Способ измерения редокс потенциала биологических сред



Способ измерения редокс потенциала биологических сред
Способ измерения редокс потенциала биологических сред
Способ измерения редокс потенциала биологических сред

 


Владельцы патента RU 2497107:

Общество с ограниченной ответственностью "БИНАКОР-ХТ" (RU)

Изобретение относится к способу измерения редокс потенциала биологических сред и может быть использовано для мониторинга с целью получения диагностической информации о состоянии пациента. Способ измерения редокс потенциала биологических сред предусматривает определение потенциала рабочего электрода при разомкнутой цепи относительно хлорсеребряного электрода сравнения в тестируемой среде. Стандартизация состояния поверхности рабочего электрода позволяет получить точные и воспроизводимые результаты измерений редокс потенциала, кроме того, способ позволяет непрерывно фиксировать изменения значения редокс потенциала для получения дополнительной информации о тестируемой среде в ходе измерения. 3 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к способу измерения редокс потенциала биологических сред (кровь, плазма крови, сыворотка крови, спинномозговая жидкость, моча и др.), отражающему состояние окислительно-восстановительного равновесия исследуемой системы. Способ может быть использован для мониторинга изменения окислительно-восстановительного состояния организма с целью получения диагностической информации о состоянии пациента и обеспечения своевременной коррекции его лечения.

Известен способ определения оксидантно/антиоксидантной активности растворов. В данном способе оксидантно/антиоксидантную активность оценивают по изменению окислительно-восстановительного потенциала до и после введения анализируемого вещества в специальный раствор, содержащий медиаторную пару [патент РФ 2235998 С2].

Основным недостатком этого способа является необходимость введения в систему дополнительной окислительно-восстановительной пары, в том числе ионов тяжелых металлов (V, Fe, Sn). Также приводятся только дискретные значения величин окислительно-восстановительного потенциала (0,17 В и 0,21 В до и после введения пробы соответственно) без указания времени измерения.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является способ оценки общего окислительного статуса жидких сред организма путем измерения их окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Показано, что метод может быть полезен для диагностики, оценки и контроля состояния пациентов, перенесших травму (например, травму головы), пациентов с подозрениями на критическое состояние либо пребывающих в критическом состоянии, пациентов с подозрением на инфекции и инфаркт миокарда, либо перенесших инфаркт миокарда. Кроме того, было обнаружено, что метод полезен при контроле и оценке сохранности препаратов крови, а также при мониторинге пациентов, которые получали такие препараты [патент США 0267074 А1].

Основным недостатком данного способа является невоспроизводимость метода измерения редокс потенциала, поскольку известно, что в процессе измерения на поверхности электрода возможно протекание процессов адсорбции белков и других компонентов исследуемых объектов, что приводит к загрязнению поверхности электрода и, как следствие, снижается точность измерений редокс потенциала. Кроме того, приведены только дискретные значения величины редокс потенциала в диапазоне от -4,1 до -34,0 мВ без указания времени, через которые они были получены, хотя известно, что редокс потенциал в биологических средах не достигает стационарного значения даже в течение длительного времени, поэтому необходимо регистрировать динамику изменения редокс потенциала во времени и принимать за конечную величину редокс потенциала значение через определенное время измерения.

Технической задачей способа является обеспечение точного и воспроизводимого измерения редокс потенциала электрода в биологических жидкостях (кровь, сыворотка крови, плазма крови, спинномозговая жидкость и др.) и тканях. Кроме того, необходимо непрерывно фиксировать изменения значения редокс потенциала, как для стандартизации времени измерения редокс потенциала, так и для получения дополнительной информации о тестируемой среде в ходе измерения.

Поставленная задача достигается тем, что рабочий электрод подвергают предварительному катодно-анодному сканированию в растворе неорганического восстановителя в циклическом потенциодинамическом режиме в течение не менее пятидесяти циклов в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения со скоростью не менее 500 мВ/с с платинированным титаном в качестве вспомогательного электрода, затем дополнительно проводят не менее десяти циклов в диапазоне потенциалов от +100 до +200 мВ со скоростью не менее 500 мВ/с, затем измеряют потенциал рабочего электрода при разомкнутой цепи относительно хлорсеребряного электрода сравнения в 0,05 до 0,5 М водном растворе сульфата натрия до диапазона потенциалов от 135 до 145 мВ с последующим измерением редокс потенциала биологических систем в режиме непрерывной записи потенциала в течение не менее 30 минут.

Предлагаемый способ состоит в том, что платиновый рабочей электрод в виде проволоки, диска, стержня подвергается предварительному катодно-анодному сканированию в циклическом потенциодинамическом режиме. Электродом сравнения может служить стандартный хлорсеребряный электрод, изготовленный в виде стержня, проволоки или фольги, покрытых хлоридом серебра. Вспомогательным электродом может служить сетка, лист, фольга из платины, платинированной платины, платинированного титана, стеклоуглерода, термически расширенного графита.

Предлагаемый способ измерения редокс потенциала в биологических средах включает в себя: (а) катодно-анодное сканирование рабочего электрода в 0,05-0,2 молярном водном растворе неорганического восстановителя (сульфита натрия) в циклическом потенциодинамическом режиме с помощь потенциостата IPC-Compact в диапазоне потенциалов от -600 мВ (х.с.э.) до + 600 мВ (х.с.э.) в течение не менее 50 циклов при скорости развертки потенциала не менее 500 мВ/с, заТем в течение не менее 10 циклов в диапазоне потенциалов от +100 мВ (х.с.э.) до +200 мВ (х.с.э.) при скорости развертки потенциала не менее 500 мВ/с; (б) измерение потенциала при разомкнутой цепи рабочего электрода относительно хлорсеребряного электрода сравнения в водном растворе 0,05-0,5 молярного сульфата натрия с цельЮ контроля соответствия потенциала рабочего электрода стандартизованному значению, составляющему 140±5 мВ (х.с.э.); (в) измерение редокс потенциала рабочего электрода относительно хлорсеребряного электрода сравнения в тестируемой биологической среде в течение 30 минут, во время измерения производится постоянная запись изменения редокс потенциала с помощью потенциостата с компьютерным интерфейсом IPC-Compact, за величину редокс потенциала исследуемой среды принимается величина потенциала рабочего платинового электрода через 30 минут измерения.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (по прототипу).

Редокс потенциал плазмы крови практически здорового человека (как пример биологической системы) определяют путем измерения потенциала при разомкнутой цепи рабочего (платинового) электрода относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Запись динамики изменения редокс потенциала проводится в течение 30 минут (Фиг.1). После каждого измерения, рабочий электрод промывается дистиллированной водой и погружается в исследуемую биологическую систему для следующего измерения. Таким образом проводят 3 последовательных измерения.

Как видно из данных (Фиг.1), наблюдается динамика изменения редокс потенциала плазмы крови в процессе измерения, причем даже через 30 минут его величина не достигает постоянного значения. Поэтому необходимо оговаривать период времени измерения величины редокс потенциала. Кроме того, при измерении в биологических средах, величина редокс потенциала, измеренная за определенное время, смещается в положительную сторону с каждым последующим измерением. Так, для первого измерения величина редокс потенциала через 30 минут составила -49,1 мВ, а для второго и третьего -33,5 мВ и -1,0 мВ соответственно, что связано с загрязнением поверхности электрода компонентами биологической среды.

Пример 2.

Рабочий (платиновый) электрод диаметром 1 мм подвергают катодно-анодному сканированию в водном растворе 0,1 М Na2SO3 30-ю циклами катодно-анодных импульсов напряжения со скоростью 500 мВ/с в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, платинированный титан используют в качестве вспомогательного электрода, после чего измеряют потенциал рабочего электрода в водном растворе 0,1 М Na2SO4 относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Данные, полученные указанным образом, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Значения редокс потенциала платинового электрода в 0,1М растворе Na2SO4
Номер измерения Величина редокс потенциала, мВ
1 123,62
2 113,58
3 120,92
4 111,26
5 106,43

Как видно из представленных данных, разброс данных измерений составляет ±8,73 мВ, что больше принятой нами величины ±5 мВ. Таким образом, обработка рабочего электрода в указанной области сканирования потенциалов не обеспечивает воспроизводимости результатов измерений.

Пример 3.

Рабочий (платиновый) электрод диаметром 1 мм подвергают катодно-анодному сканированию в водном растворе 0,1 М Na2SO3 50-ю циклами катодно-анодных импульсов напряжения со скоростью 500 мВ/с в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения; платинированный титан используют в качестве вспомогательного электрода. Затем рабочий электрод сканируют 10-ю циклами в диапазоне потенциалов от +100 до +200 мВ при скорости развертки 500 мВ/с.После этого измеряют потенциал рабочего электрода в водном растворе 0,1 М Na2SO4 относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Данные, полученные указанным образом, приведены в таблице 2.

Таблица 2
Значения редокс потенциала платинового электрода в 0,1М растворе Na2SO4
Номер измерения Величина редокс потенциала, мВ
1 145,62
2 144,27
3 140,16
4 141,02
5 143,3

Как видно из представленных данных, разброс измерений не превышает ±5 мВ, что обеспечивает воспроизводимость результатов измерений с высокой точностью.

Пример 4.

Платиновый электрод диаметром 1 мм подвергают катодно-анодному сканированию в водном растворе 0,1 М Na2SO3 50-ю циклами внешних импульсов напряжения со скоростью 500 мВ/с в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, платинированный титан испольуют в качестве вспомогательного электрода; после этого платиновый электрод сканируют 10-ю циклами в диапазоне потенциалов от +100 до +200 мВ при скорости развертки 500 мВ/с. Затем измеряют потенциал рабочего электрода в водном растворе 0,1 М Na2SO4 относительно хлорсеребряного электрода сравнения. После указанной обработки платинового электрода производят измерение редокс потенциала плазмы крови практически здорового человека в течение 30 минут (Фиг.2). После каждого измерения электрод вновь подвергают электрохимической обработке и контролю потенциала в деоксигенированном водном растворе 0,1М Na2SO4.

Как видно из данных (Фиг.2), редокс потенциал плазмы крови через 30 минут измерения составил -63,4 мВ, -63,2 мВ и -56,7 мВ, причем разброс данных измерений не превышает ±4,4 мВ против ±6,8 мВ [патент США 0267074]. Таким образом, предлагаемая предварительная обработка рабочего электрода обеспечивает воспроизводимость результатов измерений с ошибкой не более ±5 мВ.

Пример 5.

Проводят ежедневный мониторинг величины редокс потенциала сыворотки крови пациента К. Перед проведением измерения в биологической среде рабочий (платиновый) электрод подвергают анодно-катодной обработке в водном растворе 0,1 М Na2SO3 50-ю циклами катодно-анодных импульсов напряжения со скоростью 500 мВ/с в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения и платинированным титаном в качестве вспомогательного электрода, после этого платиновый электрод сканируют 10-ю циклами в диапазоне потенциалов от +100 до +200 мВ при скорости развертки 500 мВ/с. Затем измеряют потенциал рабочего электрода в водном растворе 0,1 М Nа2SO4 относительно хлорсеребряного электрода сравнения. После этого проводят измерение редокс потенциала сыворотки крови пациента. За величину редокс потенциала принято значение потенциала рабочего электрода при разомкнутой цепи через 30 минут измерения.

Как видно из Фиг.3, редокс потенциал биологической среды отражает состояние пациента, что характеризуется смещением потенциала в положительную сторону с 1-ых по 7-ые сутки в связи с наличием у пациента воспалительного процесса, после 7-ых суток состояние пациента улучшается и наблюдается положительная динамика лечения, что совпадает с данными редокс потенциала (смещение РП в более отрицательную сторону). Т.е. можно сказать, что редокс потенциал сыворотки крови можно использовать в качестве диагностического критерия состояния пациента.

Как видно из примеров, без предварительной обработки платинового электрода невозможно получить воспроизводимые результаты измерений редокс потенциала. Это проблема решается предлагаемым способом электрохимической предобработки платинового электрода, который обеспечивает ошибку измерений не более ±5 мВ. Кроме того, из представленных данных видно, что редокс потенциал в биологических средах не достигает стационарного значения даже в течение длительного времени, поэтому необходимо регистрировать динамику изменения редокс потенциала во времени и принимать за конечную величину редокс потенциала значение через определенное время измерения (не менее 30 минут). Таким мониторинг РП сыворотки крови может быть использован в качестве диагностического критерия для оценки состояния пациентов и качества проводимых лечебных процедур.

Способ измерения редокс потенциала биологических сред путем определения потенциала рабочего электрода при разомкнутой цепи относительно хлорсеребряного электрода сравнения в тестируемой среде, отличающийся тем, что рабочий электрод подвергают предварительному катодно-анодному сканированию в растворе неорганического восстановителя в циклическом потенциодинамическом режиме в течение не менее пятидесяти циклов в диапазоне потенциалов от -600 до +600 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения со скоростью не менее 500 мВ/с с платинированным титаном в качестве вспомогательного электрода, затем дополнительно проводят не менее десяти циклов в диапазоне потенциалов от +100 до +200 мВ со скоростью не менее 500 мВ/с, затем измеряют потенциал рабочего электрода при разомкнутой цепи относительно хлорсеребряного электрода сравнения в 0,05 до 0,5 М водном растворе сульфата натрия до диапазона потенциалов от 135 до 145 мВ с последующим измерением редокс потенциала биологических систем в режиме непрерывной записи изменения потенциала в течение не менее 30 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к аналитической химии сахаров, в частности к способам определения глюкозы, сахарозы, фруктозы в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки, и направлено на ускорение, совершенствование и повышение объективности количественного анализа сахаров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в строительных материалах и изделиях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа. .

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии.

Изобретение относится к способу определения оксидантной/антиоксидантной активности веществ. .

Изобретение относится к физическим методам исследования состояния воды в биообъектах, в том числе тканях живых животных, и представляет интерес для биофизики, биологии, медицины, решения ряда проблем «Экологии человека».

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока.

Изобретение относится к способам анализа двухкомпонентных структур на основе кремния и может использоваться в электронной промышленности. .
Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам.
Использование: в материаловедении, криминалистике, ювелирном деле, а также гальванотехнике для определения состава изделий, выполненных из металлов или металлических сплавов, в том числе и имеющих металлические покрытия. Сущность: заключается в том, что при реализации способа приводят в соприкосновение с исследуемым объектом заполненного электролитом зонда. В зонде размещены катод и электрод сравнения. Подают между исследуемым объектом (анодом) и катодом кратковременный анодный поляризующий импульс. Измеряют потенциал на исследуемом изделии с последующей идентификацией состава исследуемого объекта по результатам измерения. Технический результат: повышение достоверности тестирования и идентификации состава образца, выполненного из металла или металлического сплава, в том числе и металлического образца, содержащего металлическое покрытие. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к аналитической химии фосфора, в частности к способу определения общего фосфора в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки, и направлено на ускорение, совершенствование и повышение объективности количественного анализа. Указанный способ предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания общего фосфора не более 500 мг/дм3, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, при этом для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита, содержащий 0,2% хромата калия и 0,6% уротропина при отрицательной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм. 1 ил., 1 табл., 6 пр.

Использование: для анализа химических или физических свойств, элементного и фазового состава, марки, характера термической обработки металлов и сплавов в машиностроении, металлообработке и металлургической промышленности. Сущность: в предлагаемом способе идентификации металлов и сплавов осуществляют формирование электрохимической системы электроды электролит, при этом пробу испытуемого металла или сплава используют в качестве одного из электродов, затем воздействуют на сформированную электрохимическую систему электрическим током, а именно, по меньшей мере, одним информационным импульсом напряжения, осуществляемым со строго заданным, по меньшей, одним значением скорости нарастания/спада напряжения, проводят измерение электрических параметров в зависимости от скорости нарастания/спада напряжения: значений тока и падения напряжения одновременно с упомянутым воздействием с сохранением массива полученных данных и его математической обработкой, дополнительно перед воздействием информационного импульса на упомянутую электрохимическую систему воздействуют электрическим током с заданным значением количества электричества. Также в изобретении предложено устройство для идентификации металлов и сплавов, содержащее генератор информационных электрических импульсов напряжения, содержащий элементы управления скоростью нарастания и спада выходного напряжения, измерительный модуль, пригодный для измерения электрических параметров сильнотоковых процессов в растворе электролита, и компьютер. Технический результат: возможность контроля и идентификации металлов и их сплавов с высокой точностью, повышение информативности и достоверности способа. 2 н. и 24 з.п.ф-лы, 11 ил.

Использование: для разработки методик анализа никеля в различных типах вод, эко- и биологических объектах, пищевых продуктах, продовольственном сырье, кормах и кормовых добавках. Сущность: заключается в сочетании кислотной минерализации образца на этапе подготовки проб с последующим вольтамперометрическим определением Ni2+ в трехэлектродной ячейке: индикаторный электрод - серебряная подложка, модифицированная арилдиазоний тозилатом с аминогруппой в качестве заместителя, вспомогательный и сравнения - хлоридсеребряные электроды. При этом накопление Ni2+ в перемешиваемом растворе проводят в течение 30 с при потенциале электролиза минус 0,7±0,05 В на фоне хлоридно-аммиачного буферного раствора с добавкой 0,03 см3 0,1 моль/дм диметилглиоксима, без удаления из электролита растворенного кислорода, с последующей регистрацией катодных пиков в дифференциально-импульсном режиме при скорости развертки потенциала 20 мВ/с. Концентрацию никеля определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов от минус (1,00±0,05) В методом добавок аттестованных смесей. Технический результат: использование нетоксичных органо-модифицированных электродов (ОМЭ) для определения никеля методом катодной инверсионной вольтамперометрии в присутствии растворенного кислорода. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения цинка (II) в технических и природных объектах. Способ заключается в потенциометрическом титровании пробы комплексоном (III) с индикаторным электродом из металлического висмута с буферным раствором при рН 4,1 - 9,0. Достигается упрощение, а также - повышение точности и безопасности анализа. 2 табл., 1 ил.

Настоящее изобретение относится к аналитической химии ауксинов, в частности к способам определения индолил-уксусной кислоты в верхушках концевых приростов побегов и листьев яблони, груши, сливы, черешни, винограда и проростков пшеницы. Способ предусматривает экстракционную подготовку пробы биологического материала, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, при этом для анализа используют водный ведущий электролит, содержащий 0,28% борной кислоты и 0,04% тетрабората натрия при положительной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм. Изобретение обеспечивает экспрессность и достоверность количественного определения индолил-уксусной кислоты методом капиллярного электрофореза с применением нетоксичных и доступных реактивов для проведения анализа. 6 пр., 1 таб., 1 ил.

Изобретение относится к медицине и представляет собой реагент для детектирования глюкозы, содержащий фермент FAD-глюкозодегидрогеназу, фенотиазиновый или феноксазиновый медиатор, по меньшей мере один сурфактант, полимер и буфер. Реагент используется с электрохимическим тест-сенсором, содержащим множество электродов, при этом тест-сенсор обладает высокой скоростью заполнения и точностью. Реагент является стабильным и характеризуется более низким фоновым током тест-сенсоров. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 13 ил., 9 прим.

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к анализу растворов на предмет определения суммарной антиоксидантной/оксидантной активности. Изобретение может быть использовано в исследовательских лабораториях, пищевой промышленности, медицине для определения антиоксидантной/оксидантной активности природных, синтетических и биологических объектов для исследования антиоксидантных/оксидантных свойств веществ и продуктов, контроля состава пищевых продуктов, диагностики заболеваний. Сущность заявляемого способа заключается в том, что определение антиоксидантной/оксидантной активности проводят по разности потенциалов, один из которых измеряется после прохождения химической реакции между антиоксидантами/оксидантами анализируемого вещества и используемым реагентом, а второй - после следующей добавки раствора реагента или анализируемого вещества. Изобретение обеспечивает повышение точности, достоверности и воспроизводимости результатов, увеличение экспрессности анализа, расширение круга анализируемых веществ, используемых реагентов и растворителей. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 пр.

Изобретение относится к области техники, которая может удаленно осуществлять мониторинг образования и роста трещин в металлических конструкциях. Устройство содержит оболочку, которая имеет магнитные ножки для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции, по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, источник питания и заземление, при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции, при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства и содержит аналого-цифровой преобразователь. Посредством регулятора напряжения прикладывают напряжение через упомянутые датчики во время циклической нагрузки и измеряют ток, проходящий через упомянутые датчики, и оцифровывают результат измерения для анализа усталостного состояния металлической конструкции. Технический результат: возможность предотвращения появление шумов и искажения данных при измерении. 5 н. и 29 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для одновременного определения содержания ионов Cu(II), Pb(II), Fe(III) и Bi(III) в различных матрицах. Техническим результатом изобретения является расширение перечня определяемых компонентов, разработка простого, чувствительного и экспрессного способа определения ионов переходных металлов в объектах окружающей среды, отходах промышленных производств, сложнооксидных материалах и других объектах методом капиллярного зонного электрофореза. Сущность изобретения: способ совместного определения ионов Cu(II), Pb(II), Fe(III) и Bi(III) методом капиллярного зонного электрофореза включает в себя предварительное комплексообразование компонентов пробы с этилендиаминтетрауксусной кислотой, ввод зоны пробы в немодифицированный кварцевый капилляр, заполненный фосфатным буферным электролитом, после зоны диглицилглицина, разделение компонентов при отрицательной полярности источника напряжения, прямое спектрофотометрическое детектирование при длине волны 260 нм, идентификацию и количественное определение каждого компонента по предварительно построенному градуировочному графику либо методом стандартных добавок. 4 ил.
Наверх