Электрохимические биосенсоры: рекомендуемые определения и классификация

Две комиссии Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), а именно Отделение физической химии (комиссия 1.7 по биофизической химии, ранее — Руководящий комитет по биофизической химии) и Отделение аналитической химии (комиссия V.5 по электроаналитической химии), подготовили рекомендации по определениям, классификации и номенклатуре, относящимся к электрохимическим биосенсорам. В дальнейшем эти рекомендации могут быть распространены и на другие типы биосенсоров.

Электрохимический биосенсор представляет собой автономное интегрированное устройство, способное предоставлять конкретную количественную или полуколичественную аналитическую информацию с помощью элемента биологического распознавания (биохимического рецептора), находящегося в непосредственном пространственном контакте с электрохимическим преобразовательным элементом. Поскольку биосенсоры можно многократно калибровать, рекомендуется чётко отличать их от биоаналитических систем, для работы которых необходимы дополнительные этапы обработки, например добавление реагентов. Устройство, которое после одного измерения становится одноразовым и не позволяет непрерывно контролировать концентрацию аналита либо проводить её мониторинг после быстрой и воспроизводимой регенерации, следует обозначать как биосенсор однократного применения.

Биосенсоры можно классифицировать по механизму, определяющему биологическую специфичность, либо по способу физико-химического преобразования сигнала. Элемент биологического распознавания может основываться на химической реакции, катализируемой макромолекулами, или на равновесной реакции с макромолекулами, выделенными из исходной биологической среды, специально сконструированными либо присутствующими в исходной биологической среде. В последнем случае обычно устанавливается равновесие и, если потребление аналита иммобилизованным биокомплексирующим агентом, включённым в состав сенсора, и происходит, то не сопровождается дальнейшим суммарным расходованием аналита.

Биосенсоры можно также классифицировать по аналитам или реакциям, которые они контролируют: возможен прямой мониторинг концентрации аналита либо реакций, в ходе которых такие аналиты образуются или расходуются; альтернативно можно проводить непрямой мониторинг ингибитора или активатора элемента биологического распознавания (биохимического рецептора).

Быстрое распространение биосенсоров и их разнообразие привели к недостаточной строгости при определении критериев их рабочих характеристик. Хотя каждый биосенсор можно достоверно оценить только применительно к конкретной задаче, целесообразно определить стандартные протоколы оценки рабочих характеристик в соответствии со стандартными протоколами или определениями IUPAC. Эти критерии рекомендуются авторам, рецензентам и преподавателям и включают калибровочные характеристики (чувствительность, рабочий и линейный диапазоны концентраций, пределы обнаружения и количественного определения), селективность, время отклика в стационарном и переходном режимах, пропускную способность по образцам, воспроизводимость, стабильность и срок службы.