Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата



Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата
Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата
Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата
Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата
Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата

 


Владельцы патента RU 2580288:

Общество с ограниченной ответственностью "РУСЕНС" (RU)

Изобретение относится к биологическим сенсорам и может быть использовано для анализа биологических проб, содержащих глюкозу или лактат. Способ изготовления микробиосенсора на основе гексацианоферрата железа заключается в том, что на рабочий электрод, коаксиально расположенный с электродом сравнения, наносят гексацианоферрат железа, а поверх него наносят фермент-оксидазу, иммобилизованный в матрицу на основе перфторсульфонированного полимера или гамма-аминопропилсилоксана. Достигается надежность и воспроизводимость закрепления фермента на поверхности электрокатализатора при сохранении большей части его активности; а также сопряжение электродной и ферментативной реакций. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к способу приготовления чувствительного элемента микросенсоров для определения глюкозы или лактата, содержащего фермент-оксидазу, иммобилизованную на поверхность электрокатализатора берлинской лазури (БЛ).

Контроль содержания в организме таких ключевых метаболитов, как глюкоза и лактат, есть важная аналитическая задача в связи с ростом заболеваемости диабетом, интересом к изучению стрессовых состояний человека в спортивной медицине, а также для диагностики и лечения широкого спектра заболеваний. Для определения этих двух веществ наиболее распространены методы, использующие ферменты-оксидазы, которые реагируют со своим специфическим субстратом с образованием пероксида водорода.

Среди различных подходов, обеспечивающих работоспособность оксидазных биосенсоров, детектирование пероксида водорода является наиболее эффективным, позволяя определять довольно низкие концентрации данного аналита [3]. На сегодняшний день наиболее эффективным чувствительным электрокатализатором восстановления пероксида водорода является берлинская лазурь [1].

На фиг. 1 приведена конструкция микросенсора на пероксид водорода, описанного в работе [2]. Максимальный диаметр в поперечном сечении не превышает 2 мм, что делает его пригодным для имплантации в живой организм млекопитающего без существенных повреждений. Микросенсор работает по двухэлектродной схеме: рабочий электрод и электрод сравнения расположены коаксиально.

Из патента Риччи и др. известен способ изготовления биосенсора на основе электродов, модифицированных гексацианоферратом железа или берлинской лазурью (Ricci et al., RU 2442130 C2, 10.02.2012; см. пример 5). Однако указанный патент относится к области биосенсоров, а не микробиосенсоров, а следовательно, не обеспечивает возможности имплантации в живые организмы. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чувствительности микробиосенсора по сравнению с указанным аналогом (RU 2442130 С2, 10.02.2012).

Научной группой, включающей в себя авторов данного патента, разработан и опубликован способ иммобилизации ферментов в различные удерживающие матрицы с возможностью дальнейшего сопряжения ферментативной и электродной реакции. Так, в работе [4, 5] описан протокол иммобилизации оксидаз из водно-органических смесей с высоким содержанием органического растворителя. В качестве мембранообразующего агента для глюкозооксидазы выступает полиэлектролит Нафион [4], в случае лактатоксидазы - различные виды силоксанов [5]. Применение указанных методик для изготовления микробиосенсоров оказалось успешным, однако диапазон определяемых датчиками концентраций не покрывал физиологический. Содержание глюкозы в крови составляет от 0.5 до 30 ммоль/л в состоянии тяжелой гипергликемии, лактата - 1 до 10 ммоль/л при интенсивных физических нагрузках. Таким образом, необходима оптимизация состава ферментсодержащих мембран для пролонгирования диапазона определяемых содержаний субстратов.

В связи с этим для глюкозных микробиосенсоров исследовались чувствительность и максимальная определяемая датчиком концентрация в зависимости от концентрации полиэлектролита Нафион растворе фермента перед нанесением на поверхность БЛ (фиг. 2 и 3).

Таким образом, для определения глюкозы физиологических концентраций наиболее всего подходит биосенсор с содержанием полиэлектролита Нафион 0.5%.

В случае лактатных микробиосенсоров в качестве параметра оценки при выборе состава исходного раствора для формирования мембраны был взят коэффициент чувствительности. На фиг. 4 изображена его зависимость от концентрации γ-NH2-Pr-Sil - гамма-аминопропилсилоксана. На ней присутствует явный максимум для концентрации силоксана, равной 1%.

Таким образом, в диапазоне содержаний силоксана 0.3-2% наилучшей чувствительностью и стабильностью обладают датчики со средним содержанием гамма-аминопропилсилоксана.

Пример 1

Изготовление чувствительного элемента микробиосенсора для определения глюкозы с защитой активного центра фермента полиэлектролитом Нафион

Иммобилизация глюкозооксидазы в мембране Нафиона, представляющего собой сополимер политетрафторэтилена и полисульфонилфторидвинилового эфира (фиг. 5), проводилось по следующей методике. На первом этапе коммерческий препарат Нафион концентрации 5% разбавляли абсолютированным изопропиловым спиртом до концентрации Нафион 2%. На втором этапе к полученному раствору полиэлектролита добавляли 25%-й водный раствор аммиака для достижения величины pH раствора полиэлектролита 5.5. Нейтрализованный раствор Нафион далее разбавлялся абсолютированным изопропиловым спиртом до необходимой концентрации.

На третьем этапе готовили раствор для создания ферментсодержащей мембраны Нафион. Исходный раствор фермента составлял 10 мг/мл. К полученному раствору фермента добавляли спиртовой раствор Нафион необходимой концентрации и перемешивали. Концентрация фермента в фермент-полиэлектролитном комплексе составляла 1.5 мг/мл, содержание воды в мембране составляло 15%, Нафион 0.5%.

Аналитические характеристики глюкозных микробиосенсоров, состоящих из модифицированных берлинской лазурью микроэлектродов с иммобилизованной на поверхности электрода оксидазой с оптимальным содержанием полимера:

Пример 2

Изготовление чувствительного элемента микробиосенсора для определения лактата с защитой активного центра фермента гамма-аминопропилсилоксана.

Иммобилизацию лактатоксидазы проводили следующим образом: охлажденный при температуре +4°C раствор гамма-аминопропилсилоксана (полимера (3-аминопропил)триэтоксисилана, фиг. 6) в изопропаноле смешивали со свежеприготовленным водным раствором фермента (содержание лактатоксидазы = 1 мг/мл), и эту смесь наносили на рабочую поверхность микроэлектродов, модифицированных берлинской лазурью. Высушивание мембраны и хранение биосенсоров производили при +4°C.

Аналитические характеристики лактатных микробиосенсоров, состоящих из модифицированных берлинской лазурью микроэлектродов с иммобилизованной на ее поверхности оксидазой с содержанием гамма-аминопропилсилоксана 1%:

Литература

1. Karyakin A.A., Prussian Blue and Its Analogues: Electrochemistry and Analytical Applications. Electroanalysis. (2001), 13, 813-19.

2. I.A. Bolshakov, Т.V. Vygodina, R. Gennis, A.A. Karyakin, and A.A. Konstantinov Catalase Activity of Cytochrome с Oxidase Assayed with Hydrogen Peroxide Sensitive Electrode Microsensor. Biochemistry (Moscow) (2010), 75, 1352-1360.

3. G.G. Guilbault, G.J. Lubrano An enzyme electrode for the amperometric determination of glucose. Analitica chimica acta (1973), 64, 433-455.

4. Arkady A. Karyakin, Elena A. Kotel′nikova, Lilia V. Lukachova, and Elena E. Karyakina Optimal Environment for Glucose Oxidase in Perfluorosulfonated Ionomer Membranes: Improvement of First-Generation Biosensors. Analytical Chemistry (2002), 74, 1597-1603.

5. Eugenia I. Yashina, Anastasiya V. Borisova, Elena E. Karyakina, Olga I. Shchegolikhina, Mikhail Yu. Vagin, Dmitry A. Sakharov, Alexandr G. Tonevitsky and Arkady A. Karyakin Sol-Gel Immobilization of Lactate Oxidase from Organic Solvent: Toward the Advanced Lactate Biosensor. Anal. Chem. Letters (2010), 82 (5), 1601-1604.

1. Способ изготовления микробиосенсора на основе гексацианоферрата железа, заключающийся в том, что на рабочий электрод, коаксиально расположенный с электродом сравнения, наносят гексацианоферрат железа, а поверх него наносят фермент-оксидазу, иммобилизованный в матрицу на основе перфторсульфонированного полимера или гамма-аминопропилсилоксана.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фермента-оксидазы используют фермент глюкозооксидазу, иммобилизованный в матрицу перфторсульфонированного полимера.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фермента-оксидазы используют фермент лактатоксидазу, иммобилизованный в матрицу гамма-аминопропилсилоксана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу покрытия наночастиц минимальным количеством связующего агента, композиции наночастиц и набору для детектирования способом локализованного поверхностного плазменного резонанса.

Группа изобретений относится к области детекции пищевых патогенных загрязнителей путем определения положительной или отрицательной реакции на молекулу-мишень. Устройство детекции молекулы-мишени содержит корпус и мембранную систему детекции.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ связывания Mycobacteria и/или фрагментов Mycobacteria, присутствующих в водной жидкости, с твердой поверхностью.

Группа изобретений относится к устройствам и способам анализа с использованием специфического связывания и предназначена для определения наличия или количества аналита в пробном образце.

Изобретение относится к области биохимии и медицины, в частности к аналитической химии и иммунохимическому анализу, и описывает способ обработки образца сыворотки или плазмы крови.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использована для визуализации одиночной отдельной единицы мишени в образце, где указанная мишень иммобилизирована.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для диагностики по месту лечения. Устройство с горизонтальным потоком для обнаружения анализируемого вещества в образце включает пресс для образцов, содержащий вкладыш; пробоотборник; хроматографическую тест-полоску с горизонтальным потоком, включающую зону нанесения образца и тестовую зону; конъюгат, включающий первый связывающий партнер для анализируемого вещества и метку, второй связывающий партнер для анализируемого вещества и первый контрольный связывающий партнер, размещенный на вкладыше пресса для образцов.
Изобретение относится к иммунологии и медицинской диагностике и представляет собой способ иммунохроматографического анализа. В основе способа лежит контакт мембранной тест-полоски с анализируемой жидкой пробой и инициируемое этим контактом движение по мембранам тест-полоски реагентов, которые содержатся в пробе или нанесены на мембрану и в ходе взаимодействий в порах мембраны или на ее поверхности формируют детектируемые иммунные комплексы.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для лабораторной диагностики. Датчик для обнаружения целевой мишени содержит источник света, приемник света, блок проб для связывания целевой мишени, расположенной между источником света и приемником света, блок выбора света, позволяющий свету заданной длины волны приниматься приемником света, и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала, величина которого отражает количество света, которое принимается приемником света.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для лабораторной диагностики. Датчик для обнаружения целевой мишени содержит: контейнер, расположенный в контейнере и конфигурированный для связывания с целевой мишенью зонд, циркуляционное устройство для циркуляции веществ в контейнере, источник света, приемник света, блок выбора света и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала, величина которого отражает количество света, которое принимается приемником света.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа измерения для определения состава исследуемых растворов. Технический результат заключается в измерении параметров процессов, протекающих на протяженном участке поверхности при его биполярной поляризации, позволяющий получить истинные распределения различных процессов по длине проводника.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения адгезионных свойств различных типов покрытий стальных объектов и сооружений методом катодной поляризации.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, в частности к способу определения суммарной антиоксидантной активности экстрактов чаев методом вольтамперометрии на модифицированном фталоцианином кобальта Co(II) платиновом электроде.

Использование: для обнаружения анализируемых веществ в физиологических жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что электрохимическая система содержит: электрохимический датчик; испытательный измерительный прибор, выполненный с возможностью приема электрохимического датчика; и схему внутри испытательного измерительного прибора, причем схема выполнена с возможностью формирования электрического соединения с электрохимическим датчиком, когда этот датчик расположен в испытательном измерительном приборе, и дополнительно выполнена с возможностью обнаружения первого напряжения, указывающего, что никакой электрохимический датчик не расположен в испытательном измерительном приборе, второго напряжения, отличающегося от первого напряжения и указывающего, что в испытательном измерительном приборе находится электрохимический датчик без пробы физиологической жидкости, и третьего напряжения, отличающегося от первого и второго напряжений и указывающего, что электрохимический датчик расположен в испытательном измерительном приборе, а проба физиологической жидкости нанесена на электрохимический датчик.

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии, и может быть использовано при выборе тактики лечения гипертрофии глоточной миндалины и хронического аденоидита.

Изобретение относится к медицине и описывает способы для определения концентрации аналита в пробе, приборы и системы, используемые в связи с ними. В одном из вариантов осуществления изобретения способ включает обнаружение содержащей аналит пробы, введенной в электрохимический сенсор, содержащий два электрода в разнесенной конфигурации; реагирование аналита с вызыванием физического превращения аналита между двумя электродами; измерение выходов тока на дискретных интервалах для выведения времени заполнения сенсора пробой и емкости сенсора с пробой; определение первого значения концентрации аналита по выходам тока; расчет второго значения концентрации аналита по выходам тока и первому значению концентрации аналита; корректировку второго значения концентрации аналита на влияния температуры для обеспечения третьего значения концентрации аналита; корректировку третьего значения концентрации аналита как функции времени заполнения сенсора для обеспечения четвертого значения концентрации аналита; и корректировку четвертого значения концентрации аналита как функции емкости для обеспечения конечного значения концентрации аналита.

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к анализу минеральных вод на предмет определения гидрокарбонат-ионов объекта исследования. Способ включает титрование пробы минеральной воды кислотным титрантом и измерение сопротивления в растворе кондуктометрической ячейки при добавлении каждой порции титранта, всего до 20 замеров, отличается тем, что в качестве титранта при определении гидрокарбонат-ионов в минеральной воде используют раствор хлористоводородной кислоты (HCl), для этого 10 мл минеральной воды вносят в электрохимическую ячейку с двумя платиновыми электродами со строго зафиксированным между ними расстоянием, затем в электрохимическую ячейку добавляют одну каплю 0,1% индикатора метилового оранжевого, бюретку для титрования заполняют раствором хлористоводородной кислоты (HCl), в электрохимическую ячейку опускают магнитик и включают магнитную мешалку для перемешивания раствора в ячейке, электроды с помощью электрических проводов крокодилами подключают к настольному портативному цифровому LCR-метр ELC-131D прибору и включают его, при титровании получают экспериментальные данные одновременно двумя методами - методом кислотно-основного титрования, основанным на нейтрализации гидрокарбонат-ионов соляной кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого, и кондуктометрическим титрованием, после прибавления каждой порции титранта фиксируют по прибору значение сопротивления (R) анализируемого раствора, что соответствует кондуктометрическому титрованию, а после изменения цвета раствора в присутствии индикатора, а именно перехода розового цвета раствора в желтый, измеряют общий объем титранта (VТЭ) по бюретке (метод кислотно-основного титрования), далее аналогично описанному выше подвергают анализу еще 3 пробы воды каждая объемом 10 мл, причем при определении содержания гидрокарбонат-ионов в питьевых минеральных водах предварительно устанавливают точную концентрацию титранта HCl по буре (натрий тетраборнокислый - Na2B4O7·10Н2О).

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов и может быть использовано для определения структурного состояния талой воды в разное время после таяния.

Изобретение относится к аналитической химии азота, в частности к определению общего азота в сельскохозяйственном сырье и продуктах его переработки. Способ характеризуется тем, что предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания аммонийного азота не более 1000 мг/дм3 и выполнение анализа методом капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм с получением электрофореграммы, причем общий азот определяют по содержанию аммонийного азота и остаточному содержанию нитрат- и нитрит- ионов, причем для определения аммонийного азота используют водный раствор ведущего электролита, содержащий бензимидазол, 18-краун-эфир-6, сульфат натрия при положительном напряжении на капилляре 12 кВ и длине волны детектирования - 254 нм, а для определения методом капиллярного электрофореза остаточного содержания нитрат- и нитрит-ионов применяют водный раствор ведущего электролита, содержащего хромат калия, уротропин и Трилон Б при отрицательном напряжении на капилляре 14 кВ и длине волны детектирования -254 нм.

Группа изобретений относится к медицине, косметологии, производству продуктов питания, витаминов, БАДов, лекарственных средств и описывает варианты устройства для реализации неинвазивного потенциометрического определения оксидантной/антиоксидантной активности биологических тканей, включающего прибор для измерения потенциалов и двухсторонний электрод, выполненный в виде пластины с одинаковыми рабочими поверхностями, покрытыми электропроводящим гелем, содержащим медиаторную систему.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу определения микропримесей мышьяка и сурьмы в лекарственном растительном сырье. Способ заключается в переводе соединений мышьяка и сурьмы в соответствующие гидриды путем восстановления смесью, содержащей 40%-ный раствор иодида калия, 10%-ный раствор аскорбиновой кислоты, 4 M раствор соляной кислоты и цинк металлический. Анализируемую пробу, содержащую мышьяк и сурьму, предварительно переводят в жидкую форму, а для перевода в гидриды из нее берут две части, при этом одну часть, для удаления мышьяка, обрабатывают концентрированной соляной кислотой, выпаривают и сухой остаток растворяют в 4 M растворе соляной кислоты, затем ячейку, содержащую поглотительный раствор, включающий 0,5 M раствор иодида калия, ацетатный буферный раствора с рН 5,6 и смесь сенсибилизаторов аурамина: флуоресцеина: эозината натрия в молярном соотношении 1:1:1 продувают воздухом в течение 1-2 минут и облучают светодиодной лампой до образования фотогенерированного йода. Отгон гидридов из обеих частей анализируемой пробы через фотогенерированный иод осуществляют до прекращения изменения количества иода в ячейке, фиксируемого амперометрически по изменению силы тока в цепи. После отгона гидридов раствор в поглотительной ячейке вновь продувают кислородом воздуха и облучают до установления в ней первоначального количества йода и по изменению силы тока и времени генерации иода в ячейке судят о количестве мышьяка и сурьмы. Способ, описанный выше, позволяет повысить точность и предел обнаружения мышьяка и сурьмы в лекарственном растительном сырье. 5 табл., 2 пр.
Наверх