Использование биосенсоров в медицине

В настоящее время биосенсоры находят самое широкое применение в медицине. Ферменты все больше используются для рутинного автоматизированного анализа содержания метаболитов, лекарств и гормонов в биологических жидкостях человека. Это особенно необходимо для клинической диагностики. Благодаря использованию биосенсоров снижается риск ошибок при постановке диагноза, а также уменьшаются затраты, поскольку биосенсоры широко распространены и доступны. Диагностика с помощью биосенсоров позволяет врачам-терапевтам проводить анализы непосредственно в их кабинетах, не прибегая к услугам лабораторий. Кроме того, можно быстрее начать лечение. Еще одно преимущество состоит в том, что труднее перепутать, потерять или загрязнить пробу. Это особенно важно при анализах на содержание допинга у спортсменов. Полицейские и врачи уже используют специальные наборы для выявления небольших количеств наркотиков в крови людей. По-видимому, скоро станут доступными наборы для диагностики в домашних условиях, так как многие хотели бы иметь такие приспособления. Уже используются биосенсоры, позволяющие контролировать появление опасных метаболитов в ходе хирургической операции. Подобный контроль уровня метаболитов может стать обычным при использовании миниатюрных имплантатов, которые могли бы немедленно исправлять ситуацию, если появляются какие-либо изменения. На основе «биочипов» можно создать более чувствительные биосенсоры меньшего размера. Биочипы должны быть достаточно малы, чтобы их можно было имплантировать в тело человека. Тогда станут возможны такие устройства, как искусственные органы чувств и стимуляторы ритма сердца.

Примером биосенсора, который широко используется, является прибор для определения содержания глюкозы в крови больных диабетом. Биосенсор содержит фермент глюкозооксидазу в иммобилизованной форме. Фермент окисляет глюкозу в крови; при этом высвобождаются электроны, образующие электрический ток, который пропорционален количеству глюкозы, присутствующей в крови. Биосенсор очень чувствителен; он позволяет измерять концентрацию глюкозы в одной капле крови и выдает результат через 20 с. Есть надежда, что со временем можно будет имплантировать такие датчики в кровеносные сосуды, находящиеся в коже больных диабетом, что позволит им более точно контролировать потребность в инсулине. Если биосенсор соединить с мининасосом так, чтобы он при необходимости автоматически вводил инсулин, то больной получит фактически автоматическую поджелудочную железу.

Использования биосенсора в научных исследованиях.

1. Пример – биосенсорного устройства относится к ферментному электроду на основе микроорганизмов - дрожжей, помещаемых между двумя пористыми мембранами. Биосенсор на основе иммобилизованных дрожжей и кислородного электрода позволяет определять этанол и метанол, например в промышленных стоках.

2. Биосенсоры на основе иммобилизованных на мембране микроорганизмов, служащих элементом так называемого микробного сенсора. В качестве примера таких устройств можно упомянуть амперометрический сенсор на аммиак (в сточных водах) на основе иммобилизованных нитрифицирующих бактерий и кислородного электрода. Такой биосенсор полезен при решении вопросов охраны окружающей среды, и в частности при контроле степени очистки промышленных стоков.

3. Использование биосенсоров на основе гидролаз -ферментов, являющихся катализаторами гидролитического расщепления субстратов. Эти биосенсоры предназначаются, как правило, для эколого-аналитического контроля остаточных количеств пестицидов класса фосфорорганических соединений

Применения биосенсоров в контроле промышленных процессов. Живые клетки (дрожжи и бактерии), соединенные с электродами, применяются для измерения концентраций L-аминокислот, спирта, фенолов, метана, различных сахаров, уксуса и антибиотиков. С их помощью контролируют условия внутри ферментеров, что особенно важно при непрерывном культивировании. Разработана очень чувствительная система, позволяющая улавливать следовые количества кислорода. В этой системе использованы бактерии, которые начинают светиться в присутствии кислорода. Излучаемый свет регистрируется фотоэлементом. Огромный интерес вызывают оптические биосенсоры. Одна из причин такого интереса связана с возможностью использования волокнистой оптики для дистанционного зондирования в опасных условиях среды. Многие ферментативные реакции сопровождаются выделением тепла. Термобиосенсоры регистрируют изменения температуры в 0,0001 °С. Их можно использовать для обнаружения молочной кислоты.