Микропрофилирование кислорода, pH и углекислого газа в биологических и экологических исследованиях

10 июля 2026 10:10

// Аналитическое оборудование

Микропрофилирование позволяет исследовать локальные изменения концентрации кислорода, pH и CO₂ в тканях, клеточных культурах, биопленках, донных отложениях и других неоднородных образцах с микрометровым пространственным разрешением. В статье представлены принципы микропрофилирования, преимущества метода, типовые области применения и конфигурации оборудования для проведения данных измерений.

Оптические микросенсоры PreSens являются идеальным инструментом для исследования микрообразцов. Они позволяют проводить измерения с высоким пространственным разрешением без необходимости сложной подготовки образцов. Сенсоры оказывают минимальное воздействие на исследуемый объект, обладают очень высоким пространственным разрешением и не потребляют измеряемый аналит. Некоторые модели имеют диаметр меньше человеческого волоса и позволяют выполнять измерения с микрометровой точностью.

Микросенсоры PreSens представляют собой оптоволоконный световод, на кончик которого нанесен чувствительный к определяемому аналиту индикаторный краситель. Поскольку измерение основано исключительно на использовании света, отсутствуют электрические помехи и необходимость применения электрода сравнения. Это делает измерительную систему максимально компактной и удобной в эксплуатации.

Большинство микросенсоров дополнительно заключены в прочную иглу (канюлю) из нержавеющей стали, что позволяет безопасно вводить их в твердые и полутвердые образцы. После установки сенсора в необходимое положение чувствительный наконечник можно аккуратно выдвинуть из иглы непосредственно в исследуемую область. Кроме того, доступны микросенсоры без защитного корпуса — в виде открытого оптического волокна, предназначенные для интеграции в специализированные измерительные системы.

В сочетании с микроманипуляторами PreSens эти микросенсоры позволяют измерять даже минимальные градиенты концентрации аналитов с микрометровым разрешением и выявлять мельчайшие неоднородности образцов. В системах, где процессы определяются диффузией, таких как ткани, донные осадки или микробные культуры, они являются незаменимым инструментом для исследования потоков вещества, скоростей процессов и кинетики реакций.

Кислород, pH и CO₂ — ключевые параметры в биологических и экологических исследованиях

Микросенсоры PreSens идеально подходят для проведения измерений внутри небольших объемов образцов, таких как ткани животных и растений, донные осадки или микробные маты. Они широко применяются в исследованиях in vivo, in vitro, а также in situ.

Точечные измерения в неоднородных образцах зачастую позволяют получить лишь ограниченную информацию, тогда как локальные процессы малого масштаба могут оставаться незамеченными. Микросенсоры обеспечивают простой и эффективный способ исследования микродинамики концентраций кислорода (O₂), pH и углекислого газа (CO₂) в самых различных областях применения.

Будь то исследование фотосинтеза, процессов дыхания или оксигенации тканей, микросенсоры и микроманипуляторы PreSens позволяют анализировать динамику изменения концентраций с микрометровым пространственным разрешением.

Области применения

физиология животных и растений;
исследование оксигенации тканей;
микробиология;
микробная экология;
биогеохимия;
морские исследования;
микро-респирометрия;
исследования фотосинтеза;
анализ сточных вод;
химическая кинетика.

Исследуемые объекты

образцы малого объема;
ткани;
лабораторные животные (модели на крысах, мышах и насекомых);
растения;
семена;
ризосфера;
донные осадки;
биоплёнки;
бактериальные маты;
солевые корки;
кораллы;
сточные воды;
бутылки;
пробирки;
упаковка.

Исследование локальных градиентов в биологических науках

Микросенсоры PreSens предназначены для измерений в минимальных объемах образцов и идеально подходят для микропрофилирования тканей, клеточных культур, виал и планшетов на 96 лунок. При установке на один из микроманипуляторов PreSens они позволяют исследовать градиенты концентраций с микрометровым разрешением.

Система обеспечивает возможность мониторинга диффузионных процессов, кинетики реакций и измерения пограничных слоев без необходимости сложной подготовки образцов.

Кроме того, микроманипуляторы позволяют точно позиционировать сенсор внутри образца, благодаря чему можно выполнять высокоточные локальные измерения непосредственно в интересующей области.

Независимо от того, проводятся исследования in vivo или in vitro, микросенсоры и микроманипуляторы PreSens обеспечивают высокоточное микропрофилирование с максимальным пространственным разрешением.

Области применения

тканевая инженерия;
исследование оксигенации тканей;
онкологические исследования;
микробиология;
цитология;
химическая кинетика;
контроль фармацевтической упаковки.

Исследуемые объекты

ткани;
тканевые каркасы (скаффолды);
лабораторные модели на мышах, крысах и насекомых;
ПЦР-пробирки;
виалы;
96-луночные планшеты;
многолуночные планшеты;
предметные стекла;
чашки Петри;
блистерная упаковка;
упаковка;
бутылки;
пробирки.

Примеры использования оборудования PreSens для микропрофилирования

Автоматизированный микроманипулятор: подготовка системы к работе

Автоматизированный микроманипулятор: запуск измерений

Автоматизированный микроманипулятор: программное обеспечение PreSens Profiling Studio

Автоматизированный микроманипулятор: создание шаблона профилирования

Ручной микроманипулятор: настройка микроманипулятора

Ручной микроманипулятор: установка микросенсора

Ручной микроманипулятор: выполнение микропрофилирования

Оптические микросенсоры и прибор Fibox 4: подтверждение рабочих характеристик

Преимущества

Использование микросенсоров для высокоразрешающих измерений непосредственно внутри образца.
Минимально инвазивные измерения с микрометровым разрешением для выявления даже незначительных неоднородностей.
Мониторинг диффузионных процессов и кинетики реакций.
Измерение характеристик пограничных слоев.
Возможность использования как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Конфигурации систем для микропрофилирования

PreSens предлагает кислородные и pH-микросенсоры различных конструкций, а также ручные и автоматизированные микроманипуляторы, что позволяет подобрать оптимальное решение практически для любой задачи микропрофилирования.

Кроме того, для задач, где допустимо использование сенсора с чувствительным элементом миллиметрового размера, например, при исследовании крупнозернистых донных отложений, могут применяться тонкие погружные зонды для измерения кислорода, pH и CO₂ в корпусе из нержавеющей стали.

Микроманипуляторы легко интегрируются в различные экспериментальные установки и могут быть установлены на тяжелую стойку (Heavy Stand), обеспечивающую проведение измерений как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.

Для автоматизированного микроманипулятора предусмотрен пыле- и влагозащищенный транспортный кейс, который обеспечивает безопасную транспортировку оборудования, в том числе при авиаперелетах и морских экспедициях, а также его надежное хранение.

Ниже представлены основные варианты конфигурации оборудования для микропрофилирования. Более подробную информацию о продукции и возможных вариантах комплектации можно найти в каталоге продукции.

Системы с ручным микроманипулятором

PreSens предлагает две модели ручных микроманипуляторов: MM и MM33.

Ручной микроманипулятор MM

Модель MM оснащена массивным основанием и может использоваться без дополнительного крепления к стойке или направляющей. Конструкция основания позволяет наклонять микроманипулятор на угол до 90°, что обеспечивает удобство работы с различными типами образцов.

Кроме того, модель MM оснащена механизмом безопасного введения сенсора (Safe-Insert). Эта функция позволяет вводить игольчатый микросенсор в образец с втянутым чувствительным наконечником, после чего, когда сенсор достигнет необходимого положения, чувствительный элемент аккуратно выдвигается для выполнения измерений.

Ручной микроманипулятор MM33

Модель MM33 поставляется без опорного основания. Она предназначена для установки на тяжелую стойку Heavy Stand или в составе специализированной измерительной системы пользователя.

При необходимости микроманипулятор может быть дополнительно оснащен механизмом Safe-Insert для работы с игольчатыми микросенсорами.

Системы на базе ручного микроманипулятора MM с микросенсорами

Измерительный прибор + ручной микроманипулятор MM + игольчатый микросенсор NTH

Ручной микроманипулятор MM специально разработан для работы с игольчатыми микросенсорами NTH производства PreSens. Использование микросенсоров серии NTH позволяет применять механизм Safe-Insert, благодаря которому сенсор вводится в образец с убранным чувствительным наконечником. После точного позиционирования наконечник выдвигается, и измерение выполняется непосредственно в заданной точке.

Конфигурация для измерения кислорода