаміцин(Аг)

Інсулін(Аг) | Відповідна оксидаза

Апіраза чи гексокіназа

Відповідна оксидаза

Відповідна естераза та оксидаза

Відновлювальна імуногідролаза

Глюкозоксидаза + каталаза

Гексокіназа

Лактат 2-монооксигеназа

Оксалат оксидаза

Відповідна декарбоксилаза

Ліпопротеінова ліпаза

Уреаза

Уріказа

Імобілізовані антитіла плюс мічений ферментом антиген | 0.05-0.6

1-8

0.03-0.15

0.03-0.15

0.01-10

0.02-0.8

0.5-25

0.05-2

0.005-0.5

0.1-3

0.1-5

0.01-500

0.5-4

10

0.1 мг/мл

0.1-1.0 /мл

Фермент був імобілізований на маленьких часточках у колонці, що сполучається з термістором чи оточує його. Обєми зразка має бути не менше 10 мл і система має здатність аналізувати до 30 зразків за годину. Визначена чутливість свідчить про можливість клінічного використання цьогоприладу. (16) описує ферментний термістор для розпізнавання алкоголю в крові, в якому алкоголь оксидаза імобілізована на скляних кульках на проточній системі, що контролюється термістором. Система, яка була використана для аналізу алкоголю в крові, може розпізнавати до 0.2 ммоль/л метанолу, етанолу чи бутанолу з лінійністю до 2 ммоль/л . Нажаль, фермент, що був використаний, не розрізняє спирти.

Альтернативне використання термісторних приладів має місце в імуносорбентному аналізі, який має назву- “Термометричний ферментноміточний імуносорбентний аналіз”()(20). Колонка заповнена імуносорбентом (антитіло, імобілізоване на Сефарозі).Дослідний антиген поглинається, а мічений антиген вивільняється до потоку. При наявності субстрату порція міченого антигену звязується і викликає виділення теплоти. Ця система здатна до визначення 10-10 М (5мг/л) сироваточного альбуміну людини і загальний час такого аналізу (враховуючи регенерацію) складає 10 хвилин.

Калориметричні прилади можуть бути мініатюризовані, при використанні інтерферометрії. Ця технологія полягає у зсуву по фазі світла у визначаючому проміні відносно перевіряючого. Оптичне волокно може бути розширене під дією теплоти, що виділяється під час ферментної реакції, і це дає зміну у фазі світла. Система дуже чутлива до маленьких змін температури.

.Мікрогравіметричні та акустичні біосенсори.

Пєзоелектричні кристали можуть бути використані як гравіметричні біосенсори в імуноаналізі. Перемінний струм подається крізь пєзоелектричний матеріал, наприклад, кварцевий кристал, викликаючи певні механічні зміни. На певній частоті коливань виникає механічний чи акустичний резонанс. Частота цього резонансу залежить від маси поверхні кристалу. Кварцевий пєзоелектричний кристал може бути покритий Ат чи Аг, для аналізу комплементарних Аг чи Ат. Сполучення, що має місце, викликає зміну у масі на поверхні кристалу. Ця зміна у масі визначається зміною у частоті резонансу кристалу.

наводить таку формулу(36) :

де зміна у частоті, зміна у массі(г), А-поверхня, покрита адсорбованим матеріалом, густина кварцу(г/см3), товщина непокритого кристалу.

Більш детально (28) описали використання поверхнево акустичного хвильового приладу в імуноаналізі. Вони виміряли зміну у частоті кварцевого кристалу, коли ще мав місце контакт з розчином антигену. Сенсор був здатний до вимірювання в розведеній сироватці. Одним з недоліків такого аналізу є те, що неможливо вимірювати молекули з низькою молекулярною масою.(26,31)

Розділ третій. Використання біосенсорів в клінічній діагностиці.

Біосенсори - маленькі, акуратні, швидкі та недорогі аналітичні інструменти. Деякі ферментні електроди вже завоювали місце в світовій клінічній практиці як неперевершені аналізітори глюкози та сечовини.

Біологічний компонент дає йому специфічність, але дещо обмежує у стабільності ферментів та оптимальності середовища, що повинні мати місце в ферментних та імунних дослідних системах. Біосенсори завжди економні у використанні біологічного матеріалу.Чутлива ділянка ферментного ПТ складає (0.5мм)і вимагає дуже мало ферменту (2.510 IU). Це може допомогти заощадити кошти, коли потрібен дорогий фермент.

Флуктуації температур можуть вносити похибки в деякі вимірювання і ця проблема має бути розвґязана. До того ж, існують певні проблеми з аналізом непрозорих або забарвлених зразків. На данний момент можна виміряти такі розчини тільки за допомогою технології зникаючих хвиль. Але не зважаючи на ці проблеми , більшість перетворювачів використовуються в міцних сенсорних системах та електронному обладнанні, враховуючи специфіку їх обслуговування. Зниження ціни на електронні компоненти повинно стати гарантом виробництва біосенсорів недорогими та у великій кількості. Нажаль більшість біосенсорів перебувають у стані розробки і велика частина можливої інформації є таємною. Небажаним є використання біосенсорів у клінічній практиці, якщо є хоч якісь проблеми з їх обслуговуванням, вони підлягають подальшій розробці.

Але всеж таки біосенсори можуть віднайти наступні ммісця застосування:

-самообстеження пацієнта;

-аналізи, що виконуються в приймальні лікаря;

-in vivo моніторинг

-проведення імуноаналізу швидше ніж звичайно

-незалежне від централізованих лабораторій самообстеження:

-адаптація до зниження фінансування медичних установ.

Провадяться роботи по впровадженню імплантованих біосенсорів. За допомогою таких біосенсорів можна визначати потрібні дози ліків. Ці біосенсори найбільш привабливі до лікування діабету. Вони можуть бути використані в поєднанні з дозаторами інсуліну або простіше, з гіпоглікаемічною контрольною системою(37). Nikkiso Co Ltd, Японія та Gambro, Швеція розробили біосенсорний інструмент, який аналізує кров на видтоці з тіла. Використання імплантованих біосенсорів було перевірено на тваринах та людях(22,30) , і це показало що їх можна використовувати, результати зіставимі з отриманими ex vivo (8). Є певні вимоги до використання імплантованих біосенсорів:

1.Подолання здатності тіла віддаляти будь який інородний матеріал через формування протеінових оболонок.

2. Стерилізація приладу без пошкодження аналітичних властивостей.

3.Стійкість до впливу внутрішніх речовин.

4. Уникання будь якого