Ионоселективные мембраны для ИСПТ.

Ионоселективные мембраны для ИСПТ.

· Твердотельные мембраны (SiO₂, Si₃N₄, AI₂O₃, Та₂О5). Такие ионоселективные мембраны удобны прежде всего потому, что их можно наносить на полевой транзистор с помощью операций, применяющихся при изготовлении интегральных схем. Твердотельные ионоселективные мембраны применяются, в основном, при измерении pH.

· Полимерные мембраны обычно наносят на область затвора ИСПТ в виде раствора в летучем растворителе с последующим упариванием. Эту операцию повторяют несколько раз, чтобы получить тонкую мембрану без микроотверстий. Чаще всего такие мембраны применяются для ИСПТ, предназначенных для определения ионов Na⁺, К⁺, Са²⁺.

· Гетерогенные мембраны. В общем случае гетерогенная мембрана состоит из полупроводникового электродного материала, обычно малорастворимой неорганической соли в виде тонкоизмельченного порошка, соединенного с полимерной матрицей. На основе таких мембран изготавливают ИСПТ, чувствительные к ионам , , ,  (цианид- ионы).

 

Химически чувствительные ПТ на основе ферментов.

Если на ион-селективную мембрану ИСПТ нанести тонкий слой ферментосодержащего геля, то получим полевой транзистор на основе ферментов (ФПТ). Ферментсодержащий гель располагается над ионоселективной мембраной. Если к раствору добавляют субстрат фермента, то он диффундирует в гелевый слой по градиенту концентрации; в геле фермент катализирует соответствующее превращение субстрата.

Расположенный под слоем геля ИСПТ измеряет концентрацию продукта превращения субстрата или не прореагировавшего субстрата.

В первом случае образующиеся в геле молекулы диффундируют во всех направлениях - как к ионоселективной мембране, так и из геля в раствор. Диффузия молекул к ионоселективной мембране приводит к повышению их концентрации на поверхности мембраны. Далее достигается равновесие, при котором устанавливается постоянная концентрация молекул на границе раздела гель-мембрана. Поскольку скорость реакции зависит от концентрации субстрата, эта установившаяся концентрация определяется концентрацией субстрата в растворе.

Если же измеряют концентрацию оставшегося в гелевом слое и в растворе субстрата, то эта концентрация на границе раздела мембрана-гель будет понижаться, достигая в состоянии равновесия постоянного значения.

Чаще всего в ПТ на основе ферментов используется ИСПТ с рН - чувствительной мембраной. В них в ходе ферментативной реакции образуются или расходуются ионы водорода в соответствии с уравнениями:

Пенициллиназа

Пенициллиназа

Пеницилиназа                                            пенициллоат +

Уреза

Мочевина +                                             

Глюкооксидаза

Глюкоза +                                                 глюконат +

Ацетилхолинэстераза

Ацетилхолин                                    

 

Для измерения обычно используют два ИСПТ. Один из них является стандартом по отношению к другому. На стандартный ИСПТ нанесена мембрана, не содержащая фермента. Эти два ПТ одинаково чувствительны к pH и температуре, но не одинаково реагируют на изменение потенциала границы раздела.

Таким образом, если измеряют разность между токами двух стоков, то выходной сигнал не зависит от pH раствора, температуры или внешних помех, а регистрироваться будут только изменения pH внутри гелевой мембраны ФПТ, обусловленные ферментной реакцией.