Медиаторные биосенсоры
Биосенсоры 1 поколения имеют недостатки, связанные с зависимостью сигналов от конц-ции О2 в среде. Во втором поколении биосенсоров для передачи е из активного центра фермента на электрод стали использовать искусственные акцепторы е. Они способны к обратимому окислению и восстановлению (медиаторы электронного транспорта). При проведении измерений медиаторы сначала реагируют с восстановленным ферментом, затем диффундируют к поверхности электрода, где подвергается быстрой электрохим. ре-ции. Отдавая е на электрод медиатор окисляется и вступ. в новые циклы переноса е.
E + S = P + E'; E' + Мок = E + Mвосст; на электроде: Мвосст Мoк, где E, E' – выделенный фермент или фермент внутри клетки до и после реакции с субстратом S; Р – продукт реакции; Мок, Mвосст – окисленная и восстановленная формы медиатора.
Преимущества медиаторов: при условии, что медиаторов в восстанов. форме не реагируют с О2 результаты измерений ставятся независимыми от конц-ции О2. Рабочий потенциал эл-да определяется формальным ОВ-потенциалом медиатора. Если значение этого потенциала мало, то меньше вероятность протекания побочных реакций. Еще одно преимущество – относительная нечувствительность медиаторных биосеносоров к изменению рН в пределах физиологических значений. Критерии возможности использования медиатора в биосеносорах: 1. Должен быстро реагировать с восстановленным ферментом; 2. Гетерогенные р-ции с его участием должны быть обратимы; 3. Перенапряжение процесса регенерации окисленного медиатора должно быть низким и не зав. от рН; 4. Медиатор должен быть устойчив в окисленной и восстановленной формах; 5. Восстановленный медиатор не должен реагировать с О2; 6. Для многих практич. задач требуется, чтобы медиатор был нетоксичен.
Сейчас известно множество в-в, исп. в качестве медиаторов в биологических системах. Медиаторы могут принадлежать к самым разным классам соединений и демонстрировать разнооб. Св-ва. Чаще всего медиаторы разделяют на медиаторы природного и синтетического происхождения. Природные–цитохромы, убихиноны и некот. витамины. Синтетические–многие органич. красители и комплексные ионы Ме. Н1
Один из лучших классов медиат. соединений – феррацен и его производные. П-феррацен и катион феррацения явл. одной из наиболее обратимых ОВ-систем. Электронный обмен между окисленными и восстановленными формами в этой системе происходит с очень большой скоростью, превышающей скорость обмена в других системах. Это значит, что биосенсоры на основе феррацена могут быть очень чувствительны и давать очень быстрые ответы. Кроме того, электрохим. св-ва производных феррацена можно изменять вводя в кольца различные заместители. Анод (подается потенциал +0,4 В относительно электрода сравнения) и Катод. Ре-ции Н3
Методики модификации печатных электродов: 1. Адсорбция (хемосорбция) модификатора на пов-ти электрода; 2. Хим. закрепление модификатора на электроде с образов. ковалентных связей; 3. Включение модификатора в полимерную или неорганическую пленку, осажденную на электроде; 4. Осаждение на эл-де полимеров с электрохимически активными группами, кот. электростатически притягивают модификатор к поверхности; 5. Перемещение модификатора в пасту из углеродных материалов; 6.
Н1
Анод:
Катод:
Н3
Электрохимич. синтез модификатора на металлической углеродной или полимерной поверхности.
СТРУКТУРА ПОЛИПИРОЛЛА И ПОЛИАНИЛИНА Н4