Амперометрический анализатор

Амперометрический иммуносенсор (АИС) относится к типу химических биосенсоров, измеряемым сигналом в каких является ток окисления либо восстановления электроактивных частиц. В нем соединяются воединыжды достоинства электродных процессов (высочайшая чувствительность, линейная зависимость сигнала от концентрации, селективность за счет работы при различных потенциалах) и высочайшая специфика иммунной реакции. Потому что впрямую определять иммунные реакции при помощи АИС не представляется вероятным вследствие того, что сами по для себя составляющие иммунной реакции в большинстве случаев являются электроинертными, в систему детектора вводятся ферментные метки. В данном случае трансдьюссер определяет концентрацию продукта ферментативной реакции фермента при расщеплении субстрата. В качестве электроактивных веществ также употребляются ионы металлов и другие электроактивные соединения. Более всераспространенные ферментативные метки, использующиеся в иммуноанализе при окислении субстрата в присутствии , – это щелочная фосфатаза, катализирующая реакцию дефосфорилирования разных органических фосфатов, продукт которой определяется амперометрическим способом.

Портативная АИС-система была разработана для определения микробов Escherichia coli c внедрением антител. Чувствительность детектора позволяла определять наличие микробов с концентрацией 50 клеток/мл за 22 минутки. Детектор представлял собой мембрану, состоящую из проводящей сетки углеродных волокон, на которой иммобилизировались антитела, специфичные к антигену. При пропускании через иммунофильтрационную сетку бактерии связывались с измененными на ней антителами. Для выработки аналитического сигнала связавшиеся клеточки маркировались специфическими антителами. Данная схема реализации иммунохимического анализа именуется слоистой (sandwich-scheme). Предел обнаружения детектора составляет 8нг/мл.

Амперометрические иммуносенсоры (в большинстве случаев употребляют сложные системы усиления сигнала, к примеру при помощи ферментативной реакции, что просит дополнительных реагентов) не позволяют конкретно держать под контролем протекание иммунологической реакции. Кроме этого амперометрические иммуносенсоры характеризуются более широким разбросом величины погрешности определения, зависимо от применяемой метки и схемы иммуноанализа. Более нередко погрешность определения составляет от 2 до 20%, хотя в отдельных случаях может быть и выше.

Потенциометрический анализатор

Другим классом химических детекторов являются потенциометрические детекторы, измеряемый которыми сигнал, – это потенциал на ионноселективном электроде, изменяющийся в итоге деяния ионных товаров реакции. Поверхность рабочего электрода обычно модифицируется для обеспечения селективности детектора. Разность потенциалов меж рабочим и контрольным электродом появляется в этом случае, когда меж ними перестают течь ионные токи. Обычно, электроды или изменены прототипом, или разделены от эталона мембраной и помещены в определенный электролитный раствор.

Емкостной иммуносенсор

Принцип функционирования емкостного датчика заключается в измерении диэлектрических параметров органического слоя, нанесенного на один из электродов конденсатора, в итоге конфигурации его толщины и диэлектрических черт. В личном случае изменение диэлектрической константы является следствием поверхностной иммунохимической реакции антиген-антитело. Структура емкостного датчика включает золотой электрод с ковалентно-привитыми к нему антителами. Детектор позволял селективно определять молекулы анализируемого вещества при концентрациях 10-1000 нг/мл.

Кондуктометрические датчики

Четвертой разновидностью химических детекторов является кондуктометрические датчики, измеряющие конфигурации силы тока, проходящего меж 2-мя электродами при неизменном наружном напряжении. Пороговая чувствительность детектора составляет 25нг/л, а время нужное для анализа – 15 минут.

Оптические иммуносенсоры

Оптические иммуносенсоры можно поделить на три группы: прямые, не использующие метки для контроля иммунореакции, и непрямые, использующие, обычно, флуоресцентные либо электролюминесцентные метки. 3-я группа детекторов производит контроль концентрации окрашенного продукта ферментативных реакций. Работа хемилюминесцентные детекторов базирована на метках, генерирующих фотоны. Обычно данный вид анализатора работает по конкурентноспособному принципу. Свет, испускаемый связавшейся меткой на границе оптоволокна, передается для усиления на фотоумножитель.

К оптическим детекторам, не использующим метки, относятся датчики поверхностного плазмонного резонанса (surface plasmon resonance, SPR), функционирующие благодаря парадоксу вторичного возбуждения света отраженной волны свободно осциллирующими электронами (плазмонами). При определенном угле падения монохроматического поляризованного света на поверхность железных проводников наблюдается минимум отражения, возникающего при строго определенном угле падения, нареченного углом резонанса. Чувствительность такового детектора составляет порядка 0.1 нг/мл. Иммуносенсоры на базе поверхностного плазменного резонанса обычно характеризуются очень низким пределом обнаружения, также меньшей погрешностью определений (на уровне 2-8%) во всем спектре определяемых концентраций, но имеют более узенький интервал рабочих концентраций и требуют использования дорогостоящего, сложного в эксплуатации оборудования, потому они являются наименее всераспространенными, по сопоставлению с экономными и довольно ординарными в эксплуатации амперометрическими системами.

Оптические иммуносенсоры, основанные на детектировании неферментных меток являются более всераспространенными. Обычно, маркерами служат флуоресцентные или люминесцентные метки, обеспечивающие высшую чувствительность анализа.

Оптическое детектирование ферментных меток применяется при разработке иммуносенсоров достаточно изредка. Необходимость долгих, многостадийных операций делает применение данных иммуносенсоров наименее прибыльным по сопоставлению с применением обычного твердофазного иммуноферментного анализа. Более успешными оказались пробы сотворения методик определения низкомолекулярных соединений.

Таким макаром, невзирая на ряд преимуществ оптических иммуносенсоров перед химическими (к примеру нечувствительность к электронным помехам и огромную безопасность при исследовательских работах in vivo), они остаются пока наименее разработанными, чем другие виды детекторов.

Пьезорезонансные иммуносенсоры

Первыми масс-сенсорами, превзошедшими массовый предел чувствительности 1 нг, стали кварцевые пьезорезонаторы, которые сделались общедоступными 40 годов назад и с того времени заняли фаворитные позиции в почти всех областях науки и индустрии. Большая часть исследователей при исследовании адсорбционных параметров тонких пленок употребляют способ кварцевого микровзвешивания, при помощи которого определяют массу монослойной пленки молекул с точностью г, близкой к теоретическому лимиту. Кварцевое микровзвешивание (КМВ) является резонансным способом, основанном на использовании масс чувствительных пьезорезонаторов – измерительных автогенераторных устройств, задачка которых состоит в преобразовании приращения присоединенной массы в приращение выходной частоты. В пьезокристалле возбуждаются продольные акустические колебания на своей частоте. На один из электродов, напыленных на резонатор, наносят изучаемый объект, после этого записывают изменение частоты, которое можно интерпретировать как изменение массы. При внесении в систему наружной массы ее частота меняется и разность частот до и после адсорбции служит полезным сигналом, позволяющим оценить присоединенную массу.

Более современные устройства, основанные на принципе поверхностных акустических волн (surface acustic waves, SAW) пьезокристалла, фактически используются в смежных областях с способом кварцевого микровзвешивания. Их отличие от детекторов КМВ состоит в более сложной архитектуре возбуждающих электродов, позволяющих генерировать на поверхности пезокристалла ультравысокочастотные волны. Соответственно SAW-сенсоры владеют более высочайшей чувствительностью в сопоставлении с датчиками КМВ.

Описанный способ всераспространен благодаря надежности, разработанности и незаменимости в неких случаях, но имеет и недочет, который состоит в том, что интерпретация результатов (и соответственно применение способа) вероятна для структур с известным поверхностным рассредотачиванием по толщине либо же для пленок с неизменной шириной, таких, как Ленгмюра-Блоджетт. Преимуществом пьезоэлектрических иммуносенсоров является возможность прямого контроля за иммунореакцией, так как в случае мощных антител либо антигенов отпадает необходимость использования каких-то меток либо прибавления дополнительных реагентов.

Пьезоэлектрические иммуносенсоры вследствие прямого контроля взаимодействия антигенов с антителами предъявляют в особенности строгие требования к специфики антител, так как перекрестные реакции приводят к значимым искажениям результатов. Но при учете неспецифического связывания погрешность определений при помощи пьезоэлектрических иммуносенсоров остается относительно малой – от 3-5 до 10-15%.

Имеющиеся ограничения не понижают энтузиазма к разработке иммуносенсорных устройств и являются быстрее стимулами для более насыщенной работы в этой области. Можно отметить, выбор того либо другого вида иммуносенсоров фактически стопроцентно находится в зависимости от определенной аналитической задачки.