Возможность применения ППР для биохимических анализов

В 80-х годах ХХ в. выяснилось, что ППР может стать и чувствительным методом выявления присутствия даже незначительного количества разных биологических примесей. Для этого на внешней поверхности тонкой золотой пленки биохимическими методами высаживают ("иммобилизуют") мономолекулярный слой " лиганда " или " рецептора " (рис. 23.4). Это слой органических молекул, которые избирательно взаимодействуют с "аналитом" – теми молекулами (частицами), концентрацию которых в растворе мы хотим измерять.

Рис. 23.4. Схема наблюдения сдвига кривой ППР при наличии аналита: 1 – прозрачная среда с высоким показателем преломления; 2 – тонкая металлическая пленка; 3 – чувствительный слой лиганда; 4 – молекулы (частицы) аналита

Если в качестве "рецептора" используются молекулы или частицы биологического происхождения, то ППР сенсоры часто называют " ППР биосенсорами ", а чувствительный слой – "биорецепторным" слоем. Различают две большие группы биорецепторных слоев: на основе ферментов и на основе антител. В последнем случае ППР сенсоры называют также " ППР иммуносенсорами ".

Когда молекулы (частицы) аналита присоединяются к молекулам лиганда (рецептора), создаваемое последними электрическое поле на поверхности металла несколько изменяется, вследствие чего резонансный минимум ППР смещается. Сдвиг этот тем больше, чем больше молекул (частиц) аналита присоединилось к биочувствительному слою лиганда. А это зависит от концентрации аналита в исследуемом растворе и от кинетики процессов биохимического взаимодействия аналита с лигандом.

Таким образом, измеряя величину сдвига минимума кривой ППР, в принципе стало возможным обнаруживать присутствие и измерять концентрацию в растворах многих важных биохимических веществ и микрочастиц (вирусов, бактерий, антител, ...). А снимая зависимость величины сдвига от времени, можно изучать кинетику их биохимических взаимодействий и ее зависимость от различных факторов. Собственно, сам прецизионный биохимический анализ на молекулярном уровне выполняет в этом случае специфический чувствительный слой лиганда (биорецептора), нанесенного на поверхность металлической пленки, а метод ППР позволяет довольно точно "считывать" результаты этого анализа.

Перед такими чувствительными ППР биосенсорами открылась широкая область применений. Это – и научные исследования в области биохимии, и обнаружение опасных загрязнений, отравляющих и химически вредных примесей в питьевой воде, и контроль концентрации разных ингредиентов в молоке, пиве, вине, других напитках, в бензине и моторных маслах и т.п. Появилась возможность быстрого обнаружения вредных вирусов, бактерий, биохимических веществ в жидкостях, в том числе и в полевых условиях, а также возможность создания многих новых тонких методов научных исследований.

Чувствительностью ППР сенсора называют ту наименьшую концентрацию аналита, которую можно надежно зафиксировать с помощью этого сенсора. Чувствительность зависит от ряда факторов, в частности, от того, какая часть аналита уже связалась с рецепторным слоем. А это зависит от температуры и времени их взаимодействия. Но, пожалуй, определяющую роль играет тот минимальный угол сдвига кривой ППР, который можно надежно зафиксировать с помощью программно-технических средств сенсора.