Введение.
1. Биосенсорные устройства: понятие и основные характеристики.
2. Тест-обьект: виды (ферменты, антитела, органеллы клеток, биологические мембраны (тени эритроцитов, везикулы)).
3. Иммобилизация, ее способы.
Заключение.
Список использованной литературы.
Введение.
Ксенобиология – это наука, изучающая закономерности и пути поступления, выведения, распространения, превращения чужеродных химических соединений в живом организме и механизмы вызываемых ими биологических реакций.
Ксенобиотиками называют чужеродные, ранее не встречавшиеся в организме органические и неорганические соединения. К таким веществам относятся, например, лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производств, пищевые добавки, косметические средства и пр.
1. Биосенсорные устройства: понятие и основные характеристики.
Биосенсоры это своеобразный пример «продукта», создаваемого с применением новейшей биотехнологии. Создание биосенсоров относится к области междисциплинарных исследований и отражает появление союза биологии, химии, физики и микроэлектроники.
За последние пару десятков лет в данной области отмечается немалое развитие. Ученые так и не пришли к единому мнению, какое же точное определение дать понятию биосенсор. Поэтому существует несколько трактовок. Биосенсор – аналитическая система для работы с биологическим веществом или систему, содержащую биологическое вещество. Но большинство данных в пользу определения, согласно которому биосенсором называется аналитическая система, содержащая биологический материал (ферменты, клетки, антитела, антигены, рецепторы, фрагменты ДНК), который находится в непосредственном контакте или встроен в физико-химический датчик. В биосенсорных устройствах используются физико-химические преобразователи различных типов; оптические, акустические, кондуктометрические, калориметрические, электрохимические [4].
Наряду с указанным определением биосенсорными устройствами именуются и электронные, оптические или электронно-оптические элементы, содержащие компонент биологической системы. Причем этот элемент предназначен для работы именно в электронном или элетронно-оптическом устройстве. Например, светочувствительные биосенсоры – это устройства, содержащие в качестве рабочего материала те или иные фоточувствительные биологические структуры (макромолекулы, фоторецепторные мембраны и т. д.) и предназначенные для регистрации, преобразования и хранения оптической информации. Отправной точкой и стимулом к разработке таких сенсоров служат данные о высокой квантовой эффективности, чувствительности и широком динамическом диапазоне природных светочувствительных систем, принимающих участие в таких процессах, как зрение, фотосинтез. Существует два основных типа биосенсоров.
2. Тест-обьект: виды (ферменты, антитела, органеллы клеток, биологические мембраны (тени эритроцитов, везикулы), клетки, ткани, микроорганизмы).
Когда говорят о биологической активности ксенобиотиков, то для ее определения необходимы тест-объекты, у которых регистрируются определенные виды биологических реакций (гибель, изменение роста, изменение различных метаболических реакций и т. д.) при их действии, называемые тест-реакциями. В этой связи разработаны принципы отбора и стандартизации тест-объектов при классификации ксенобиотиков по видам биологической активности.
Совокупность набора тест-объектов клеточно-тканевого уровня должна удовлетворять главному принципу системы – представительности выбранных биологических тест-объектов по отношению к моделям биосферы и организму человека с со-ответствующим набором характеристик (тест-реакций).
Предлагается подбирать тест-объекты по следующим критериям: сходство молекулярных рецепторов, являющихся мишенями для веществ с данными видами активности; принцип надмолекулярной организации и молекулярный состав (близость по структуре); функциональное сходство; органное или тканевое происхождение; идентичность патологического состояния тест-объекта таковому реального объекта.
Для биосенсора в качестве тест объекта могут быть использованы различные компоненты биологических систем – ферменты, антитела, антигены, нуклеиновые кислоты, рецепторы, клеточные органеллы, клетки, ткани, отдельные живые организмы и др. Однако любой из указанных компонентов сам по себе еще не является тест-объектом биосенсорного устройства. Дело в том, что молекулярные компоненты клетки могут растворяться в среде, подвергаться процессам биологической и химической деструкции, инактивироваться, для живых организмов характерны процессы адаптации, сенсибилизации или какие-либо другие, которые в конечном итоге могут привести к искажению их реакции на воздействие анализируемой среды.
3. Иммобилизация, ее способы.
При изготовлении биосенсорных устройств биологические тестирующие компоненты иммобилизуются. Процесс иммобилизации, с одной стороны, позволяет избежать потери (растворение и диспергирование в среде) биологических тестирующих компонентов, с другой – дает возможность располагать эти элементы как можно ближе к физико-химическому датчику без дополнительных промежуточных приспособлений.
Одновременно с указанными задачами при иммобилизации решается и ряд других: стабилизация активности биологического тестирующего элемента, пространственное разделение отдельных молекул, предохранение от биологического повреждения и т. д. Например,расщепление ферментов микроорганизмами эффективно подавляется при включении их в нерастворимые носители, в которых диффузия продуктов биосинтеза микроорганизмов замедлена. Ковалентная пришивка биокатализаторов предотвращает агрегацию ферментов, автолиз и разложение под действием примесей протеолитических ферментов. Для предотвращения инактивации глюкозооксидазы фермент иммобилизован на активированном углероде, в котором происходит быстрое разложение перекиси водорода, способной ингибировать фермент. Методики иммобилизации ферментов, антител (антигенов), клеток, клеточных органелл и других биологических компонентов во многом схожи. Иммобилизованные биологические тестирующие элементы, связанные с нерастворимыми в воде или с высокомолекулярными водорастворимыми полимерами, являются главной составной частью аналитических приборов.
Представляется целесообразным из всех известных методов иммобилизации проанализировать только те, которые используются в аналитической химии: иммобилизация путем адсорбции на носителях; включение в пространственную сетку гелей; иммобилизация путем сшивания бифункциональными реагентами; ковалентная сшивка с носителем; иммобилизация микрокапсулированием.
Заключение.
Благодаря своим свойствам биосенсоры находят применение во многих областях человеческой деятельности. В сельском хозяйстве и пищевой промышленности биосенсоры используются для контроля качества продукции (биосенсор на основе тиллакоидов шпината для определения концентрации гербицидов). Чаще всего в пищевой промышленности используются сенсоры для определения крахмала, сахаров и этилового спирта.
В экологии биосенсоры используются для мониторинга параметров окружающей среды. Например, биосенсор для определения хим состава сточных вод. Разработаны амперометрические микробные биосенсоры, в которых уровень загрязнения окруж среды определяется по влиянию вредных веществ на дыхание микробных компанентов.
1. Баренбойм, Г. М. Биологически активные вещества. Новые принципы поиска / Г. М. Баренбойм, А. Г. Маленков. – М.: Наука, 1986. – 340 с.
2. Головенко, Н. Я. Сравнительная биохимия чужеродных соединений / Н. Я. Головенко, Т. Л. Карасева. – Киев: Наук. думка, 1983. – 200 с.
3. Корте, Ф. Экологичесая химия / Ф. Корте [и др.]. – М.: Мир, 1997. – 396 с.
4. Кудряшов, А.П. Биосенсорные устройства: Курс лекций / А.П. Кудряшов. – Мн:БГУ, 2003. – 113 с.
5. Телитченко, М. М. Введение в проблемы биохимической экологии / М. М. Телитченко, С. А. Остроумов. – М.: Наука, 1990. – 288 с.
6. Юрин, В. М. Основы ксенобиологии: учебное пособие / В. М. Юрин. – Мн.: Новое знание, 2002. – 267 с.
