Способ изготовления сенсоров для определения концентрации сахаров и гидроксикислот

Группа изобретений относится к медицине, а именно диагностическому способу определения концентрации сахаров и гидроксикислот по увеличению проводимости полимерного слоя на поверхности электрода при взаимодействии с указанными структурами, и может быть использовано для анализа биомолекул, а также клеток, имеющих в своем составе структурные фрагменты сахаров или гидроксикислот. Для этого синтезируют полимерный сенсорный слой методом электрохимической полимеризации аминофенилборных кислот на поверхности электрода. Полученное покрытие представляет собой проводящий замещенный полианилин, характеризующийся способностью к увеличению проводимости в результате взаимодействия функциональных заместителей (борнокислых групп) в полимере с гидроксикислотами и сахарами. Определение проводят в электрохимической ячейке с использованием химического сенсора, то есть электрода, модифицированного проводящей полиаминофенилборной кислотой. Увеличение проводимости полимерного покрытия на поверхности электрода в присутствии анализируемого образца является сигналом, который регистрируют методом спектроскопии электрохимического импеданса. Количественное содержание искомого компонента определяют по калибровочной кривой. Группа изобретений обеспечивает точное определение концентрации диолов, полиолов, моно- и полисахаридов, гидроксикислот и гликозилированных биомолекул в модельных растворах, физиологических жидкостях, медицинских препаратах и пищевых объектах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил., 4 пр.

 

Область техники

Группа изобретений относится к аналитической химии, электроанализу, биохимии, электрохимическим сенсорам, тест-системам, методам лабораторной медицинской диагностики, методам анализа объектов пищевой промышленности и медицинских препаратов.

Уровень техники

Сахара и многие органические гидроксикислоты являются широко распространенными соединениями в природе, участниками метаболических процессов в организмах. Такие соединения встречаются в живых системах как в свободном виде, так и в связанном с биомолекулами, в составе клеточных стенок. Мониторинг концентрации этих соединений или их производных в физиологических жидкостях необходим для целей медицинской диагностики и лабораторных исследований. Среди методов определения биологических объектов, а также цельных макромолекул и клеток широко распространены биосенсоры [Карякин А.А., Корякина Е.Е., Проблемы аналитической химии. Т.12: Биохимические методы анализа, «Наука», 2010, с. 93-138]. Сенсоры на основе синтетических рецепторов при достаточно высокой чувствительности обладают некоторыми преимуществами по сравнению с биосенсорами, а именно, они электрохимически и химически стабильны на воздухе при комнатной температуре, методы их получения просты и не затратны, сенсор возможно регенерировать и использовать многократно [Artificial Receptors for Chemical Sensors, edited by V.M. Mirsky and A.K. Yatsimirsky, WILEY-VCH, 2011].

Фенилборные кислоты, способные селективно и обратимо связываться с сахарами (моно-, о лито- и полисахариды) и гидроксикислотами, а также некоторыми гликопротеинами с образованием устойчивых циклических боронатных эфиров, будучи включенными в структуру проводящих полимеров, например полианилина, служат высокоэффективными синтетическим материалами для создания электрохимических сенсоров для определения концентраций сахаров и оксикислот [Springsteen, G., Wang, B., Tetrahedron, V.58, 26, 2002, pp.5291-5300(10)].

Электроды, модифицированные проводящими полимерами, находят широкое применение в анализе в качестве сенсоров. Все известные подходы, использующие проводящие свойства полимеров для регистрации аналитического сигнала основаны на снижении проводимости чувствительного полимерного слоя, что не позволяет различать сигнал, обусловленный специфическими взаимодействиями с аналитом на фоне неспецифических процессов, которые также всегда приводят к снижению проводимости. [Santos A., Davis J.J., Bueno P.R., Fundamentals and Applications of Impedimetric and Redox Capacitive Biosensors, J. Analytical & Bioanalytical Techniques, 2015, S7.016; Ma, Y., Yang, X., J, Electroanalytical Chemistry, 2005, V. 580, p.348-352; Plesu, N., Kellenberger, A., Taranu, I., Taranu, В.О., Popa, I., Reactive and Functional Polymers, 2013, 73, 772-778; Liu, S.; Bakovic, L.; Chen, A., J. Electroanalitical Chemistry, 2006, V. 591, p.210-216.]

В ряде исследований описываются различные сенсоры на основе синтетических рецепторов, где аналитический сигнал регистрируют методом спектроскопии электрохимического импеданса в присутствии медиаторов. Как правило, такие системы применяются для биосенсоров, а не химических сенсоров.

В патенте Вадгама и др. [«Sensor employing impedance measurements», US 6300123 B1] раскрыто использование электродов, модифицированных проводящими полимерами, а аналитическим сигналом служит изменение полного импеданса системы. Однако, невозможно однозначно обуславливать изменение такого параметра системы как полный ее импеданс специфическим взаимодействиями с анализируемыми объектами, т.к. причинами такого изменения могут являться и второстепенные конкурирующие процессы. Указанная разработка относится к сфере биосенсоров, то есть взаимодействие аналита происходит не с самим полимером непосредственно, как синтетическим рецептором, а иммобилизованным биологическим элементом распознавания. Применение биологических элементов распознавания, несмотря на их несомненные достоинства: высокая чувствительность и селективность, ограничено их низкой стабильностью, необходимостью обеспечения определенных условий хранения и эксплуатации во избежание быстрой потери активности, а также слишком высокой аффиностью, приводящей лишь к однократной возможности проведения анализа с помощью отдельного сенсора, что исключает использование таких устройств в целях постоянного мониторинга или анализа в потоке в течение времени.

При модификации поверхности электрода проводящими поли(анилинборными кислотами), было показано, что в результате электрохимической полимеризации получается самодопированный полимер, электроактивный в нейтральных средах, как описано в патенте US 20070093644 («Switchable self-doped polyaniline»). Авторами показано изменение степени допирования полимера при связывании с сахарами, что подтверждается данными ИК- и 11В ЯМР-спектроскопии. Однако в указанной работе не проводились исследования непосредственно проводимости полимеров аминофенилборных кислот.

В патенте Фройнда и др. [«Sensors and sensing methods for detecting analytes based on changes in pKa of a sensing polymer», US 6797152], выбранного в качестве прототипа, описано применение сенсоров на основе поли(3-аминофенилборной кислоты), полученной посредством электрохимической полимеризации, для определения концентрации сахаров потенциометрическим методом. Аналитическим сигналом служит скачок потенциала, объясняемый авторами изменением рКа полимера в результате взаимодействия с аналитом. Чувствительность потенциометрического метода нельзя считать удовлетворительной для проведения анализа реальных объектов, кроме того, описанный способ не позволяет дифференцировать специфические взаимодействия функциональных групп полимера с аналитами от неспецифических, так как изменение рКа полимера может происходить по различным причинам, включая сдвиг рН фонового раствора, что не позволяет говорить о достоверных результатах анализа. В указанном патенте также нет сведений о том, обладает ли полученное сенсорное полимерное покрытие проводимостью. В заявленном изобретении, в отличие от указанного аналога, для определения концентрации аналитов используют высокочувствительный метод спектроскопии импеданса, а аналитический сигнал регистрируют в виде увеличения проводимости проводящего полимера аминофенилборной кислоты, что позволяет, в отличие от аналога, дифференцировать специфические взаимодействия с аналитами на фоне неспецифических.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемой группы изобретений является разработка способа получения электрохимического сенсора на основе синтетического полимерного материала и методики для достоверного определения концентрации сахаров и гидроксикислот с высокой точностью с использованием полученного сенсора.

Поставленная задача решается способом изготовления сенсора для определения концентрации сахаров и гидроксикислот в водных средах, включающим синтез поли(аминофенилборной кислоты) на поверхности электрода путем электрополимеризации, протекающий с постоянным увеличением скорости окисления аминофенилборной кислоты при фиксированном потенциале, с получением проводящего полимера, характеризующегося свойством уменьшения сопротивления при взаимодействии с сахарами и гидроксикислотами.

Предпочтительно в качестве аминофенилборной кислоты использовать 3-аминофенилборную кислоту, при этом синтез проводить в кислой среде в присутствии фторид-ионов.

Предпочтительно в качестве аминофенилборной кислоты использовать 2-аминофенилборную кислоту, при этом синтез ведут в кислоте, нормальность которой больше 0.1.

Поставленная задача также решается способом определения концентрации сахаров или гидроксикислот в водных средах с использованием полученного сенсора, путем его погружения в исследуемую среду, регистрацию спектра импеданса методом спектроскопии электрохимического импеданса и определением из него сопротивления R поли(аминофенилборной кислоты), с последующим определением количественного содержания искомого компонента по калибровочной кривой, предварительно полученной для сахара или гидроксикислоты.

Предпочтительно для получения калибровочной кривой сенсор помещают в буферный раствор, регистрируют методом спектроскопии электрохимического импеданса спектр и определяют из него сопротивление R полимера при введении пробы в буферный раствор, по процентному изменению сопротивления полимера в растворе, содержащем анализируемые соединения, относительно сопротивления в растворе, не содержащем аналитов, строят калибровочную кривую, представляющую собой нелинейную убывающую зависимость относительного сопротивления полимера от концентрации аналита.

Техническим результатом данной группы технических решений является то, что аналитический сигнал полученного сенсора направлен в сторону увеличения, а не ухудшения проводимости полимерной пленки, что позволяет наиболее селективно по сравнению с известными способами регистрировать только специфические взаимодействия с аналитами, исключая вклады побочных процессов (деградация полимера) и конкурирующих реакций, которые всегда приводят к потере проводимости. Селективность обеспечивается проводящими свойствами полимеров, синтезированных на поверхности электродов, а именно способностью полученных полимеров к увеличению проводимости в результате взаимодействия функциональных групп полимера с аналитами. Направленность отклика в сторону увеличения проводимости позволяет отличить полезный сигнал от мешающего, дифференцируя специфические взаимодействия на фоне неспецифических. Эффект увеличения проводимости полимерного покрытия в результате взаимодействия с аналитами достигается при электрохимическом синтезе поли(анилинборных кислот) в условиях, способствующих формированию на поверхности электрода проводящего полимерного покрытия полианилиновой структуры, а также при регистрации сопротивления полимера в отсутствии и присутствии аналита высокочувствительным методом спектроскопии электрохимического импеданса.

Таким образом, с помощью сенсоров на основе проводящих полимеров аминофенилборных кислот возможно проводить селективное количественное определение сахаров или гидроксикислот в анализируемых объектах с высокой точностью. Методом спектроскопии электрохимического импеданса регистрируют обратимое увеличение проводимости полимерного покрытия на поверхности электрода в результате быстрой и обратимой реакции протекающей в нейтральной среде между борными группами полимера, осажденного на электроде, с сахарами и гидроксикислотами, находящимися в растворе. Заявляется способ получения сенсора на основе поли(аминофенилборной кислоты) и способ его использования для определении концентрации аналитов по увеличению проводимости полимерного покрытия, регистрируемого методом спектроскопии электрохимического импеданса.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показаны спектры электрохимического импеданса стеклоуглеродных электродов, модифицированных поли(АФБК): в буферном растворе, не содержащем аналит (), в присутствии аналита (), в исходном буферном растворе после проведения анализа (); результат аппроксимации в соответствии с эквивалентной электрической схемой ().

На фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема с диффузионным импедансом, где Rр - сопротивление фонового раствора, Rп - сопротивление переносу заряда в полимерной пленке (в рассматриваемой системе эквивалентно сопротивлению полимера на поверхности электрода), Сдс - емкость двойного электрического слоя, W0 - диффузионный импеданс в случае отражающих граничных условий.

На фиг. 3 представлены градуировочные зависимости сенсоров на основе поли(АФБК): фруктоза (), лактат (), в 50 мМ фосфатном буферном растворе рН 7.0 для сахара и рН 6.0 для гидроксикислоты.

Осуществление изобретения

Сенсоры для определения концентрации сахаров или гидроксикислот изготавливают, модифицируя поверхность электродов проводящими полимерами аминофенилборных кислот. Синтез проводящих полимеров на поверхности электродов проводят в электрохимической ячейке путем погружения рабочего как макро-, так и микроэлектрода любой конструкции: планарные, торцевые, взаимопроникающие и т.д. из различных материалов: золото, стеклоуглерод, графит и т.д. [Electropolymerization: Concepts, Materials and Applications, ed. by S. Cosnier and A. Karyakin, 2010, WILEY-VCH, 280 pp.] в ростовую смесь, находящуюся в ячейке, подключении электродов ячейки к прибору (потенциостат/гальваностат) и запуска выбранного электрохимического режима с заданными параметрами. Оптимальным условиям электрохимического синтеза проводящего полимера из аминофенилборных кислот отвечает полимеризация из раствора мономера в кислой среде в потенциодинамическом, гальваностатическом, потенциостатическом и т.п. режимах [Electrochemical methods. Fundamentals and applications, Bard A. J., Faulkner L.R. 2001, John Wiley & Sons, Inc.] при значениях тока или потенциала, не допускающих переокисление полимера, ведущее к потере проводимости [Electropolymerization: Concepts, Materials and Applications, ed.by S. Cosnier and A. Karyakin, 2010, WILEY-VCH, 280 pp.]. Электрополимеризацию 3-аминофенилборной кислоты (3-АФБК) (0.01-0.1М) проводят в растворе, содержащем 0.01-2.0Н кислоту и пятикратный избыток фторида по отношению к аминофенилборной кислоте. Электрополимеризацию 2-аминофенилборной кислоты (2-АФБК) (0.1-1.0М) проводят в растворе 0.05-1.0 М H2SO4. Во избежание переокисления полимера, ведущего к деградации и потере проводимости, стоит избегать высоких анодных потенциалов. О формировании проводящего покрытия на поверхности электрода судят по росту тока при фиксированном потенциале в анодной области 0.6-1 В, соответствующем процессу окисления молекул мономера.

В качестве источника фторид ионов могут быть использованы соли плавиковой кислоты, растворимые в водной среде, содержащие в качестве катиона, как ион металла, так и органический катион.

В качестве кислот для осуществления способа могут быть использованы водорастворимые карбоновые кислоты, содержащие гидроксильную группу в α- или β-положении.

Проводимость полученных на поверхности электрода полимерных пленок затем исследуют методом спектроскопии электрохимического импеданса в буферных растворах с различными значениями рН (5.0÷8.0). Спектры электрохимического импеданса регистрируют в диапазоне частот от 20 кГц до 1 Гц с амплитудой наложенного напряжения 5 мВ. Диапазон частот можно расширить в зависимости от толщины полимерной пленки на поверхности электрода. Спектры импеданса представляют собой трехмерные графики зависимостей мнимой и действительной частей импеданса от частоты. Для последующего анализа и определения проводимости полимеров аминофенилборных кислот удобно представить выходные данные (спектры) в координатах Найквиста, в виде проекции на плоскость при фиксированных частотах, как на фиг. 1.

Аппроксимацию полученных спектров импеданса проводят в соответствии с эквивалентной электрической схемой с диффузионным импедансом (фиг. 2), наиболее применимой для описания проводящих полимерных пленок, иммобилизованных на поверхности электродов в фоновом электролите в отсутствии медиатора [Inzelt G., G.G. Electropolymerization, Wiley-VCH, 2010, p.51-76]. Эквивалентная схема состоит из последовательно соединенных резистора Rp и конденсатора Сдс, с параллельно подключенным вторым резистором Rп и не имеющим электрического аналога элементом W0, соответствующем диффузии при отражающих граничных условиях. При введении аналита в ячейку, содержащую фоновый буферный раствор, диаметр высокочастотного полукруга, соответствующий сопротивлению переносу заряда в полимерной пленке (Rп на электрической схеме) уменьшается. Уменьшение величины этого сопротивления свидетельствует об увеличении проводимости полимерной пленки при взаимодействии полимера с аналитами. Наблюдаемый отклик системы, приводящий к увеличению проводимости полимерной пленки, является полностью обратимым, что также представлено на фиг. 1. После регистрации уменьшения проводимости в присутствии аналита раствор заменяют на исходный буферный раствор, не содержащий аналита, и сопротивление полимера возвращается к исходному значению, а спектр импеданса, в свою очередь, к своему первоначальному виду.

Для количественной оценки использовали метод калибровочного графика. Градуировочные кривые представляют собой нелинейные убывающие зависимости относительного изменения сопротивления от концентрации аналита, которые хорошо описываются уравнением формулы (1). Используя калибровочные зависимости, определяют неизвестную концентрацию аналита в образце по увеличению проводимости полимера в растворе образца. Новый подход к проведению аналитического определения концентраций сахаридов и гидроксикислот в жидких средах, основанный на обратимом увеличении проводимости полимерного чувствительного слоя сенсора в результате взаимодействия с определяемыми соединениями, позволяет по направлению отклика сенсора надежно дифференцировать полезный сигнал специфических взаимодействий от фонового, сопровождающегося увеличением сопротивления и обусловленного неспецифическими взаимодействиями.

На фиг. 3 приведены примеры зависимостей нормированного сопротивления от концентрации сахаров (фруктоза, глюкоза) и соли гидроксикислоты (лактат калия). Калибровочный график представляет собой убывающую функцию: сопротивление падает при увеличении концентрации сахара или гидроксикислоты. Полученные зависимости позволяют определить соответствующие наблюдаемые константы связывания аналитов с борными группами полимера, используя уравнение (1):

где С - концентрация аналита, Rотн - относительное сопротивление полимера, a и b - параметры аппроксимации, k - наблюдаемая константа связывания полимера с аналитом. Сплошной линией на фиг. 3 показан результат аппроксимации экспериментальных данных.

Градуировочные зависимости сенсора на основе поли(анилинборных кислот) представляют собой убывающую функцию относительного сопротивления переноса заряда от концентрации аналита. Таким образом, возможно по увеличению проводимости полимерной пленки на поверхности электрода определить неизвестную концентрацию сахари да или гидроксикислоты в образце.

Сенсором на основе поли(анилинборных кислот), полученным заявляемым способом можно определять любые соединения классов сахара и гидроксикислоты. Более того, были получены данные и при определении веществ и биомолекул, включающих структурные фрагменты, присущие данным классам.

Пример 1

Сенсор для определения концентрации сахаров и гидроксикислот на основе проводящего полимера, полученного полимеризацией 3-аминофенилборной кислоты в потенциодинамическом режиме.

Электрополимеризацию 3-аминофенилборной кислоты (3-АФБК) (0.04М) проводили в трехэлектродной электрохимической ячейке с разделенным пространством рабочего электрода, электрода сравнения и вспомогательного электрода в режиме циклической вольтамперометрии из раствора, содержащего 0.04М H2SO4 и 0.2М NaF, на стеклоуглеродном рабочем электроде в диапазоне потенциалов от 0.0 В до 0.9 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения со скоростью развертки 40 мВ/с в течение 10 циклов.

Для регистрации спектров электрохимического импеданса электродов модифицированных проводящей поли(аминофенилборной кислотой) использовали трехэлектродную ячейку с разделенным пространством рабочего электрода и электрода сравнения. В качестве вспомогательного электрода использовали платиновую сетку цилиндрической формы, коаксиальную рабочему электроду. Спектры электрохимического импеданса электродов модифицированных проводящей поли(аминофенилборной кислотой) регистрировали в до достижения стабильного спектра (импеданс на одной и той же частоте в двух последовательно записанных спектрах совпадает с максимальным отклонением в 2-3%) в 50 мМ фосфатном буферном растворе (KH2PO4, K2HPO4), рН 7.0, содержащем 0.1М KCl, в диапазоне частот от 10 кГц до 1 Гц, амплитуда наложенного напряжения составляла 5 мВ. Конечный (стабильный) спектр импеданса представлен в координатах Найквиста, то есть в виде зависимостей мнимой составляющей импеданса системы от действительной (точки типа треугольник на фиг. 1): Затем в ячейку вводили водный раствор фруктозы (конечная концентрация в ячейке 20 мМ) и снова регистрировали спектры импеданса до достижения стабильного спектра (полного совпадения двух последующих спектров в пределах 2% отклонения). Спектр также представляли в координатах Найквиста (точки типа круг на фиг. 1). Затем, после проведения определения, буферный раствор в ячейке, содержащий фруктозу, заменили на исходный буферный раствор, не содержащий сахара, и снова записывали спектры импеданса. Конечный спектр представлен на фиг. 1 точками типа квадрат. Видно, что спектр импеданса, записанный после проведения определения фруктозы, возвращается к своему первоначальному виду, что говорит об обратимости процесса связывания сахара с полимерной пленкой.

Аппроксимацию полученных спектров импеданса проводили в соответствии с эквивалентной электрической схемой с диффузионным импедансом (фиг. 2). На фиг. 1 точками представлены экспериментальные данные, а прямые - есть результат их аппроксимации по приведенной схеме. Можно заключить, что данный способ обработки экспериментальных данных является наиболее подходящим, так как ошибка аппроксимации чрезвычайно мала (не превышает 4%). Исходя из результатов аппроксимации, для всех полученных спектров были рассчитаны значения элементов приведенной эквивалентной схемы. Практический интерес представляют значения сопротивления переносу заряда в полимерной пленке (Rп на схеме на фиг. 2), соответствующие диаметру высокочастотного полукруга на спектрах импеданса, представленных в координатах Найквиста на фиг. 1. Значения сопротивлений с учетом погрешностей аппроксимации приведены в табл. 1. На рисунке видно, что также подтверждается рассчитанными значениями Rп, что при введении аналита в ячейку, содержащую фосфатный буферный раствор, диаметр высокочастотного полукруга, соответствующий сопротивлению полимера (Rп) уменьшается, что свидетельствует об увеличении проводимости полимерной пленки в результате взаимодействия полимера с аналитом. Возврат спектра (и соответственно значений Rп) к первоначальному виду после проведения анализа говорит о том, что отклик системы, приводящий к увеличению проводимости полимерной пленки, является полностью обратимым.

Пример 2

Определение концентрации сахаров и гидроксикислот с помощью сенсора на основе проводящего полимера, полученного полимеризацией 3-аминофенилборной кислоты.

Синтез полимерного покрытия на поверхности электрода и регистрацию спектров импеданса в буферном растворе проводили, как описано в примере 1. После записи спектра импеданса в исходном буферном растворе в ячейке последовательно увеличивали концентрацию сахара. Регистрировали спектры импеданса при каждой концентрации, аппроксимировали и рассчитывали сопротивление полимера, как описано в примере 1. Затем строили концентрационные зависимости относительного сопротивления полимера (отношение сопротивления, рассчитанного при данной концентрации сахара к исходному сопротивлению в буферном растворе в отсутствии сахара). На фиг. 3 обозначенные точками приведены зависимости такого нормированного сопротивления от концентрации сахаров (фруктоза, глюкоза) и соли гидроксикислоты (лактат калия). Калибровочная зависимость представляет собой убывающую функцию: сопротивление падает при увеличении концентрации сахара или гидроксикислоты. Полученные зависимости аппроксимировали в соответствии с приведенным уравнением (1):

,

где С - концентрация аналита, Rотн - относительное сопротивление полимера, a и b - параметры аппроксимации, k - наблюдаемая константа связывания полимера с аналитом.

Сплошной линией на фиг. 3 показан результат аппроксимации экспериментальных данных. Результат аппроксимации позволяет определить соответствующие наблюдаемые константы связывания сахаров и гидроксикислот с борными группами полимера. Рассчитанные константы приведены в табл. 2.

Пример 3

Сенсор для определения концентрации сахаров и гидроксикислот на основе проводящего полимера, полученного полимеризацией 3-аминофенилборной кислоты в гальваностатическом режиме.

Электроосаждение 3-аминофенилбороновой кислоты проводили в ячейке с тремя разделенными пространствами электродов, заполненной раствором фонового электролита: 0.1 М H2SO4, 0.2 М NaF. Пространство рабочего электрода заполняли раствором мономера 3-АФБК (40 мМ) в фоновом электролите. Электрополимеризацию осуществляли в гальваностатическом режиме при плотностях тока 0.1-0.6 мА/см2. Далее, как описано в примере 1 и 2.

Пример 4

Сенсор для определения концентрации сахаров и гидроксикислот на основе проводящего полимера, полученного полимеризацией 2-аминофенилборной кислоты в потенциодинамическом режиме.

Электрополимеризацию 2-аминофенилборной кислоты (2-АФБК) (0.1М) проводили в трехэлектродной электрохимической ячейке в режиме циклической вольтамперометрии из раствора, содержащего 1.0 М H2SO4, на стеклоуглеродном дисковом рабочем электроде в диапазоне потенциалов от 0.0 В до 0.98 В относительно хлоридсеребряного электрода сравнения со скоростью развертки 40 мВ/с в течение 30 циклов. Далее, как описано в примере 1. Концентрационные зависимости получали аналогично описанному в примере 2. Рассчитанные константы связывания представлены в таблице 3.

Аналогичные калибровочные зависимости были получены и определены константы связывания как для упомянутых сахаров и гидроксикислот при других значениях рН в диапазоне от 5.5 до 8.0, так и для других сахаров и гидроксикислот в указанном диапазоне рН. По величине сопротивления поли(аминофенилборной кислоты) в анализируемом растворе сахара или гидроксикислоты определяют неизвестную концентрацию в образце, используя калибровочные зависимости, предварительно полученные для сенсора.

Таким образом, преимуществом заявленного сенсора на основе синтетического полимерного материала является точность и достоверность определения сахаров и гидроксикислот. Регистрируемый методом спектроскопии импеданса эффект увеличения проводимости полимерной пленки на поверхности электрода обусловлен исключительно специфическими взаимодействиями полимера с аналитом. При проведении определения по заявленной методике исключено влияние побочных процессов и конкурирующих реакций, которые всегда приводят к обратному эффекту снижения проводимости полимерной пленки.

Сенсоры на основе поли(аминофенилборной кислоты) могут быть востребованы для определения концентрации диолов, полиолов, моно- и полисахаридов, гидроксикислот, гликозилированных биомолекул в различных объектах (модельные растворы, физиологические жидкости, медицинские препараты, пищевые объекты) в целях лабораторной медицинской диагностики, биохимического анализа, контроля качества медицинских препаратов и объектов пищевой промышленности.

1. Способ изготовления сенсора для определения концентрации сахаров и гидроксикислот в водных средах, включающий синтез поли(аминофенилборной кислоты) на поверхности электрода путем электрополимеризации, протекающей с постоянным увеличением скорости окисления аминофенилборной кислоты при фиксированном потенциале, с получением проводящего полимера, характеризующегося свойством уменьшения сопротивления при взаимодействии с сахарами и гидроксикислотами.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве аминофенилборной кислоты используют 3-аминофенилборную кислоту, при этом синтез проводят в кислой среде в присутствии фторид-ионов.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве аминофенилборной кислоты используют 2-аминофенилборную кислоту, при этом синтез ведут в кислоте, нормальность которой больше 0.1.

4. Способ определения концентрации сахаров или гидроксикислот в водных средах с использованием сенсора, полученного по п. 1, путем его погружения в исследуемую среду, регистрацию спектра импеданса методом спектроскопии электрохимического импеданса и определением из него сопротивления R поли(аминофенилборной кислоты), с последующим определением количественного содержания искомого компонента по калибровочной кривой, предварительно полученной для сахара или гидроксикислоты.

5. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что для получения калибровочной кривой сенсор помещают в буферный раствор, регистрируют методом спектроскопии электрохимического импеданса спектр и определяют из него сопротивление R полимера при введении пробы в буферный раствор, по процентному изменению сопротивления полимера в растворе, содержащем анализируемые соединения, относительно сопротивления в растворе, не содержащем аналитов, строят калибровочную кривую, представляющую собой нелинейную убывающую зависимость относительного сопротивления полимера от концентрации аналита.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно к приборам для измерения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания красного синтетического пищевого красителя кармуазина вольтамперометрическим способом.

Изобретение относится к оперативному контролю скрытой и явной зараженности насекомыми зерновой насыпи и может быть использовано при исследовании качества партий продовольственного зерна, предназначенных для хранения в зерноперерабатывающей промышленности и семеноводстве.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и предназначено для определения N-дифенилнитрозамина в мясной продукции. Способ количественного определения N-дифенилнитрозамина в мясных пробах пищевой продукции методом хромато-масс-спектрометрии характеризуюется тем, что осуществляют пробоподготовку.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно, к определению анатомо-морфологических дефектов зерна или семян зерновых культур с помощью рентгенографии.

Изобретение относится к области исследования и анализа технологических сыпучих материалов, в т.ч. пищевых, характеризующихся насыпной плотностью.

Изобретение относится к пищевой промышленности хлебобулочных и кондитерских изделий. Способ предусматривает использование детектирующего устройства «электронный нос» на основе массива из 8 пьезосенсоров с базовой частотой колебаний 10-15 МГц, электроды которых модифицируют покрытиями, чувствительными к спиртам, углекислому газу, для чего на электроды наносят пленки из ацетоновых и толуольных растворов, а также из хлороформной суспензии углеродных нанотрубок с общей массой каждого покрытия после удаления растворителя 4–10 мкг; регистрируют в режиме реального времени сигналы массива пьезосенсоров в виде площади «визуального отпечатка» (S(τ)); для этого взвешивают 2 пробы сухих пекарных дрожжей, переносят анализируемые пробы в пробоотборники, добавляют предварительно нагретую до 37 °С дистиллированную воду и перемешивают получившиеся растворы, далее измерения проводят следующим образом: через 5 мин газовым шприцем отбирают равновесную газовую фазу над одной пробой водной суспензии дрожжей, вкалывают в ячейку детектирования и фиксируют в течение 1 мин сигналы пьезосенсоров и S1(5), после очистки ячейки детектирования и пьезосенсоров в течение 1-2 мин повторно через 5, 10 и 15 мин отбирают по 1 см3 РГФ и фиксируют S1(10), S1(15), S1(20), через 10 минут от момента перемешивания проб во второй пробоотборник с водной суспензией дрожжей вводят раствор сахарозы, через 5 и 10 мин отбирают 1 см3 РГФ над пробой, фиксируют сигналы массива сенсоров и S2(15), S2(20) и рассчитывают изменения площадей «визуальных отпечатков» сигналов массива сенсоров для 15-й и 20-й минуты измерения (∆S(15) = S2(15) – S1(15), ∆S(20) = S2(20) – S1(20)), отражающие различия в общем содержании летучих веществ в РГФ над пробами при активации сухих дрожжей водой и сахарозой; для оценки качества сухих дрожжей рассчитывают показатель качества дрожжей (ПКД) как разность площадей «визуальных отпечатков» на 20-й и 15-й минуте измерения (ПКД = ∆S(20) - ∆S(15)), отражающий изменение содержания легколетучих веществ в РГФ над пробой дрожжей в процессе активации их сахарозой, если ПКД меньше 0 ± 50, делают вывод о низком качестве дрожжей.

Группа изобретений относится к области контроля качества, а именно к применению анализа изображений для контроля общего качества при динамическом производстве. Способ мониторинга качества множества перемещающихся пищевых продуктов в системе динамического производства, основан на оценке окраски пищевого продукта.

Изобретение относится к медицинской токсикологии, в частности к санитарной токсикологии, и может быть использовано для количественного определения N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина) в детских кашах как молочных, так и простых.

Изобретение относится к области контроля в пищевой промышленности и может быть использовано при отбраковке сельскохозяйственной продукции. Для этого определяют электрофизические параметры (например, электропроводность) или содержание ионов (например, ионов водорода, нитрат-ионов) с использованием универсального электролитического ключа, сотоящего из двух разовых стерильных шприцов со стандартными электродами, заполненных насыщенным раствором хлорида калия и соединенных с иглами, втыкаемыми в исследуемые объекты.

Изобретение относится к области аналитической химии, электрохимии и медицинской диагностики. Способ экспресс-определения миоглобина в плазме крови с помощью электрохимического сенсора заключается в том, что на поверхность рабочего электрода, предварительно модифицированного суспензией углеродных нанотрубок, с последующей модификацией полученного электрода путем электрополимеризации о-фенилендиамина в присутствии миоглобина, осуществляемой на поверхности электрода, и последующего удаления шаблона миоглобина, наносят 2 мкл образца плазмы крови, выдерживают полученный сенсор с пробой 15 мин при 37±1°C, проводят электрохимическую регистрацию гемопротеина путем измерения высоты пика восстановления железа гема методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии и определяют содержание миоглобина в пробе по предварительно полученному калибровочному графику.

Способ определения концентрации аналита в жидком образце с помощью биосенсора, имеющего по меньшей мере два электрода и реагент, находящийся на одном из электродов, включающий нанесение жидкого образца на электрод, приложение сигнала к образцу, чтобы определить физическую характеристику образца; подведение второго сигнала к образцу, приводящего к физическому преобразованию образца; измерение выходного сигнала от образца; получение ориентировочной концентрации аналита в один из множества предварительно определенных моментов времени; генерирование первого параметрического коэффициента биосенсора, основанного на физической характеристике образца; вычисление первой концентрации аналита, основанной на первом параметрическом коэффициенте биосенсора и выходном сигнале, измеренном в один из множества предварительно определенных моментов времени от начала последовательности тестирования; генерирование второго параметрического коэффициента биосенсора, основанного на ориентировочной концентрации аналита и физической характеристике образца; вычисление второй концентрации аналита, основанной на втором параметрическом коэффициенте биосенсора и на одном выходном сигнале, генерирование третьего параметрического коэффициента биосенсора, основанного на первой концентрации аналита и физической характеристике; вычисление третьей концентрации аналита, основанной на третьем параметрическом коэффициенте биосенсора и на выходном сигнале, сообщение по меньшей мере об одной из первой, второй и третьей концентрации аналита.

Использование: для измерения концентрации глюкозы в крови. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения концентрации аналита в физиологическом образце с помощью биодатчика содержит нанесение физиологического образца на любой из по меньшей мере двух электродов, чтобы начать последовательность тестирования для определения содержания аналита; подачу первого сигнала на образец для выведения физической характеристики образца; приложение к образцу второго сигнала такой же длительности, как и первый, перекрывающегося с последовательностью тестирования для получения первого выходного переходного сигнала, при этом первый переходный выходной сигнал коррелирует как с продолжительностью, так и с величиной первого сигнала; извлечение конкретного времени получения выборки в ходе выполнения последовательности тестирования на протяжении первого периода времени получения выборки на основе физической характеристики образца; получение из первого переходного сигнала второго переходного сигнала на протяжении второго периода времени получения выборки; получение соответствующих величин второго переходного сигнала в выбранных временных интервалах во время второго периода времени получения выборки; и определение концентрации аналита на основе соответствующих величин второго переходного сигнала в выбранных временных интервалах.

Использование: для измерения уровня глюкозы. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения концентрации аналита в образце текучей среды с помощью биодатчика, имеющего по меньшей мере два электрода и реагент, осажденный на по меньшей мере один из электродов, содержит: осаждение образца текучей среды на любой из по меньшей мере двух электродов для запуска последовательности тестирования аналита; подачу первого сигнала на образец для измерения или оценки физической характеристики образца; выведение значения наклона для партии для биодатчика на основе измеренной или оцененной физической характеристики; передачу второго сигнала на образец; измерение выходного сигнала от по меньшей мере одного из по меньшей мере двух электродов; и вычисление концентрации аналита на основе измеренного выходного сигнала и выведенного наклона для партии по измеренной или оцененной физической характеристике образца.

Изобретение относится к ручному диагностическому прибору для использования с аналитической тест-полоской при определении глюкозы в крови включает в себя корпус (110); узел микроконтроллера (112), расположенный в корпусе; и узел измерения гематокрита на основе фазового смещения (114).

Данное изобретение предлагает электрохимические модули для определения содержания аналита в образце биологической жидкости. Электрохимический модуль согласно изобретению содержит первую подложку с первым проводящим слоем на ней, образующие первый узел, при этом упомянутый узел имеет первую ширину и первую длину; вторую подложку со вторым проводящим слоем на ней, образующие второй узел, при этом упомянутый узел имеет вторую ширину, которая меньше первой ширины, и вторую длину, которая является такой же, как и первая длина, первую и вторую разделительные прокладки, расположенные между первым и вторым узлом и поддерживающие упомянутые узлы; камеру, образованную между первым и вторым узлами и выполненную с возможностью приема образца жидкости, при этом камера содержит реагент, способный вступать в реакцию с аналитом, содержащимся в образце жидкости; и третью разделительную прокладку, прилегающую к первой или второй разделительной прокладке, причем поверхность третьей разделительной прокладки содержит проводящий слой, находящийся в токопроводящем контакте со вторым проводящим слоем.

Использование: для определения концентрации аналита в образце. Сущность изобретения заключается в том, что электрохимическое сенсорное устройство содержит носитель, имеющий первую и вторую электропроводящие области, которые электрически изолированы друг от друга, причем носитель включает проходящее через него отверстие; и электрохимический модуль, установленный на носителе таким образом, что по меньшей мере часть электрохимического модуля проходит через отверстие, причем электрохимический модуль имеет электрохимическую полость с первым электродом в электрической связи с первой проводящей областью носителя, вторым электродом в электрической связи со второй проводящей областью носителя и камерой для приема образца, которая включает в себя слой реагента.

Изобретение может быть использовано во многих областях техники для анализа образцов (проб) с целью определения концентрации присутствующего в образце аналита и/или определения других параметров образца.

Использование: для определения наличия или измерения концентрации веществ в пробах текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит этапы: запускают химическую реакцию между контрольным электродом и вторым рабочим электродом, покрытым слоем реагента, и между контрольным электродом и первым рабочим электродом, покрытым слоем реагента тест-полоски; измеряют первичный тестовый ток и вторичный тестовый ток на одном из первого и второго рабочих электродов; определяют, составляет ли разница между первичным тестовым током и вторичным тестовым током величину меньше нуля; и в случае истинности определения выводят концентрацию глюкозы на основе множества тестовых токов, в противном случае получают сообщение об ошибке.

Биосенсор // 2546018
Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для обнаружения целевой молекулы в биологическом образце. Сенсор для обнаружения представляющей интерес мишени содержит: первый электрод; первую молекулу с электронной проводимостью, конфигурированную для связывания с первым электродом; первый зонд, конъюгированный со второй молекулой с электронной проводимостью; второй электрод; третью молекулу с электронной проводимостью, конфигурированную для связывания со вторым электродом; второй зонд, конъюгированный с третьей молекулой с электронной проводимостью.

Группа изобретений относится к электрохимическим сенсорам для количественного определения глюкозы. Раскрыт сенсор глюкозы, содержащий фермент глюкозооксидазу, заключенную внутри сшитого гидрофильного сополимера в контакте с поверхностью электрода, при этом сополимер имеет первые звенья мономера 2-гидроксиэтилметакрилата, вторые звенья мономера структурной формулы (V) (V),где Y представляет собой -O-; R2 представляет собой метил; и z представляет собой среднее значение, составляющее от 2 до 250; и третьи звенья производных метакрилата, содержащие гидрофильные поперечные связи формулы (IIIa) (IIIa)где w находится в диапазоне 0-10. Также раскрыты способ изготовления сенсора глюкозы и способ измерения уровня глюкозы в анализируемом объекте. Группа изобретений обеспечивает создание сенсора, в котором сшитый полимер обладает проницаемостью для глюкозы, не зависящей от температуры, и дает возможность генерирования аналитических сигналов, которые также являются не зависящими от температуры в диапазоне температур. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл., 4 пр.

Группа изобретений относится к медицине, а именно диагностическому способу определения концентрации сахаров и гидроксикислот по увеличению проводимости полимерного слоя на поверхности электрода при взаимодействии с указанными структурами, и может быть использовано для анализа биомолекул, а также клеток, имеющих в своем составе структурные фрагменты сахаров или гидроксикислот. Для этого синтезируют полимерный сенсорный слой методом электрохимической полимеризации аминофенилборных кислот на поверхности электрода. Полученное покрытие представляет собой проводящий замещенный полианилин, характеризующийся способностью к увеличению проводимости в результате взаимодействия функциональных заместителей в полимере с гидроксикислотами и сахарами. Определение проводят в электрохимической ячейке с использованием химического сенсора, то есть электрода, модифицированного проводящей полиаминофенилборной кислотой. Увеличение проводимости полимерного покрытия на поверхности электрода в присутствии анализируемого образца является сигналом, который регистрируют методом спектроскопии электрохимического импеданса. Количественное содержание искомого компонента определяют по калибровочной кривой. Группа изобретений обеспечивает точное определение концентрации диолов, полиолов, моно- и полисахаридов, гидроксикислот и гликозилированных биомолекул в модельных растворах, физиологических жидкостях, медицинских препаратах и пищевых объектах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил., 4 пр.

Наверх