Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень

Надані узагальнені відомості про сенсори взагалі та біосенсори зокрема, описані історія створення, класифікація сенсорів та біосенсорів, механізм їх дії та сфера застосування. Представлены обобщенные сведения о сенсорах вообще и биосенсорах в частности, описаны история создания, классификация сенсор...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Чекман, І.С., Горчакова, Н.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainisch
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2008
Schlagworte:	Світ інновацій
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2463
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень / І.С. Чекман, Н.О. Горчакова // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 3. — С. 75-79. — Бібліогр.: 33 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860251226115932160
author	Чекман, І.С. Горчакова, Н.О.
author_facet	Чекман, І.С. Горчакова, Н.О.
citation_txt	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень / І.С. Чекман, Н.О. Горчакова // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 3. — С. 75-79. — Бібліогр.: 33 назв. — укр.
collection	DSpace DC
description	Надані узагальнені відомості про сенсори взагалі та біосенсори зокрема, описані історія створення, класифікація сенсорів та біосенсорів, механізм їх дії та сфера застосування. Представлены обобщенные сведения о сенсорах вообще и биосенсорах в частности, описаны история создания, классификация сенсоров и биосенсоров, механизм их действия и сфера применения. Integrated data about sensors in general and biosensors in particular are presented. History of creation, classification of sensors and biosensors, mechanism of their action and application sphere is described.
first_indexed	2025-12-07T18:43:23Z
format	Article
fulltext	75 ВCТУП Велика кількість різноманітних технологіч� них процесів застосовується при виготовлен� ні як медичних засобів (медикаментів, фер� ментів, антитіл, апаратів), так і промислових товарів (надзвичайно чистих речовин, металів, органічних сполук). Виробництво вимагає постійного моніторингу технології на промис� лових підприємствах, в процесах імунологіч� них реакцій та біотрансформації ксенобіоти� ків. Поступово дійшли висновку, що темпера� тура, тиск, рівень рідини, швидкість робочого процесу в біореакторах повинні постійно контролюватися. Отже, необхідні спеціальні пристрої для визначення кількості рідини або газу, що надходять під час процесів у біореак� торах з метою визначення субстратів, продук� тів і метаболітів та рН. Такі системи — різно� манітні сенсори, включаючи біосенсори для контролю середовища навколо виробничого процесу — були розроблені і почали застосо� вувати у високих біотехнологіях. Крім того, в останні роки з'явилося багато проблем, пов'я� заних зі стабільністю, стерилізацією, точніс� тю, а також впливом отриманих продуктів на навколишнє середовище та людину. Для розв'я� зання цих проблем необхідний моніторинг тра� диційних процесів [1, 2, 3]. БІОСЕНСОРИ Біосенсори — чутливі системи зі спеціаль� ними елементами, що мають властивість виз� начати кількість субстанції, яка утворюється в процесі реакції завдяки високій селектив� ності. Є інші визначення і завдання біосенсо� рів. Біосенсори — це аналітичний винахід, який інтегрує біологічний елемент і не здатний до зворотної біоспецифічної взаємодії з аналі� тичним та сигнальним переносником. Актив� ним елементом біосенсорів є шар молекул, названий біовизначальником. Це — ферменти, ДНК, лектини тощо. Біосенсори складаються з трьох частин: біологічний визначальний компонент, сигнальний трансдуктор та елект� рична або селективна одиниця. Більшість ме� дичних біосенсорів — це антитіла або ензими (очищені або у формі цілісних клітин) як біокомпоненти. Такі біосенсори знайшли зас� тосування в різних галузях медичної науки і практики як оптичні, ампероментичні або п'єзотрансдуктори [4, 5, 6]. Однією з провідних галузей біосенсорної технології є застосування таких біокомпонен� тів, як аптамери та вуглеці. Для кожного кла� су біокомпонентів існують різні переваги та аналітичні коливання в певних межах, тому визначення нових елементів біосенсорного виявлення має значний науково�практичний Наука та інновації. 2008. Т 4. № 3. С. 75–79. І.С. Чекман, Н.О. Горчакова Національний медичний університет ім. О.О.Богомольця, Київ БІОСЕНСОРИ: СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ Надані узагальнені відомості про сенсори взагалі та біосенсори зокрема, описані історія створення, класифікація сен� сорів та біосенсорів, механізм їх дії та сфера застосування. К л ю ч о в і с л о в а: сенсори, біосенсори, класифікація, механізм дії, застосування. © І.С. ЧЕКМАН, Н.О. ГОРЧАКОВА, 2008 інтерес. Серед класу біокомпонентів з вели� ким потенціалом виділяють аптамери, корот� кі РНК та ДНК олігонуклеотиди зі специ� фічними трьорозмірними конформаціями, що дає їм можливість зв'язувати велику кіль� кість малих і великих молекул [7]. Аптамери можуть бути синтезовані і проявляти зв'язу� ючу активність та специфічність до аналізо� ваної сполуки, якою може бути білок, вугле� вод, лікарський засіб з малою молекулярною масою [8]. Як біосенсорні компоненти апта� мери збуджуються, тому що вони більш чут� ливі і мають більш виражену зв'язуючу влас� тивість, ніж антитіла (імуносенсори можуть бути адаптовані для аптамерів) [9]. Аптамери стали широко застосовуватися для зменшен� ня негативного впливу на організм патоген� них мікроорганізмів і токсинів. В останні ро� ки завдяки їм був створений біозахист від ба� гатьох екзогенних токсинів, зроблені певні кроки до біозахисту від пріонів [10, 11]. Зрос� тає зацікавленість дослідників до вуглеводів та глікопротеїнів. Є повідомлення, що вугле� води самі можуть бути новим класом біосен� сорних біокомпозитів. Відома важлива роль вуглеводів в поверхневих рецепторах, які впізнають різноманітні молекули [2]. Вста� новлено, що головними з вуглеводних біосен� сорів є глікопротеїди (лектини) [12]. Саме лектини почали застосовували як біокомпо� ненти біосенсорів для вуглеводів (як і для гліколіпідів) [12, 13]. Важливим став пошук сенсора для очище� них продуктів, визначення домішок або голов� ного елементу суміші. Сенсори можуть бути застосовані як різні види рецепторів організму для виявлення фази речовини (порошку, газу або рідини) [14]. Біосенсори вже застосовують для ідентифікації рівня росту бактерій [15] та інфекцій в клітинній культурі молочної зало� зи [16]. Головна перевага біосенсорів — висока спе� цифічність біомолекул до цільового субстра� ту. Імуносенсори — це клас біосенсорів, пов'я� заний із застосуванням антитіл як елементів біочутливості. Реакція відбувається між ціль� овою аналізованою речовиною та специфіч� ним антитілом [17]. Електрохемілюмінісцен� ція — імунодосліджувана система для вияв� лення тринітроетилену, при якому антитіла, мічені до ензиму, фіксовані на парамагнітних носіях, сконцентровані на електроді завдяки магнетизму [18]. Проводяться дослідження з метою використання компактних мембран для імунологічних досліджень [17]. У цій сис� темі антитіла імобілізовані на мембрані та на� сичені міченим антигеном. Коли немічений ан� тиген (зразок) проводять крізь текучу систему, пропорціональна кількість міченого антигену переміщується з імобілізованого антигену на місце зв'язку, і це переміщення визначається флуориметром. Концентрація переміщеного міченого антигену визначається пропорційно до концентрації цільового аналітика, що був введений в систему. Автори [19] визначали 2,4,6�тринітротолу� ен у морській воді, застосовуючи імуночутлий метод, а автори [20] користувалися як імуно� сенсорами хімічно модифікованими скляними мікрокапілярами. Внутрішня поверхня скля� ного мікрокапіляра була модифікована 3�амі� нопропілтриетоксисиланом та флуоресціюва� ла з антигеном 2,4,6�тринітротолуетиеном, тринітробензенсульфоновою кислотою. Коли 2,4,6�тринітротолуетилен надходив в мікрока� піляр, його комплекс з антитілом змінював флуоресценцію, що вимірювалася флуоримет� ром з визначенням часу аналізу. Новий імуносенсор з поверхневим плазмо� вим резонансом, в основі якого лежить конку� рентна імунна реакція з застосуванням кон'ю� гата тринітрофенолу з сироватковим альбу� міном бика та антитіла до тринітрофенолу, застосовують для визначення 2,4,6�тринітро� фенолу [21]. Тринітрофенол в розчині конку� рує з іммобілізованим комплексом тринітро� фенол�сироватковий альбумін за зв'язок з антитілом до тринітрофенолу, причому сту� Світ інновацій Наука та інновації. № 3, 200876 пінь пригнічення залежить від концентрації тринітрофенолу. Існують два імуночутливих методи для виз� начення тринітрофенолу, в основі яких є кон� курентна інгібіція [21]. Візьмімо для прикла� ду два поліклональних антитіла: одне з яких отримали з 2,4,6�тринітрофенол�бичачого си� роваткового альбуміну кон'югату, друге — з 2,4,6�тринітрофенолу, що було приєднано до немодифікованого кон'югату, який застосову� вали в імунологічних дослідженнях. Імобілізо� ваний тринітрофенол взаємодіє з антитілами та резонансно змінює кут при бімолекулярних взаємодіях, що моніторуються. Це застосо� вується для визначення 2,4,6�тринітротолуену. Обидва антитіла мають високу ступінь афіні� тету до 2,4,6�триінтротолуетилену. Запропонована також біочіп�технологія для визначення 2,4,6�тринітротолуену [22]. Слід зазначити, що, незважаючи на успіхи імуно� логічних досліджень, є труднощі: необхідні специфічні антитіли до кожної сполуки; іму� носенсори мають високу вартість; важко роз� різняти сигнали при застосуванні імуносен� сорів; можлива втрата чутливості до них. До негативних моментів слід також віднести мат� ричні ефекти, неспецифічну взаємодію, гете� рогенність. Таким чином, створення біосенсорів та їх використання сприяють розвитку науки і про� мисловості. Сфера їх застосування різноманіт� на, включаючи моніторування навколишньо� го середовища. Фундаментальною основою імуносенсорів стало визначення антигенів ан� титілами завдяки утворенню стабільного ком� поненту. Водночас необхідне підвищення їх специфічності та розпізнавальної здатності. Цей метод не може бути застосований поки що у виробництві, а застосовується тільки в лабораторних дослідженнях. Маючи характе� ристики трасдукторів, біосенсори істотно малі, але активно проводяться спроби пони� зити їх розмір для більш ефективного застосу� вання і для експериментів in vitro і in vivo. Це необхідно для досягнення певного фізичного стану, а не для сенсорів взагалі. Перспективи застосування біосенсерів роз� ширяються, більшість досліджень пов'язані з розробками чутливих до медикаментів сен� сорів та діагностикою різних захворювань [23, 24]. Відомі біосенсори, що можуть контролю� вати кількість глюкози [25], лактату [26], гор� монів [27] у біологічних середовищах. Біль� шість цих завдань об'єднуються, узагальню� ються, деякі з них пов'язані з молекулярними відбитками, матеріалами санітарії і гігієни, особливістю дії лікарських препаратів [28, 29]. Аптамери можуть бути біосенсорами до спор Bacillus antracis, вірусу Influenza, збуд� ників туляремії, трипаносомозу, сальмонель� озу, деяких інших збудників інфекційних хвороб [30]. Тому дослідження в цьому нап� рямку будуть розвиватися і далі. Встановле� но, що сигнали внутрішньоклітинного каль� цію можуть бути отримані in vivo. На сьогодні вже визначені метаболітотропні рецептори до катіонів, а також розшифровано процес вивільнення кальцію з внутрішньоклітинних депо [31, 32, 33]. Це перспективний напря� мок для створення біосенсорів лікарських за� собів, які впливають на обмін кальцію. Роботи в напрямку пошуків біосенсорів, дос� лідження їх властивостей, застосування в ме� дичній практиці будуть сприяти підвищенню діагностики та ефективного лікування різних захворювань. ЛIТЕРАТУРА 1. Becker Th., Hitzmann B., Maffer K et al. Future aspects of bioprocess monitoring // Adv. Biochem. Engin — 2007. — Vol. 105. — P. 249—293. 2. Haes A.J.,Van Duyne R.P. Nanosensors enable portable detectors for environment and medical applications // Laser Focus World. — 2003. — Vol. 39, N 5. — P. 153— 156. 3. O`Connell P.J., Guilbault G.G. Future trends in biosen� sors research // Anal. Lett. — 2001. — Vol. 34, N 7. — P. 1063—1078. 4. Mehrvar M., Aldi M. Recent developments, character� istics and potential applications of electrochemical Світ інновацій Наука та інновації. № 3, 2008 77 biosensors // Anal. Sci. — 2004. — Vol. 20. — P. 113— 1126. 5. Sriver�Lake L.C., Charles P.T., Kusterbeck A.W. Non�aero� sol detection of explosives with a continuous flow im� munosensors // Annual. Bioanal. Chem. — 2003. — Vol. 377. — P. 550—563. 6. Wolfbeis O.S. Fiber�optic chemical sensors and biosen� sors // Anal. Chem. — 2004. — Vol. 76, N 12. — P. 3269— 3283. 7. Kirby R., Cho E.J., Gehrke B. et al. Aptamer based sensor arrays for the detection and quantization of proteins // Anal. Chem. — 2004. — Vol. 76, N 14. — P. 4066— 4075. 8. Forbeller S., Minumni M., Mascini M. Analitical applica� tions of aptamers // Biosensors and Bioelectronics. — 2005. — Vol. 20. — P .2424—2434. 9. O`Sullivan C.K. Aptasensors — the future of biosensing // Anal. Bioanal. Chem. — 2002. — Vol. 372, N 1. — P. 44— 48. 10. Fischer N.O., Tarasow Th.M. Aptasensors for biosecurity applications // Current opinion in chemical biology. — 2007. — Vol. 11. — P. 316—328. 11. Tschmela K.J., Proll G., Gauglitz G. Optical biosensors for pharmaceutical anabiotics, hormones, endocrine disrup� tinity chemicals and pesticides in water: assay optimiza� tion process for estrogen as example // Talanta. — 2005. — Vol. 65, N 2. — P. 313—323. 12. Duverger E., Frision N., Roche A.C., Mousigny M. Carbohydrate — lectin interactions assessed by surface plasmon resonance // Biochimie. — 2003. — Vol. 85, N 1, 2. — P. 167—179. 13. Liljeblad M., Lundblad A., Pudhlssm P. Analysis of glyco� proteins in cell culture supernatans using a lectin immu� nosensor technique // Biosens. Bioelectron. — 2002. — Vol. 17, N 10. — P. 883—891. 14. Bachinger T., Riese U., Enksson R.K., Mandenius C.P. Gas sensor arrays for early detection of infection in mam� malian cell culture // Biosens. Bioelectron. — 2002. — Vol. 17, N 5. — P. 395—403. 15. Bachinger T., Mandenius C.F. Physiologically motivated monitoring of fermentation processes by means of an electronic nose // Chem. Eng. Technol. — 2001. — Vol. 24, N 7. — P. 33—42. 16. Rimmell M. Nucleic acid aptamers as tools and drugs: re� cent developments // Chem. Biochem. — 2003. — Vol. 4, N 10. — P. 963—971. 17. Rabbany S.Y., Lane W.J., Marganski W.A. et al. Trace de� tection of explosives using a membrane�based displace� ment immunoassay // J. Immunol. Methods. — 2000. — Vol. 246. — P. 69—89. 18. Wilson R., Claveriny C., Hutchinson A. Paramagnetic be� ad based enzyme electrochemiluminescence immunoas� say for TNT // J. Electroanal. Chem. — 2003. — Vol. 557. — P. 1—7. 19. Green T.M., Charles P.T., Andersen G.P. Detection of 2,4,6�trinitrotoluene in seawater using a reversed dis� placement immunosensor // Anal. Biochem. — 2002. — Vol. 310. — P. 36—63. 20. Charles P.T., Ranyasamny J.G., Andersen G.P. Microca� pillary reversed�displacement immunosensor for trace level detection of TNT in seawater // Anal. Chem. — 2004. — Vol. 525. — P. 199—212. 21. Shankaran D.R., Masummoto V., Toko K., Miura N. De� velopment and comparison of two immunoassays for detection of 2,4,6�trinitrotoluene based on surfaced plasmon resonance // Sens. Actuators. B. — 2006. — Vol. 114. — P. 71—81. 22. Larsson A, Anybrant J., Ekeroth J. et al. A novel biochip technology for detection of explosives TNT�synthesis, characterization and application // Sens. Actuators. B. — 2006. — Vol. 113. — P. 130—136. 23. Чекман И.С., Горчакова Н.А., Французова С.Б. и др. Кардиопротекторы // К.: 2005. — 204 с. 24. Demidov V.V. Nanobiosensors and molecular diagnos� tics: a promising partnership // Expert. Rev. Mol. Diag. — 2004. — Vol. 3, N 4. — P. 267—268. 25. Dai Y.Q., Shiu K.K. Glucose biosensor based on multi� walled carbon nanotube modified glassy carbon electro� de // Electroanalysis. — 2004. — Vol. 16, N 20. — P. 1697— 1703. 26. Zhang F.P., Wan Q, Li C.X et al. Simultaneus assay of glu� cose lactate, L�glutamate and pyroxanthine levels in a rat striatum using ensime electrodes based on neutral red�doped silica nanoparticles // Annual. Bioanal. Chem. — 2004. — Vol. 380, N 4. — P. 637—642. 27. Haseley S.R. Carbohydrate recognition: a nascent tech� nology for the detection of bioanalytes // Analytic Che� mica Acta. — 2002. — Vol. 457, N 1. — P. 39—45. 28. Галенко�Ярошевский П.А., Чекман И.С., Горчакова Н.А. Очерки фармакологии средств метаболитной терапии. — М.: Медицина, 2001. — 240 с. 29. Чекман І.С., Беленічев І.Ф., Горчакова Н.О. та ін. Маг� нієвмісні препарати: фармакологічні властивості, зас� тосування // Запоріжжя, Київ: Вид�во ЗДМУ, 2007. — 124 с. 30. Lee J.P., Stovall G.M., Ellington A.D. Aptamer therapeu� tics advance // Current opinion in Chemical Biology. — 2006. — Vol. 10. — P. 282—289. 31. Koticoff M.I. Genetically encoded Ca2+ indicators: using genetics and molecular design to understand complex physiology // J. Physiol. — 2007. — Vol. 578. — P. 55—67. 32. Colton R.J. Nanoscale measurement and manipulation // J. Vacuum Sci. Technol. B. — 2004. — Vol. 22, N 4. — P. 1609—1639. Світ інновацій Наука та інновації. № 3, 200878 Світ інновацій Наука та інновації. № 3, 2008 79 33. Sarkaua M., Tamerler C., Jen A.K. et al. Molecular bio� mimetics: nanotechnology through biology // Nature Mater. — 2003. — Vol. 2, N 9. — P. 577—585. И.С. Чекман, Н.А. Горчакова БИОСЕНСОРЫ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Представлены обобщенные сведения о сенсорах во� обще и биосенсорах в частности, описаны история соз� дания, классификация сенсоров и биосенсоров, меха� низм их действия и сфера применения. К л ю ч е в ы е с л о в а: сенсоры, биосенсоры, класси� фикация, механизм действия, применение. I.S. Chekman, N.A. Gorchakova BIOSENSORS: STATE AND PROSPECTS OF SCIENTIFIC RESEARCHES Integrated data about sensors in general and biosensors in particular are presented. History of creation, classifica� tion of sensors and biosensors, mechanism of their action and application sphere is described. K e y w o r d s: sensors, biosensors, classification, mecha� nism of action, application. Надійшла до редакції 21.01.08.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2463
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1815-2066
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:43:23Z
publishDate	2008
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format	dspace
spelling	Чекман, І.С. Горчакова, Н.О. 2008-11-05T12:59:42Z 2008-11-05T12:59:42Z 2008 Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень / І.С. Чекман, Н.О. Горчакова // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 3. — С. 75-79. — Бібліогр.: 33 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin4.03.075 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2463 Надані узагальнені відомості про сенсори взагалі та біосенсори зокрема, описані історія створення, класифікація сенсорів та біосенсорів, механізм їх дії та сфера застосування. Представлены обобщенные сведения о сенсорах вообще и биосенсорах в частности, описаны история создания, классификация сенсоров и биосенсоров, механизм их действия и сфера применения. Integrated data about sensors in general and biosensors in particular are presented. History of creation, classification of sensors and biosensors, mechanism of their action and application sphere is described. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Світ інновацій Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень Биосенсоры: состояние и перспективы научных исследований Biosensors: State and Prospects of Scientific Researches Article published earlier
spellingShingle	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень Чекман, І.С. Горчакова, Н.О. Світ інновацій
title	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
title_alt	Биосенсоры: состояние и перспективы научных исследований Biosensors: State and Prospects of Scientific Researches
title_full	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
title_fullStr	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
title_full_unstemmed	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
title_short	Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
title_sort	біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень
topic	Світ інновацій
topic_facet	Світ інновацій
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2463
work_keys_str_mv	AT čekmanís bíosensoristantaperspektivinaukovihdoslídženʹ AT gorčakovano bíosensoristantaperspektivinaukovihdoslídženʹ AT čekmanís biosensorysostoânieiperspektivynaučnyhissledovanii AT gorčakovano biosensorysostoânieiperspektivynaučnyhissledovanii AT čekmanís biosensorsstateandprospectsofscientificresearches AT gorčakovano biosensorsstateandprospectsofscientificresearches

Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень

Institution

Ähnliche Einträge