Оптические биосенсоры

Принципиально работа биосенсорных устройств на основе оптических датчиков тест-реакции не отличается от рассмотренных выше. Однако содержание продуктов реакции или исходного реагента оценивается по его оптическим свойствам или по изменению оптических свойств дополнительных зондов, взаимодействующих с продуктами реакции или исходными реагентами. Подробно работа таких датчиков была рассмотрена в главе 3. В этой же главе указывалось, что оптические методы считаются более информативными, чем электрохимические. Поэтому для демонстрации расширения возможностей конструирования биосенсоров на основе оптических датчиков тест-реакции рассмотрим принцип действия и конструкцию биосенсора на основе иммобилизованного рецептора – конканавалина А, предназначенного для определения содержания глюкозы.

Этот биосенсор представляет собой конструкцию, состоящую из волоконнооптического светопровода, соединяющего с источником и детектором излучения замкнутую ячейку, отделенную от анализируемой среды полупроницаемой мембраной (рис. 20). Кроме рецептора, в измерительной ячейке находится декстран, меченный изотиоцианнатом флюоресцеина. Конканавалин А иммобилизован на внутренней поверхности полупроницаемой мембраны. Молекулы декстрана не способны диффундировать через полупроницаемую мембрану, в то время как глюкоза относительно легко диффундирует через нее. В отсутствие глюкозы меченый декстран (А*) связывается с рецептором Â:

А* + Â «[А* Â].

Это приводит к тому, что большая часть меченого декстрана оказывается иммобилизованной на поверхности мембраны, что в свою очередь резко снижает флуоресценцию внутри ячейки (регистрируется излучение, составляющее менее 20 % от максимальной величины).

Когда присутствует глюкоза, отмечается конкуренция между молекулами декстрана и углевода за места связывания на рецепторе. При этом часть молекул декстрана оказывается растворенной в объеме среды внутри ячейки. Причем чем больше концентрация глюкозы в анализируемой пробе, тем выше содержание растворенного декстрана внутри ячейки. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию флуоресценции.

оптическое волокно глюкоза декстран конконавалин А

возбуждение

флуоресценция

мембрана

Рис. 20. Схема биосенсора для определения содержания глюкозы

Описанный биосенсор весьма компактен (длина ячейки не превышает 2 мм, а диаметр 300 мкм), наличие волоконнооптического светопровода позволяет располагать измерительную аппаратуру на значительном расстоянии от датчика. С помощью этого биосенсора можно определить содержание глюкозы в крови непосредственно в сосудах.