ХІМІЧНИЙ СЕНСОР

ХІМІЧНИЙ СЕНСОР — аналітичний пристрій, який вибірково реагує на певний об’єкт шляхом хімічної реакції, а отже, може бути використаний для якісного або кількісного визначення «аналіту». Х.с. складається з реакційної чарунки — блоку, де відбувається хімічна взаємодія, та перетворювача (transducer). Результатом хімічної реакції є сигнал — зміна кольору, люмінесценція, зміна електродного потенціалу, сили струму в колі електролітичної чарунки, виділення тепла або зміна коливальної частоти кристала тощо. Перетворювач відгукується на цей сигнал і перетворює його величину на дані про кількість аналіту. За типом перетворювача всі Х.с. можна розділити на такі групи: 1. Електрохімічні. Потенціометричні (електрометричні) сенсори (іоноселективні електроди, іоноселективні польові транзистори (ІСЕ, ІСПТ)) та вольт- і амперометричні сенсори, включаючи тверді електролітичні, газові сенсори. Напівпровідникові газові сенсори також можуть бути умовно долучені до цієї категорії, хоча механізм їх дії не передбачає проведення хімічної реакції. 2. Оптичні. В оптичних сенсорах спектроскопічне визначення пов’язане з хімічною реакцією. Оптичні Х.с. ще називають оптодами. Оптичні вимірювання за допомогою оптичних волокон покладено в основу роботи перетворювачів більшості Х.с. Залежно від типу оптичних сенсорів у них вимірюють світловбирання, відбивання або люмінесценцію. До оптодів слід віднести хемілюмінесцентні сенсори — аналітичні пристрої, які поєднують хемілюмінесцентні реакції за участю аналіту і перетворювач світла в електричний сигнал з метою детектування у постійному чи дискретному режимах концентрації хімічних речовин у пробах за параметрами хемілюмінесцентного випромінювання (див. Хемілюмінесценція, Хемілюмінесцентний аналіз). Важливою перевагою хемілюмінесцентних Х.с. порівняно з флуоресцентними оптичними Х.с є відсутність джерела зовнішнього збудження світла, що зменшує фонове світіння, а отже, підвищує чутливість визначення. 3. Теплочутливі. Сенсори, які належать до цієї групи, часто називають калориметричними. Їх дія заснована на реєстрації за допомогою перетворювача, напр. термістора, платинової термопари або катарометра, теплового ефекту хімічної реакції за участю аналіту. 4. Масочутливі. Цей тип сенсорів заснований на використанні п’єзоелектричного ефекту. Сюди входять такі пристрої, як акустичні хвильові поверхневі сенсори (ПАХ-сенсори), робота яких ґрунтується на використанні п’єзоелектричного ефекту, вони особливо корисні як газові сенсори. 5. Біосенсори. Їх дія заснована на застосуванні високочутливих і специфічних біохімічних реакцій: фермент/субстрат, антитіло/антиген, рецептор/гормон тощо, які використовуються для опрацювання високоселективних сенсорів на певні БАР, що визначається. Для пояснення принципу дії біосенсорів, у яких реагент споріднений з індивідуальною речовиною, запропонований механізм, що одержав назву «ключ-замок». У біосенсорах розпізнавальним реагентом зазвичай є імобілізована всередині чи хімічно зв’язана з поверхнею мембрани макромолекула, яка контактує з розчином аналіту. Між реагентом і аналітом відбувається специфічна хімічна реакція, напр. пряма взаємодія реагенту з речовиною, що визначається, як у випадку реакції антиген/антитіло, або каталітична взаємодія імобілізованого ферменту з речовиною, що визначається, з утворенням легкодетектованого продукту. Як перетворювачі можуть бути використані будь-які зі згаданих вище. Ці принципи використані для опрацювання чутливих тестів у клінічній біохімії, а саме — твердофазовому імуноферментному аналізі (ІФА) або радіоімунному аналізі (РІА). На сьогодні синтезовані антитіла до багатьох БАР, які вибірково взаємодіють з біологічними системами, напр. ЛП, токсинами, метаболітами, пестицидами. На основі новосинтезованих органічних речовин, молекули яких містять специфічно зв’язуючі ділянки — імітатори активних частинок природних біологічно активних молекул, створені надзвичайно селективні і чутливі біосенсори. У клінічній хімії відома численна кількість методик, заснованих на використанні одноразових, просякнутих відповідними реагентами паперових тест-смужок, які використовують для проведення швидких тестів на наявність біологічних речовин, а отже, на цілу низку біологічних показників. Ці тести можуть бути виконані самими пацієнтами. Напр., комерційно доступні тести на вміст у крові або сечі глюкози, для встановлення факту вагітності, наявності слідів крові в екскрементах. Так, позитивний результат тесту на наявність крові (слідів гемоглобіну) в екскрементах дозволяє виявляти низку гастроентерологічних патологій, у т.ч. карциному товстої кишки, на ранній стадії.

Дружина Н.А., Моисеев А.Ю. Хемилюминесцентные методы в биохимических исследованиях // Укр. біохім. журн. — 2005. — № 2; Каттралл Роберт В. Химические сенсоры. — М., 2000.