Иммуносенсор на основе полевого транзистора и антител, меченых пероксидазой хрена: определение иммуноглобулина G.

Определение концентрации бактерий с помощью иммуносенсора.

 Полевые транзисторы относятся к биосенсорным устройствам, основанным на потенциалометрии.

Полевые транзисторы:

1. Ионселективные

2.    Газочувствительные

3.    Светоуправляемые

Биорецепторным слоем служит фермент.

Измерение с помощью ионселективных электродов- ионометрия

А)Ион-селективные полевые транзисторы (ИСПТ). Полевой транзистор управляется напряжением, подаваемым на затвор. В ИСПТ затвор является ион-чувствительным  в результате того, что на него нанесен дополнительный слой, селективный к ионам с помощью таких соединений как Al2O3, Ta2O5, Si3N4.

Б)Газочувствительные полевые транзисторы (ГЧПТ). Свойство металла палладия поглощать водород и катализировать его расщепление было использовано для разработки газочувствительного полевого транзистора.На границе затвора образуется слой ионов водорода, которые приводят к изменению тока стока транзистора. В присутствии кислорода атомы водорода вступают в реакцию, что уменьшает толщину их слоя, поэтому с помощью транзистора можно измерять концентрацию как водорода, так и кислорода.ГЧПТ могут катализировать расщепление сероводорода, аммиака, метана и бутана.

В)Светоуправляемые полевые транзисторы (СУПТ). Мембрану затвора полевого транзистора модифицируют фоточувствительными красителями, претерпевающими обратимые фотопревращения, сопровождающиеся изменением их зарядов.

Перспективность полевых транзисторов обусловлена в первую очередь их сравнительно малыми размерами, возможностью смены биопленок, хорошей воспроизводимостью результатов, исключительно высокой чувствительностью, низкой ценой при массовом производстве.

Амперометрический иммуносенсор (АИС) относится к типу электрохимических биосенсоров, измеряемым сигналом в которых является ток окисления или восстановления электроактивных частиц. В нем объединяются преимущества электродных процессов (высокая чувствительность, линейная зависимость сигнала от концентрации, селективность за счет работы при разных потенциалах) и высокая специфичность иммунной реакции. Так как напрямую определять иммунные реакции с помощью АИС не представляется возможным вследствие того, что сами по себе компоненты иммунной реакции чаще всего являются электроинертными, в систему сенсора вводятся ферментные метки. В этом случае трансдьюссер определяет концентрацию продукта ферментативной реакции фермента при расщеплении субстрата. В качестве электроактивных веществ также используются ионы металлов и другие электроактивные соединения. Наиболее распространенные ферментативные метки, использующиеся в иммуноанализе при окислении субстрата в присутствии H2O2, – это пероксидаза хрена и щелочная фосфатаза. Портативная АИС-система была разработана для определения бактерий Escherichia coli c использованием антител, маркированных пероксидазой хрена; чувствительность сенсора позволяла определять наличие бактерий с концентрацией 50 клеток/мл за 22 минуты. Сенсор представлял собой мембрану, состоящую из проводящей сетки углеродных волокон, на которой иммобилизировались антитела, специфичные к антигену. При пропускании через иммунофильтрационную сетку бактерии связывались с модифицированными на ней антителами. Для выработки аналитического сигнала связавшиеся клетки маркировались специфичными антителами, конъюгированными с пероксидазой хрена. Данная схема реализации иммунохимического анализа называется слоистой (sandwich-scheme). Слоистая схема неконкурентного анализа была реализована в АИС-сенсоре на IgG кролика, маркирование которого производилось с помощью анти-IgG, конъюгированного с щелочной фосфотазой. Субстратом для метки являлся дигидрохинон дифосфата, который окислялся до гидрохинона с высвобождением двух электронов. Предел обнаружения сенсора составил 8нг/мл ее при времени инкубации меченого иммуноглобулина кролика порядка одного часа.

Амперометрический иммуносенсор на низкомолекулярное вещество кокаин, был представлен A. Сулейманом, электроактивным маркером в нем являлась пероксидаза хрена, конъюгированная с антителами на бензоилэкгонин (часть молекулы кокаина), иммобилизованная на мембране, прикрепленной к O2-электроду. В процессе анализа гаптен с предельно низкой концентрацией 10-7 М/л ингибировал ферментативную реакцию окисления субстрата за счет создания стерических препятствий для проникновения субстрата к активным центрам фермента.

Амперометрические иммуносенсоры (чаще всего используют сложные системы усиления сигнала, например с помощью ферментативной реакции, что требует дополнительных реагентов) не позволяют непосредственно контролировать протекание иммунологической реакции. Помимо этого амперометрические иммуносенсоры  характеризуются более широким разбросом величины погрешности определения, в зависимости от используемой метки и схемы иммуноанализа. Наиболее часто погрешность определения составляет от 2 до 20%, хотя в отдельных случаях может быть и выше.