Приемы иммобилизации биомолекул, органелл и клеток при изготовлении биосенсорных устройств

Основные требования, предъявляемые к методам иммобилизации, состоят в следующием:
1. Закрепленный биологический материал должен сохранять свою активность в течение как можно более продолжительного времени.
2. Перенос молекул аналита к распознающему элементу не должен быть затруднен. Если в распознающем элементе осуществляется каталитическая реакция, отвод ее продуктов также не должен быть затруднен.
3. Метод иммобилизации должен быть применим в достаточно широких диапазонах температур, значений pH и давлений.
4. Метод иммобилизации должен обеспечивать хорошую воспроизводимость при серийном производстве сенсоров.
Основные методы иммобилизации следующие:
1. Адсорбция: является наиболее простым методом, она практически не требует подготовки компонент сенсора и использования специальных химических реагентов. Полученные методом адсорбции элементы обычно характеризуются низкой чувствительностью и существенной зависимостью от температуры и pH. Низкая чувствительность элементов, полученных адсорбцией белков, объясняется тем, что при адсорбции меняется конформация макромолекулы или же блокируются ее активные центры. Кроме того, биологический материал может десорбироваться, уменьшая чувствительность системы и загрязняя раствор. Методом адсорбции пользуются, в основном, на стадии исследований и для производства дешевых одноразовых элементов.
2. Включение в полимер: является фактически универсальным методом, применимым для разных типов распознающих элементов. Обычно используются такие полимеры, как ПММА, крахмал, нейлон, желатин, коллаген и некоторые другие. Если матрица состоит из синтетического полимера, его получение проводится в присутствии биологического материала, обычно добавляется сшиватель, чтобы отдельные полимерные нити объединились в трехмерную сетку. При этом биологически активные молекулы оказываются захваченными внутрь полимера.
3. Сшивка: обычно используется в сочетании с другими методами. Например, она может стабилизировать элементы, полученные адсорбцией. Для сшивки обычно используются бифункциональные агенты, типичным примером сшивателя является глутаровый альдегид.
4. Ковалентное связывание: является наиболее распространенным в различных приложениях. Он предполагает создание ковалентной связи между биоматериалом и подложкой. Выбор химических реагентов для его реализации зависит от типа связываемых молекул и материала подложки. Обычно метод реализуется в три этапа: очистка и модификация поверхности подложки, т.е. формирование на ней слоя из необходимых функциональных групп, затем нанесение биоматериала, и смывание слабо закрепленных молекул чистыми растворителями. 
5. Капсулирование или изоляция с помощью мембран: один из распространенных методов, используемых при создании электрохимических сенсоров, состоит в том, что ферменты размещаются вблизи электрода, отделенные от остального раствора полупроницаемой мембраной, через которую могут проходить молекулы аналита и продукты каталитической реакции. Фактически ферменты находятся в свободном состоянии, однако они локализованы в одной части измерительной ячейки.