Проблема закрепления биоматериала. Методы закрепления биоматериала

При изготовлении биодетекторов ключевой проблемой является закрепление биоматериала на физическом преобразователе.

При этом необходимо выполнение условий:

● биоматериал должен удерживаться на поверхности чувствительного элемента в течение всего его срока службы;

● должен быть обеспечен контакт биоматериала и исследуемого раствора;

● продукты реакции должны беспрепятственно диффундировать с поверхности биоматериала;

● исследуемый раствор и продукты реакции не должны менять свойства биоматериала.

Большинство биологически активных материалов являются протеинами или содержат протеины в своих структурах.

Для прикрепления протеинов на поверхности детектора применяются два метода:
 - связывание или

 - физическое удержание.

Адсорбция и установление ковалентных связей являются двумя вариантами метода связывания.

Способ физического удержания заключается в отделении биоматериала от анализируемого раствора при помощи специального покрытия, нанесенного на поверхность детектора. Такое покрытие должно быть проницаемым для исследуемого состава и продуктов реакции, но не для биоматериала

Химические полевые транзисторы (ХПТ). Ионоселективный полевой транзистор. Биоселективный полевой транзистор

Реализуются на основе полевых транзисторов, на затворы которых

наносятся один или несколько слоев специальных покрытий, способных реагировать на определенные химические вещества

Позволяют детектировать:водород в воздухе, кислород в крови, некоторые нервно-паралитические газы, NH₃, СО₂ и некоторые взрывоопасные вещества

Конструкция:

ХПТ реализуются на подложке из кремния p типа, на которой методом диффузии сформированы две области n-типа (сток и исток). Конструкция покрывается изоляционным слоем диоксида кремния, над зоной между стоком и истоком формируется металлический электрод (затвор ПТ), на который наносится многослойное химическое покрытие.

Принцип работы ХПТ:

Во время работы на транзистор подается напряжение. Электроны, собирающиеся возле поверхности полупроводника за счет поляризации специальных покрытий, нанесенных на затвор, формируют канал проводимости между n-зонами стока и истока.

ХПТ работает как химически управляемый резистор. ХПТ подключен ко входам дифференциального усилителя, выходное напряжение которого пропорционально проводимости транзистора.

Ионоселективный полевой транзистор

Чтобы повысить селективность химически чувствительного полевого транзистора по отношению к определенному виду ионов, используют разные способы, в первую очередь, – модификацию.

Например, достаточно селективный отклик на ионы водорода получают заменой тонкого слоя окисла над инверсионной областью ХПТ транзистора на тонкий слой нитрида кремния. Такой транзистор называют "H-селективным".

"Na -селективный" полевой транзистор формируют посредством нанесения на тонкий слой подзатворного диэлектрика боросиликатного стекла нужного состава.

Если на тонкий слой диэлектрика нанести полимерную пленку с примесью валиномицина или краун-эфира, то полевой транзистор становится "K-селективным".

Если же полимерную пленку модифицировать 1,1,3,3-тетраметил-бутил)-фенилфосфорной кислотой, то полевой транзистор становится " Ca-селективным "

Модифицированные таким образом полевые транзисторы называют ионоселективными (сокращенно "ИСПТ").

Биоселективный полевой транзистор

Представим, что на чувствительной поверхности ХПТ методами биоинженерии и микробиологии, высажена живая клетка, избирательно реагирующая на то или иное внешнее влияние, и естественная реакция высаженной клетки на это влияние изменяет электрический ток через ХПТ.

Это может происходить как непосредственно, если реакция высаженной клетки состоит в изменении ее собственного электрического потенциала, а значит, и потенциала затвора ХПТ, так и опосредованно, если клетка реагирует на внешнее влияние рядом биохимических реакций, продукты которых являются электрохимически активными.

Вследствие этого мы получаем очень чувствительный биоэлектронный сенсор. Учитывая очень малые размеры как ХПТ, так и осаждаемых на них клеток-рецепторов, на одном кристалле кремния можно создать довольно большой массив чувствительных к разным аналитам сенсоров.

Тогда кристалл параллельно будет собирать информацию о довольно детальном химическом составе внешней среды и об изменениях, которые в ней происходят.

Актюаторы. Виды актюаторов

Микроактюатор – это механическое устройство, которое

преобразовывает различные виды энергии (электрическая, химическая или термическая) в механическую работу, излучение тепла и света

Виды актюаторов в зависимости от используемого принципа действия:

- пьезоэлектрические

 - емкостные (электростатические)

 - термомеханические

- электромагнитные

- пневматические (термопневматические)

 -  тепловые (термические)

-  магнитные

- гидравлические