Химически чувствительные полевые транзисторы и биосенсоры на их основе. Кондуктометрические и амперометрические сенсоры
Краткие итоги
Для "распознавания" аналита в электрохимических сенсорах, кроме ферментов, могут быть применены также и другие биологические структуры, называемые " биоселекторами ": нуклеиновые кислоты, антитела, живые клетки и даже готовые живые рецепторы. Иммобилизованный на электроде или на мембране биоселектор при наличии в контролируемой среде аналита вступает с ним (и только с ним!) в специфическое взаимодействие. Биоселектор подбирают так, чтобы в результате взаимодействия с аналитом возникали (или расходовались) электрохимически активные продукты (ионы, аммиак, 
и т.п.). Изменение их концентрации улавливает чувствительный к ним электрохимический элемент, вырабатывая соответствующий сигнал.
Особенно выигрышно использовать в качестве биоселектора живые клетки. Они легко доступны, могут культивироваться и воссоздаваться в чистой культуре, не требуют больших затрат на выделение и очистку. Разработанные методы иммобилизации живых клеток позволяют поддерживать их жизнеспособность и активность в течение нескольких лет.
Значительный вклад в совершенствование электрохимических сенсоров внесло применение полевых транзисторов. Чтобы сделать их химически чувствительными, на тонкий подзатворный слой диэлектрика высаживают химически чувствительный слой или/и биоселектор. Преимуществами химически чувствительных полевых транзисторов (ХЧПТ) являются малые габариты и энергопотребление, возможность формирования на том же кристалле кремния также электронных схем для обработки полученных сигналов, небольшая цена сенсора и малый требуемый объем пробы.
В кондуктометрических и импедансных сенсорах электропроводность измеряют обычно на переменном токе. В таком режиме на электродах периодически происходит изменение поляризации, благодаря чему течет стационарный переменный ток. Частотная зависимость электропроводности (импеданса) сенсора может давать дополнительную ценную информацию о составе контролируемой среды. Промышленно выпускаются кондуктометры для контроля общего качества питьевой, натуральной, дистиллированной, бидистиллированной, деионизованной воды, для определения общей минерализации технических и минеральных вод, для проверки качества обессоливания морской воды и т.п. целей. Кондуктометрические биосенсоры используют также для определения концентрации мочевины и ацетилхолина, регистрации загрязнений воды антибиотиками, пестицидами, гипохлоритом, цианидами и т.д.
Более глубокие исследования показали, что импедансные газовые сенсоры на основе окислов и нитридов металлов, механизм действия которых раньше связывали только с физической абсорбцией молекул газов, на самом деле сложнее. Абсорбция почти всегда сопровождается электрохимическим взаимодействием мелкокристаллического полупроводника с молекулами газов. Это дает основание отнести полупроводниковые газовые сенсоры к классу электрохимических.
В последнее десятилетие активизировались работы, направленные на применение для создания искусственного "электронного носа" естественных обонятельных рецепторов животных, осаждаемых на электрохимические элементы.
Если к электродам электрохимического элемента приложить внешнее напряжение, превышающее величину их электродного потенциала, то через элемент течет электрический ток. Устанавливающееся через некоторое время стационарное значение тока пропорционально концентрации ионов в исследуемом растворе, что отличает амперометрические сенсоры от потенциометрических, в которых разность потенциалов пропорциональна логарифму концентрации. Линейность позволяет точнее определять концентрацию ионов в исследуемом растворе, хотя и сужает динамический диапазон измерений. С применением природных ферментов созданы амперометрические сенсоры для определения содержания холестерина, аспирина, лактата, ряда нейротоксинов.
Вариантом амперометрических сенсоров являются кулонометрические сенсоры, в которых вместо тока, измеряется электрический заряд, протекающий через элемент. Кулонометрический метод, в частности, используется в широко представленных сегодня на рынке портативных глюкометрах для определения концентрации сахара в крови с применением т.н. "тестовых полосок".