Биосенсорные системы

Классификация ионоселективных электродов.
3. Типы электродов сравнения, используемые в конструкциях электрохимических биосенсоров.
4. Ионоселективные

полевые транзисторы. Их преимущества и недостатки как датчиков регистрации тест-реакции.
5. Амперометрические трансдьюсеры.
6. Кондуктометрические и кулонометрические трансдьюсеры.

показаний: скорость отклика; взаимозаменяемость; разрешающая способность.
Высокая надежность: длительный срок

службы; устойчивость к внешним воздействиям; динамический диапазон; минимальная погрешность (максимальная разность между измеренной и номинальной выходными величинами).
Технологичность: малые габариты; простота конструкции; низкая себестоимость.
Соответствие параметрам динамического режима (в динамическом режиме датчик должен воспроизводить изменяющуюся во времени входную величину без искажений).

3

ТРЕБОВАНИЯ

ТРЕБОВАНИЯ

Theranostics, Sensors 2014, 14(10), 19275-19306
АКУСТИЧЕСКИЕ
ПЬЕЗО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ОСНОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАЗМОННОМ РЕЗОНАНСЕ
ТИПЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ

ТРАНСДЬЮСЕРОВ

Трансдьюсер - устройство, предназначенное для регистрации количественных/качественных параметров тест-реакции и преобразования биохимического сигнала в иного рода сигнал

НЕФЕЛО-МЕТРИЧЕСКИЕ

4

все постоянные величины

a miniature spectrometer

Theranostics, Sensors 2014, 14(10), 19275-19306
АКУСТИЧЕСКИЕ
ПЬЕЗО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ОСНОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАЗМОННОМ РЕЗОНАНСЕ
ТИПЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ

ТРАНСДЬЮСЕРОВ

Трансдьюсер - устройство, преобразующее измеряемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации

НЕФЕЛО-МЕТРИЧЕСКИЕ

4

АМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ

КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЕ

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ТРАНСДЬЮСЕРЫ
10

потенциал индикаторного электрода

миниатюрнее, крупномасштабное производство, недорогие технологии.

ПРИМЕНЕНИЕ:
анализ сложных газовых смесей (по изменению

электрической проводимости раствора поглотителя, который селективно реагирует с определяемым газом)
определение общего содержания электролитов в растворе (например, определение солей в минеральной, морской, речной воде);
контроль качества дистиллированной воды (наиболее эффективный метод !);
контроль качества жидких пищевых продуктов (молока, напитков, вин);

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ БИОСЕНСОРЫ:

ячейки открытого или закрытого типа. Ячейка включает индикаторный электрод из

платины (ртути, серебра), который отделен от анализируемой среды избирательно проницаемой мембраной.
Электроды могут быть дополнительно модифицированы полимерными материалами (еще до введения БТЭ), медиаторами электронного переноса, стабилизаторами для повышения чувствительности.
Предел обнаружения 10-5-10-3 моль/л.
Во время электролиза индикаторный электрод может выступать как анодом, так и катодом.
В основе действия электрода
электрохимическая реакция (восстановление/окисление)

О2 + 2 е- + 2 Н+ = 2 ОН-

22

поляризации. Так, если на ячейку приложить внешнее напряжение, превышающее величину

электродного потенциала, то произойдет электродная электрохимическая реакция на границе раздела индикаторный электрод/электролит (окисление или восстановление), обмен заряженными частицами ((электронами и ионами))

24

определяется главным образом природой материала поверхности и величиной приложенного потенциала,

при котором происходят электрохимические реакции с участием аналита.
Недостаток: малый диапазон измеряемых концентраций (в пределах 1-2 порядка, 10-5-10-3) и подверженность воздействию электромагнитных полей
Аналиты: кислород, перекись водорода, ферроцианид калия, лактат, моноамины, оксалат, формальдегид, этанол, холестерол, гликоллат.

27

СРАВНЕНИЕ ТРАНСДЬЮСЕРОВ

электролиза. Кулонометрические электроды имеют большую поверхность, что создает условия для

полного электропревращения определяемого вещества в ячейке. Электроды сравнения обеспечивают протекание тока в цепи длительное время без собственной поляризации, поэтому их изготавливают из фольги или спеченных порошков металлов.
Кулонометрические биосенсоры определяют количество вещества, преобразованного в ходе реакции электролиза путем измерения заряда (в кулонах) потребления или производства. Результаты анализа вычисляют по закону Фарадея.

28

используемых биосенсорных систем.

Перечислите требования, которые предъявляют к трансдьюсеру.

результате электрохимической реакции- гетерогенной реакции переноса электронов или ионов через

границу раздела электрод/электролит.

Двойной электрический слой, возникающий на границе меж­ду электродом (проводником первого рода) и электролитом, представляет собой своеобраз­ный конденсатор. Одна из пластин его – поверхность электрода, вторая – приэлектродный ионный слой, состоящий из адсорбционной и диффузной частей. Скачок потенциала ΔЕ между «пластинами» такого конденсатора пропорционален плотности заряда q двойного электрического слоя, т. е

. q=Cд.с·∆Е

7

протекании тока через электроды (эффект поляризации электродов);
Изменение величины тока,

обусловленное разной шероховатостью электрода, т. Е. Его площадью контакта с электролитом;
Изменение потенциала электрода при окислении его электролитом;
Возникновение эффекта электролиза (выделения ионов в виде вещества на электроде) при протекании постоянного тока через раствор, что уменьшает концентрацию ионов в растворе.

Возникновение на границах фаз двойных заряженных слоев, обладающих емкостью, подобно плоскому конденсатору (поэтому ячейка с веществом и электродами может быть описана эквивалентной схемой в виде резистивно-емкостной цепи);

Возникновение на границах разных фаз (металл – электролит, исходное вещество – электролит) электрохимических потенциалов;
Зависимость величины потенциалов от температуры;

8