แอมเพอโรเมทรีและเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้า

แอมเพอโรเมทรีเป็นการวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหล ณ ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่กำหนด เพื่อหาปริมาณสารวิเคราะห์ที่ไวต่อไฟฟ้า ซึ่งเป็นพื้นฐานของเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้าและไบโอเซ็นเซอร์เชิงปฏิบัติหลายชนิด

Definition

เทคนิคการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่วัดกระแสไฟฟ้าที่อิเล็กโทรดซึ่งคงศักย์ไฟฟ้าไว้คงที่ และเชื่อมโยงกับความเข้มข้นของสารที่ไวต่อไฟฟ้า มักจะผ่านชั้นตรวจจับที่เลือกทางเคมี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการตรวจจับด้วยแอมเพอโรเมทรี: การคงอิเล็กโทรดไว้ที่ศักย์ไฟฟ้าที่สารวิเคราะห์เกิดปฏิกิริยาและบันทึกกระแสไฟฟ้าที่ถูกควบคุมด้วยการแพร่ที่เกิดขึ้น การออกแบบไบโอเซ็นเซอร์ที่เชื่อมโยงการจดจำด้วยเอนไซม์เข้ากับการแปลงสัญญาณทางเคมีไฟฟ้า อิเล็กโทรดออกซิเจนของคลาร์ก กลไกการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแบบมีตัวกลางและแบบโดยตรง และคุณสมบัติเชิงวิเคราะห์ของอุปกรณ์เหล่านี้ ครอบคลุมการตรวจวัดทางคลินิก สิ่งแวดล้อม และ ณ จุดดูแลผู้ป่วย

Core questions

• กระแสไฟฟ้าที่ศักย์ไฟฟ้าคงที่สามารถบ่งบอกความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ได้อย่างไร?
• ไบโอเซ็นเซอร์ที่ใช้เอนไซม์เปลี่ยนเหตุการณ์การจดจำทางเคมีที่จำเพาะให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างไร?
• ตัวกลางและการปรับเปลี่ยนอิเล็กโทรดมีบทบาทอย่างไรในการตรวจจับด้วยแอมเพอโรเมทรี?
• อะไรเป็นตัวกำหนดความไว ความจำเพาะ และเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์แอมเพอโรเมตริก?

Key theories

กระแสแอมเพอโรเมตริกที่จำกัดด้วยการแพร่

ที่ศักย์ไฟฟ้าที่เกินคลื่นรีดอกซ์ของสารวิเคราะห์ กระแสไฟฟ้าคงที่ถูกควบคุมโดยอัตราการแพร่ของสารวิเคราะห์ไปยังอิเล็กโทรด และเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นรวม ทำให้ได้สัญญาณวิเคราะห์ที่เป็นเชิงเส้น

การแปลงสัญญาณด้วยอิเล็กโทรดเอนไซม์

เอนไซม์ที่จำเพาะจะสร้างหรือบริโภคสารที่ไวต่อไฟฟ้าในสัดส่วนกับสารวิเคราะห์เป้าหมาย การตรวจจับสารนั้นด้วยแอมเพอโรเมทรี มักจะผ่านตัวกลางรีดอกซ์ ทำให้ได้เซ็นเซอร์ที่จำเพาะและเชิงปริมาณ เช่นเดียวกับในไบโอเซ็นเซอร์กลูโคส

Clinical relevance

ไบโอเซ็นเซอร์แบบแอมเพอโรเมตริกมีบทบาทสำคัญในการวินิจฉัย ณ จุดดูแลผู้ป่วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือดสำหรับผู้ป่วยเบาหวาน และขยายไปถึงแลคเตท ออกซิเจน และสารวิเคราะห์ทางคลินิกอื่นๆ รวมถึงการตรวจจับมลพิษทางสิ่งแวดล้อม ซึ่งมีคุณค่าสำหรับการวัดผลที่รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ และสามารถย่อขนาดได้

History

อิเล็กโทรดออกซิเจนของคลาร์ก (ค.ศ. 1956) และแนวคิดอิเล็กโทรดเอนไซม์ของคลาร์ก-ไลออนส์ (ค.ศ. 1962) ได้ริเริ่มการตรวจจับด้วยไบโอเซ็นเซอร์แบบแอมเพอโรเมตริก; สาขาวิชานี้พัฒนาขึ้นผ่านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแบบมีตัวกลางและความสำเร็จทางการค้าของแถบตรวจน้ำตาลแบบใช้แล้วทิ้งตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา

Key figures

• Leland C. Clark
• Joseph Wang
• Adam Heller

Seminal works

• wang2006
• wang2008
• bard2001

Frequently asked questions

เซ็นเซอร์กลูโคสสร้างกระแสไฟฟ้าจากน้ำตาลได้อย่างไร?

เอนไซม์ เช่น กลูโคสออกซิเดส ทำปฏิกิริยากับกลูโคส และโดยตรงหรือผ่านตัวกลาง จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรด; กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของกลูโคสในตัวอย่าง

ความแตกต่างระหว่างแอมเพอโรเมทรีและโวลแทมเมทรีคืออะไร?

โวลแทมเมทรีจะเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าและบันทึกกระแสไฟฟ้าเป็นกราฟ ในขณะที่แอมเพอโรเมทรีจะคงศักย์ไฟฟ้าไว้คงที่และเฝ้าดูกระแสไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจวัดเชิงปริมาณอย่างต่อเนื่องของสารวิเคราะห์เดี่ยว