CS241022B2 - Molecularly selective sensor and method of its production - Google Patents
Molecularly selective sensor and method of its production Download PDFInfo
- Publication number
- CS241022B2 CS241022B2 CS794835A CS483579A CS241022B2 CS 241022 B2 CS241022 B2 CS 241022B2 CS 794835 A CS794835 A CS 794835A CS 483579 A CS483579 A CS 483579A CS 241022 B2 CS241022 B2 CS 241022B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- membrane
- electrode
- selective
- enzyme
- permeable
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Vynález se týká molekulárně selektivního senzoru, vhodného pro selektivní stanovení koncentrace sloučenin (například glukózy) rozpuštěných ve vzorcích kapalin (například krvi), jakož i způsobu jeho výroby. Podstata vynálezu spočívá zejména v tom, že Otvor tělesa senzoru, který se nachází na straně indikační elektrody, je uzavřen alespoň jednou kontinuální nebo perforovanou membránou přirozeného původu, obsahující v povrchové vrstvě alespoň jeden druh enzymu vázaného chemicky v zakotvené formě, přičemž uvedená membrána je ve styku s blánou propustnou pro plyny nebo pro plyny a rozpuštěné látky, a mezi tělesem senzoru a indikační elektrodou je vytvořena izolační vrstva, zatímco ve stěně krycího tělesa je vestavěn filtr propustný , pro roztok elektrolytu. Podstata způsobu výroby senzoru spočívá v tom, že se v horní vrstvě membrány přirozeného původu zakotví pomocí chemické vazby alespoň jedén druh enzymu, načež se membrána obsahující zakotvený enzym spolu s blánou propustnou pro plyny nebo plyny a rozpuš; těné látky upevní na otvor dutého tělesa, do něhož se umístí jednak roztok elektrolytu, a jednak alespoň jedna indikační elektroda a alespoň jedna referenční elektroda.The invention relates to a molecularly selective sensor suitable for the selective determination of the concentration of compounds (e.g. glucose) dissolved in liquid samples (e.g. blood), as well as a method of its production. The essence of the invention lies in the fact that the opening of the sensor body, which is located on the side of the indicator electrode, is closed by at least one continuous or perforated membrane of natural origin, containing in the surface layer at least one type of enzyme chemically bound in an anchored form, said membrane being in contact with a membrane permeable to gases or to gases and dissolved substances, and an insulating layer is formed between the sensor body and the indicator electrode, while a filter permeable to an electrolyte solution is built into the wall of the cover body. The essence of the method of producing the sensor lies in the fact that at least one type of enzyme is anchored in the upper layer of the membrane of natural origin by means of a chemical bond, after which the membrane containing the anchored enzyme together with the membrane permeable to gases or gases and dissolved; The charged substance is fixed to the opening of a hollow body, into which an electrolyte solution is placed, as well as at least one indicator electrode and at least one reference electrode.
Description
Vynález se týká molekulárně selektivního elektroanalytického senzoru, vhodného pro selektivní stanovení koncentrace sloučenin (například glukózy) rozpuštěných ve vzorcích kapalin (například krvi), jakož i způsobu jeho výroby.The invention relates to a molecularly selective electroanalytical sensor suitable for the selective determination of the concentration of compounds (e.g. glucose) dissolved in liquid samples (e.g. blood), as well as a method of its production.
Jsou známy molekulární selektivní elektroanalytické senzory, vhodné pro stanovení sloučenin rozpuštěných ve vzorcích kapalin.Molecular selective electroanalytical sensors are known, suitable for determining compounds dissolved in liquid samples.
Elektrochemické vlastnosti a možnosti použití molekulárně selektivních senzorů jsou známé z literatury. Jak známo, mají molekulárně selektivní senzory, které je možno -považovat za elektrické měrné články, některé společné vlastnosti, jako například to, že nosič senzoru, který obsahuje iontově selektivní nebo kovovou indikační elektrodu a referenční elektrodu, je umístěn v trubkovém tělese, naplněném roztokem elektrolytu, jehož jeden konec je uzavřen blánou, propustnou pro plyny a rozpuštěné látky (například dialyzační blánou), přičemž tato blána je opatřena vrstvou gelu, selektivního pro danou látku (například vrstvou akrylamidového gelu), obsahující specificky účinný katalyzátor, tj. chemicky nebo fyziologicky vázaný enzym, a je ve styku s, nebo navrstvena na blánu propustnou pro plyny nebo plyny a rozpuštěné látky (například celofánovou blánou) a s vrstvou roztoku, obsahujícího selektivní enzym v suspendované formě, jakož i s blánou propustnou pro plyny a rozpuštěné látky (například celofánovou blánou). Mechanismus působení známých molekulárně selektivních senzorů je následující. Molekuly stanovené složky (molekuly tzv. substrátu, například molekuly glukózy) a v daném případě molekuly reagentu (molekuly kyslíku) difundují do vrstvy, obsahující selektivní enzym (například glukózooxidázu), sloužící jako specificky účinný katalyzátor,, do tzv. reaktivní vrstvy, kde dojde k chemické reakci. Výstupní signál indikační elektrody je jednoznačnou funkcí koncentrace nebo reaktivity reagentu účastnícího se enzyma•tické reakce, nebo jedné ze zúčastněných nebo vznikajících komponent. Lokální hodnota reaktivity nebo koncentrace závisí v případě, že všechny faktory jsou považovány za konstanty, na rychlosti reakce, která je jednoznačnou funkcí koncentrace substrátu. Proto je možno ve stacionárním stavu stanovit přímo koncentraci vzorku měřením síly proudu nebo ems (elektromotorické síly).The electrochemical properties and possible uses of molecularly selective sensors are known from the literature. As is known, molecularly selective sensors, which can be considered as electrical measuring cells, have some common properties, such as the fact that the sensor carrier, which contains an ion-selective or metal indicator electrode and a reference electrode, is placed in a tubular body filled with an electrolyte solution, one end of which is closed by a membrane permeable to gases and dissolved substances (for example, a dialysis membrane), this membrane being provided with a layer of a gel selective for the substance (for example, an acrylamide gel layer), containing a specifically effective catalyst, i.e. a chemically or physiologically bound enzyme, and is in contact with or layered on a membrane permeable to gases or gases and dissolved substances (for example, a cellophane membrane) and with a layer of a solution containing the selective enzyme in suspended form, as well as a membrane permeable to gases and dissolved substances (for example, a cellophane membrane). The mechanism of action of known molecularly selective sensors is as follows. Molecules of the determined component (molecules of the so-called substrate, for example glucose molecules) and in a given case, molecules of the reagent (oxygen molecules) diffuse into a layer containing a selective enzyme (for example glucose oxidase), serving as a specifically effective catalyst, into the so-called reactive layer, where a chemical reaction occurs. The output signal of the indicator electrode is a unique function of the concentration or reactivity of the reagent participating in the enzymatic reaction, or of one of the participating or emerging components. The local value of the reactivity or concentration depends, if all factors are considered constants, on the reaction rate, which is a unique function of the substrate concentration. Therefore, in a stationary state, it is possible to determine the sample concentration directly by measuring the current strength or emf (electromotive force).
Výroba známých molekulárně selektivních senzorů je složitý, časově náročný a mimořádné znalosti vyžadující úkol, jehož výsledek je reprodukovatelný pouze náhodně.The production of known molecularly selective sensors is a complex, time-consuming and extraordinary knowledge-requiring task, the result of which is reproducible only by chance.
Velká nevýhoda těchto senzorů spočívá v jejich krátké životnosti (například několik dnů; 1 až 2 týdny), která souvisí s nepříznivými vlastnostmi reaktivní vrstvy. Další nevýhoda, která se projeví při použití, spočívá v tom, že senzory, resp. gelové vrstvy obsahující enzym, musí být mimo použití skladovány při nízké teplotě (například mezi 1 až 2°C), aby si zachovaly enzymatickou aktivitu.A major disadvantage of these sensors is their short lifespan (e.g., a few days; 1 to 2 weeks), which is related to the unfavorable properties of the reactive layer. Another disadvantage that occurs during use is that the sensors, or rather the gel layers containing the enzyme, must be stored at low temperatures (e.g., between 1 and 2°C) when not in use to maintain enzymatic activity.
Známé elektrody jsou poškoditelné, mají nízkou mechanickou pevnost a dlouhou dobu odezvy (například mezi 2 až 8 minutami).Known electrodes are susceptible to damage, have low mechanical strength and a long response time (for example, between 2 and 8 minutes).
Další nevýhoda, vyskytující se při použití takovýchto senzorů spočívá v tom, že v ampérometrické indikační elektrodě (například platinové) rozpuštěný plyn (například kyslík) nebo vrstva kysličníku vznikajícího na povrchu, nebo znečištění kovu v důsledku jejího používání, vzniklé na povrchu indikační elektrody (například znečištění stříbrem), nebo další izolační vrstvy, mají nepříznivý vliv na poměr signálu a šumu, protože aktivní povrch indikační elektrody a tím i signál jí vysílaný se zmenší.Another disadvantage that occurs when using such sensors is that in the amperometric indicator electrode (e.g. platinum) dissolved gas (e.g. oxygen) or an oxide layer formed on the surface, or metal contamination resulting from its use, formed on the surface of the indicator electrode (e.g. silver contamination), or other insulating layers, have an adverse effect on the signal-to-noise ratio, because the active surface of the indicator electrode and thus the signal transmitted by it are reduced.
Uvedené nevýhody postačují k tomu, že se senzory zajišťující jednoduchou selektivní měřicí techniku v praxi neujaly a nejsou dostupné na trhu.The above disadvantages are sufficient to prevent sensors providing simple selective measurement techniques from becoming popular in practice and from being available on the market.
Úkolem tohoto vynálezu je vyřešit konstrukci takového molekulárně selektivního senzoru, který by byl vyrobitelný bez speciálních nároků na odborné znalosti, v krátké době a reprodukovatelně při mnohem delší životnosti (například půl roku až 1 rok) než doposud známé typy, a který by vykazoval větší mechanickou pevnost a kratší dobu odezvy (například 20 až 30 vteřin).The task of this invention is to solve the construction of such a molecularly selective sensor, which would be manufacturable without special demands on professional knowledge, in a short time and reproducibly with a much longer lifetime (for example, half a year to 1 year) than previously known types, and which would exhibit greater mechanical strength and a shorter response time (for example, 20 to 30 seconds).
Podstata molekulárně selektivního senzoru podle vynálezu spočívá zejména v tom, že otvor tělesa senzoru, který se nachází na straně indikační elektrody, je uzavřen alespoň jednou kontinuální nebo perforovanou membránou přirozeného původu, obsahující v povrchové vrstvě alespoň jeden druh enzymu vázaného chemicky v zakotvené formě, přičemž uvedená membrána je ve styku s blánou propustnou pro plyny nebo pro plyny a rozpuštěné látky, a mezi tělesem senzoru a indikační elektrodou je vytvořena izolační vrstva, zatímco1 ve stěně krycího tělesa je vestavěn filtr propustný pro roztok elektrolytu.The essence of the molecularly selective sensor according to the invention lies in the fact that the opening of the sensor body, which is located on the side of the indicator electrode, is closed by at least one continuous or perforated membrane of natural origin, containing in the surface layer at least one type of enzyme chemically bound in an anchored form, said membrane being in contact with a membrane permeable to gases or to gases and dissolved substances, and an insulating layer is formed between the sensor body and the indicator electrode, while a filter permeable to the electrolyte solution is built into the wall of the cover body.
Podstata způsobu výroby molekulárně selektivního senzoru podle tohoto vynálezu pak spočívá v tom, že se v horní vrstvě membrány přirozeného původu zakotví pomocí chemické vazby alespoň jeden druh enzýmu, načež se membrána obsahující žákotvený enzym spolu s blánou propustnou pro plyny nebo plyny a rozpuštěné látky upevní na otvor dutého tělesa, do něhož se umístí jednak roztok elektrolytu, a jednak alespoň jedna indikační elektroda a alespoň jedna referenční elektroda.The essence of the method for producing a molecularly selective sensor according to this invention consists in anchoring at least one type of enzyme in the upper layer of a membrane of natural origin by means of a chemical bond, after which the membrane containing the enzyme is attached, together with a membrane permeable to gases or gases and dissolved substances, to the opening of a hollow body, into which an electrolyte solution is placed, as well as at least one indicator electrode and at least one reference electrode.
Výhoda molekulárně selektivního senzoru podle vynálezu spočívá v tom, že mechanická pevnost albuminózních přirozených membrán (jako například vzduchový měchýř ryb, kožní partie savců a plazů, nebo rohovka a střevní stěny některých druhů zvířat] Je přes svoji tenkost 10 až 15 μτη výhodnou z hlediska doby odezvy, a taktéž jsou výhodné z hlediska své struktury. Kromě toho Je koncentrace aktivních aminoskupin na membránách tvořených aminokyselinami z hlediska chemické vazby enzymů s albuminózní strukturou taktéž optimální a konstantní. Tak je možno vyrobit senzory pracující v širokém rozmezí koncentrací s krátkou dobou odezvy. Podle postupu zakotvení je možno uchovávat aktivované přirozené membrány v suchém stavu, případně při teplotě místnosti velmi dlouho (půl roku až jeden rok), aniž by se aktivita enzymu znatelně změnila, neboř tento je obklopen přirozeným prostředím.The advantage of the molecularly selective sensor according to the invention lies in the fact that the mechanical strength of albuminous natural membranes (such as the air bladder of fish, the skin of mammals and reptiles, or the cornea and intestinal walls of some animal species) is, despite its thinness of 10 to 15 μτη, advantageous in terms of response time, and they are also advantageous in terms of their structure. In addition, the concentration of active amino groups on membranes formed from amino acids is also optimal and constant in terms of chemical binding of enzymes with an albuminous structure. Thus, it is possible to produce sensors operating in a wide range of concentrations with a short response time. Depending on the anchoring procedure, it is possible to store activated natural membranes in a dry state, or at room temperature, for a very long time (half a year to one year), without the enzyme activity changing noticeably, because it is surrounded by a natural environment.
Prostupnost přirozené membrány oproti iontům, molekulám vody a plynů je z hlediska měřicí techniky ideální. Další výhodnou vlastností přirozených membrán je ta skutečnost, že jsou vůči iontům nebo molekulám plynů, které se mohou vyskytnout buď jako reagent nebo jako produkt reakce, prostupné, a vůči sloučeninám o vyšší molekulární hmotnosti, které by případně mohly výsledek měření ovlivnit (například substrát samotný nebo jiné látky obsažené ve vzorku), neprostupné, čímž je možno tzv. hysterezní efekt, který často vzniká při střídání vzorků o různé koncentraci, odstranit buď částečně nebo i zcela.The permeability of the natural membrane to ions, water molecules and gases is ideal from the point of view of measurement technology. Another advantageous property of natural membranes is the fact that they are permeable to ions or gas molecules, which can occur either as a reagent or as a reaction product, and impermeable to compounds of higher molecular weight, which could possibly affect the measurement result (for example, the substrate itself or other substances contained in the sample), which makes it possible to partially or completely eliminate the so-called hysteresis effect, which often occurs when alternating samples of different concentrations.
Senzor podle vynálezu též může být uspořádán tak, že ke zhotovení reaktivní vrstvy se použije jednak membrána se dvěma reaktivními vrstvami nebo větší počet na sebe navrstvených membrán s jednou nebo dvěma reaktivními vrstvami. Při tomto uspořádání je na každém povrchu membrány vázán v zakotvené formě jiný enzym. V případě beta-glukozidové elektrody obsahuje povrch membrány na straně roztoku vzorku beta-glukozidázu, na straně indikační elektrody glukózooxidázu. Enzym vázaný na první membráně, tj. betaglukozidáza — umožňuje hydrolyzační reakci mezi stanovovanou složkou, beta-glukozidem (například amygdalinem nebo salicinemj a vodou, čímž vznikne mezi jiným též glukóza. Enzym vázaný na druhé membráně — glukózooxidáza — katalyzuje reakci mezi glukózou a kyslíkem. Na indikační elektrodě, nacházející se za membránou, je možno· měřit signál, úměrný koncentraci kyslíku. Signál úměrný snižováni koncentrace kyslíku je jednoznačnou funkcí koncentrace zjišťované na vzorku. V tomto provedení je možno dosáhnout na jedné straně zjednodušení z hlediska měřicí techniky a zvýšení selektivnosti, na druhé straně je možno· stanovit i takové sloučeniny, které při jednostupňové reakci neposkytnou žádnou měřitelnou komponentu nebo nezpůsobí žádnou změnu v koncentraci nebo reaktivitě měřitelných komponent.The sensor according to the invention can also be arranged in such a way that a membrane with two reactive layers or a plurality of membranes with one or two reactive layers stacked on top of each other is used to make the reactive layer. In this arrangement, a different enzyme is bound in anchored form on each surface of the membrane. In the case of a beta-glucoside electrode, the membrane surface on the sample solution side contains beta-glucosidase, and on the indicator electrode side contains glucose oxidase. The enzyme bound to the first membrane, i.e. beta-glucosidase, enables a hydrolysis reaction between the component to be determined, beta-glucoside (for example, amygdalin or salicin), and water, which also produces glucose, among other things. The enzyme bound to the second membrane, glucose oxidase, catalyzes the reaction between glucose and oxygen. On the indicator electrode located behind the membrane, it is possible to measure a signal proportional to the oxygen concentration. The signal proportional to the decrease in the oxygen concentration is a clear function of the concentration detected in the sample. In this embodiment, on the one hand, it is possible to achieve simplification in terms of the measurement technique and increase selectivity, on the other hand, it is possible to determine even those compounds that do not provide any measurable component in a one-step reaction or do not cause any change in the concentration or reactivity of the measurable components.
Senzor podle tohoto vynálezu je možno vytvořit i tak, že na oddělených částech povrchu membrány přirozené, struktury, sloužící jako reaktivní zóna, nebo na daných částech povrchu jsou vázány různé druhy enzymů ve statisticky homogenním rozležení, a k jedné části povrchu přísluší jedna nebo více indikačních elektrod. Při tomto· uspořádání mohou být zhotoveny multifunkční molekulárně, selektivní senzory bez zvětšení jejich rozměrů, čímž se stane proveditelným paralelní stanovení více komponent ve stejném roztoku vzorku, nebo paralelní stanovení koncentrace rušivých komponent, jejichž vliv lze manuálně nebo automaticky vyloučit.The sensor according to the present invention can also be created in such a way that on separate parts of the membrane surface of the natural structure, serving as a reactive zone, or on given parts of the surface, different types of enzymes are bound in a statistically homogeneous distribution, and one part of the surface corresponds to one or more indicator electrodes. With this arrangement, multifunctional molecularly selective sensors can be made without increasing their dimensions, which makes it possible to determine in parallel several components in the same sample solution, or to determine in parallel the concentration of interfering components, the influence of which can be manually or automatically eliminated.
U jiných provedení molekulárně selektivních senzorů, zhotovených podle tohoto vynálezu, například průmyslových senzorů, je membrána přirozené struktury za účelem větší míry ochrany a dalšího zvýšení mechanické pevnosti reaktivní zóny ve spojení s inertní sítí polymeru nebo tkaniny. Ú dalších provedení je v zájmu velmi krátké odezvy provedena reaktivní zóna, obsahující enzym v zakotvené formě v horní vrstvě jedné strany membrány přirozené struktury, a v horní vrstvě druhé strany membrány přirozené struktury js podle impregnačního postupu pomocí zesítění provedena vrstva propustná pro plyny, nebo vrstva s vlastnostmi iontoměniče.In other embodiments of molecularly selective sensors made according to the invention, for example industrial sensors, the membrane of natural structure is in connection with an inert polymer or fabric network for a greater degree of protection and further increase in the mechanical strength of the reactive zone. In other embodiments, in order to achieve a very short response, the reactive zone containing the enzyme in anchored form is provided in the upper layer of one side of the membrane of natural structure, and in the upper layer of the other side of the membrane of natural structure, a gas-permeable layer or a layer with ion exchange properties is provided according to the impregnation process by crosslinking.
Molekulárně selektivní senzory jsou zhotovovány podle vynálezu takovým způsobem, že povrch membrány přirozené struktury je zpracován roztokem, obsahujícím enzym a bifunkčuí činidlo, obsahující skupiny vhodné pro chemickou vazbu, například glutaraldehydy, při teplotě okolí. Po skončení vazební reakce je membrána uložena do vodní lázně s destilovanou vodou, kde jsou odděleny komponenty, které si zachovaly rozpustnost ve vodě. Po ukončení oplachování jsou membrány připraveny pro měření. Poté je v daném případě připravována kovová indikační elektroda. Za účelem čištění povrchu indikační elektrody je tato ponořena na několik minut do kyseliny dusičné, poté opláchnuta a pak uložena do lázně obsahující redukční prostředek (například kyselinu askorbovou), kde jsou odstraněny kysličníky a kyslík, fyzikálně rozpuštěný v kovové elektrodě. Hotová membrána je spolu s blánou propustnou pro plyny a nebo plyny a rozpuštěné látky přiložena na těleso senzoru, a poté je ponořena do roztoku elektrolytu nacházejícím se v tělese senzoru, jak indikační, tak i referenční elektroda takovým způsobem, aby se povrch indikační elektrody nacházel v bezprostřední blízkosti membrány. Elektrody se upevní a tím se senzor nachází ve stavu schopném provádět měření.Molecularly selective sensors are made according to the invention in such a way that the surface of a membrane of natural structure is treated with a solution containing an enzyme and a bifunctional reagent containing groups suitable for chemical bonding, for example glutaraldehydes, at ambient temperature. After the bonding reaction is completed, the membrane is placed in a water bath with distilled water, where the components that have retained their solubility in water are separated. After rinsing, the membranes are ready for measurement. Then, in a given case, a metal indicator electrode is prepared. In order to clean the surface of the indicator electrode, it is immersed for several minutes in nitric acid, then rinsed and then placed in a bath containing a reducing agent (for example ascorbic acid), where oxides and oxygen physically dissolved in the metal electrode are removed. The finished membrane, together with a membrane permeable to gases or gases and dissolved substances, is placed on the sensor body, and then both the indicating and reference electrodes are immersed in the electrolyte solution contained in the sensor body in such a way that the surface of the indicating electrode is in the immediate vicinity of the membrane. The electrodes are fixed and the sensor is thus in a state capable of performing measurements.
PřikladlExample
Na obr. 1 je znázorněn ve formě příkladu provedení senzor, selektivní na glukózu podle tohoto vynálezu, v částečném průřezu. V dutině tělesa 1 senzoru se nachází ústojný roztok s obsahem chloridových aniontů 2, do něhož je ponořena v krytu 3 upevněná platinová indikační elektroda 4 a stříbrná-stříbrochlorldová referenční elektroda 5.Fig. 1 shows a partial cross-section of an exemplary embodiment of a glucose-selective sensor according to the present invention. In the cavity of the sensor body 1 there is a buffer solution containing chloride anions 2, into which a platinum indicator electrode 4 and a silver-silver chloride reference electrode 5, mounted in a housing 3, are immersed.
Okraj tělesa 1 senzoru je uzavřen polypropylenovou blánou 6 propustnou pro plyn, která se dotýká indikační elektrody 4. Blána 6 je v dotyku s běžně dostupnou membránou vepřového střeva 7, na němž je zakotvena glukózooxidáza (E.C.1.1.3.4.) pomocí glutaraldehydu. Blána 6 a přirozená membrána 7 jsou připevněny k tělesu 1 pomocí gumového kroužku 8. Druhý konec tělesa 1 senzoru je uzavřen uzávěrem 9 z umělé hmoty. Indikační elektroda 4 a referenční elektroda 5 jsou spojeny pomocí kabelu 10 s polarizujícím zdrojem napětí a vstupy ampérmetru.The edge of the sensor body 1 is closed by a gas-permeable polypropylene membrane 6, which contacts the indicator electrode 4. The membrane 6 is in contact with a commercially available pig intestine membrane 7, on which glucose oxidase (E.C.1.1.3.4.) is anchored by means of glutaraldehyde. The membrane 6 and the natural membrane 7 are attached to the body 1 by means of a rubber ring 8. The other end of the sensor body 1 is closed by a plastic cap 9. The indicator electrode 4 and the reference electrode 5 are connected by means of a cable 10 to a polarizing voltage source and the inputs of the ammeter.
Výroba elektrody selektivní na glukózu probíhá takto. Určitá část běžně dostupného nasoleného vepřového střeva je namočena po dobu 10 až 15 minut do destilace vody. Nabobtnalá membrána se upevní spolu s blánou o tloušťce 15 ,«in (například polypropylenovou blánou), propustnou pro plyn, v napnutém stavu na okraj tělesa senzoru. Membrána se suší po dobu 20 minut. Poté je v 0,5 ml .ústojného roztoku o hodnotě pH 7,4 suspendováno 60 mg glukózooxidázy (E.C.1.1.3.4.) a přidáno 25 mikrolitrů 25% roztoku glutaraldehydu. Z této homogenní suspenze se 20 mlkrolitrů rozptýlí na povrchu membrány ve stejnoměrné vrstvě. Pak se membrána nechá sušit po dobu 20 minut, a poté se odstraní opráním destilovanou vodou nezakotvený enzym ,a zbytek glutaraldehydu. Tímto způsobem připravená membrána, obsahující glukózooxidázu v zakotvené formě, je ve stavu schopném pro uchování nebo pro provedení měření.The glucose-selective electrode is manufactured as follows. A portion of commercially available salted pig intestine is soaked for 10 to 15 minutes in distilled water. The swollen membrane is attached together with a 15-μm-thick membrane (e.g., a polypropylene membrane) that is gas-permeable, in a stretched state to the edge of the sensor body. The membrane is dried for 20 minutes. Then 60 mg of glucose oxidase (E.C. 1.1.3.4.) is suspended in 0.5 ml of a buffer solution at pH 7.4 and 25 microliters of a 25% glutaraldehyde solution are added. 20 microliters of this homogeneous suspension are spread on the surface of the membrane in an even layer. The membrane is then allowed to dry for 20 minutes, and then the unbound enzyme and the remaining glutaraldehyde are removed by washing with distilled water. The membrane prepared in this way, containing glucose oxidase in the bound form, is in a state capable of being stored or used for measurement.
Po zhotovení aktivizované membrány se připraví platinová indikační elektroda, vložená do . nosiče známým způsobem. Povrch indikační elektrody se namočí na dobu 2 až 3 minut do roztoku kyseliny dusičné o koncentraci 6 molů/diji3, nakapaného na skleněnou desku. Kyselina dusičná se omyje destilovanou vodou. Po omytí se povrch indikační elektrody namočí do čerstvě připraveného 2% roztoku kyseliny askorbové po dobu 20 až 30 minut. Po namočení se kyselina askorbová odstraní z povrchu indikační elektrody omytím destilovanou vodou. Poté je indikační elektroda připravena k měření. (Smočení v kyselině dusičné a askorbové je nutno během měření opakovat každé 2 až 3 týdny.)After the activated membrane is made, a platinum indicator electrode is prepared, inserted into a support in a known manner. The surface of the indicator electrode is soaked for 2 to 3 minutes in a nitric acid solution with a concentration of 6 mol/diji 3 , dropped onto a glass plate. The nitric acid is washed off with distilled water. After washing, the surface of the indicator electrode is soaked in a freshly prepared 2% ascorbic acid solution for 20 to 30 minutes. After soaking, the ascorbic acid is removed from the surface of the indicator electrode by washing with distilled water. The indicator electrode is then ready for measurement. (Wetting in nitric and ascorbic acid must be repeated every 2 to 3 weeks during the measurement.)
Po přípravných operacích je sestaven podle obr. 1 senzor selektivní na glukózu a poté napojen na polarizující zdroj napětí a jednotku na měření síly proudu.After the preparatory operations, the glucose-selective sensor is assembled according to Fig. 1 and then connected to a polarizing voltage source and a current strength measurement unit.
Stanovení koncentrace glukózy ve vzorku je možno provést sestrojením kalibrační křivky nebo adiční technikou. V dalším je uvedena výhodná varianta adiční techniky, tzv. metoda vícenásobného přidávání vzorku.The determination of glucose concentration in a sample can be performed by constructing a calibration curve or by the addition technique. A preferred variant of the addition technique, the so-called multiple sample addition method, is presented below.
Bylo zjištěno, že mezi snímáním naměřené síly proudu (Aj) a koncentrací glukózy roztoku (c) existuje tato souvislost:It was found that the following relationship exists between the sensing of the measured current strength (Aj) and the glucose concentration of the solution (c):
Δ, = k-(ij kdeΔ, = k - ( ij where
V je maximální rychlost reakce,V is the maximum reaction rate,
K je Michaelisova konstanta reakce en-.K is the Michaelis constant of the en- reaction.
zym-substrát a k značí poměrový faktor.zym-substrate and k denotes the ratio factor.
Z hodnoty naměřené síly proudu ve dvou roztocích, obsahujících glukózu o známé koncentraci, je možno stanovit hodnoty V a K, závisející na daných okolnostech a na senzoru, na základě čehož je též možno stanovit koncentraci n-tého roztoku vzorku z ubývající síly proudu, jak uvedeno nížeFrom the measured current strength in two solutions containing glucose of known concentration, it is possible to determine the values of V and K, depending on the given circumstances and the sensor, on the basis of which it is also possible to determine the concentration of the nth sample solution from the decreasing current strength, as shown below
C, =. i„kC, =. i„k
JC,-, + K)2 JC,-, + K) 2
K + V (2).K + V (2).
Na základě rovnice (2) je koncentrace vzorku kde a, je objem n-tého vzorku aBased on equation (2), the sample concentration is where a, is the volume of the nth sample and
VA je objem vzorku a standardu dohromady.V A is the volume of the sample and standard together.
V případě krve a moče se provádí měření metodou vícenásobného přidávání vzorku způsobem, uvedeným níže.In the case of blood and urine, the measurement is performed using the multiple sample addition method as described below.
Do vytemperovaného článku o teplotě 370 Celsia se naměří 6,6 ml ústojného roztoku o hodnotě pH 7,4. Do roztoku se ponoří senzor. Z naměřené hodnoty síly proudu se urči po přidání 60 až 200 mikrolitrů roztoků obsahujících glukózu o koncentraci 2 x 10~2 molu/dm3 hodnoty V a K numericky nebo automaticky. Poté se naměří do ústojného roztoku známé objemy vzorků a určí se úbytek síly proudu. (V závislosti na předpokládaném obsahu glukózy zkoumaného vzorku krve se mění objem vzorku. V případě vzorků o koncentraci mezi 60 až 200 mg/100 mí by objem vzorku měl obnášet 100 mikrolitrů, v případě zředěnějšího vzorku 200 mikrolitrů, a u koncentrovaného vzorku 50 mikrolitrů. V případě vzorku moče o koncentraci 0 až 1 000 mg/100 ml je naměřený objem 25 mikrolitrů; u koncentrovanějších vzorků se provede desetinásobné zředění a ze zředěného vzorku se odměří 25 až 50 mikrolitrů.) Z naměřené hodnoty úbytku síly proudu se vypočte hledaná koncentrace — pomocí rovnice 2 — numericky nebo pomocí počítače.6.6 ml of buffer solution with pH 7.4 is measured into a temperature-controlled cell at 37 0 Celsius. The sensor is immersed in the solution. From the measured value of the current strength, after adding 60 to 200 microliters of solutions containing glucose with a concentration of 2 x 10~ 2 mol/dm 3 , the values of V and K are determined numerically or automatically. Then, known volumes of samples are measured into the buffer solution and the decrease in current strength is determined. (The sample volume varies depending on the expected glucose content of the blood sample being tested. For samples with a concentration between 60 and 200 mg/100 ml, the sample volume should be 100 microliters, for a more diluted sample 200 microliters, and for a concentrated sample 50 microliters. For a urine sample with a concentration of 0 to 1,000 mg/100 ml, the measured volume is 25 microliters; for more concentrated samples, a tenfold dilution is performed and 25 to 50 microliters are measured from the diluted sample.) From the measured value of the current strength decrease, the desired concentration is calculated — using equation 2 — numerically or using a computer.
.Hodnoty naměřené senzorem selektivním na glukózu jsou uvedeny pro některé vzorky v tab. I,.The values measured by the glucose-selective sensor are given for some samples in Table I,
Z tabulky I je patrno, že rozptyl hodnot měřených senzorem selektivním na glukózu je podstatně menší než rozptyl u známých metod, kde často přesáhne hodnotu 10 %.It is evident from Table I that the variance of the values measured by the glucose-selective sensor is significantly smaller than the variance of known methods, where it often exceeds 10%.
TABULKA ITABLE I
Střední hodnota Rozptyl naměřených údajů v °/o mg/100 mlMean value Variance of measured data in °/o mg/100 ml
180 ' 5180 ' 5
121 3121 3
33
Podle tohoto příkladu je možno též vyrobit jiné molekulárně selektivní senzory. V tabulce II jsou uvedeny některé další příklady. V prvním sloupci je uveden enzym zakotvený na přirozené membráně a spojený s blánou propustnou pro plyny. Ve třetím sloupci je uveden druh indikační elektrody.Other molecularly selective sensors can also be made according to this example. Some other examples are given in Table II. The first column shows the enzyme anchored to the natural membrane and connected to the gas permeable membrane. The third column shows the type of indicator electrode.
Stanovená komponenta Kyselina močová .Determined component Uric acid.
CholesterinCholesterol
L-aminokyselinaL-amino acid
D-aminokyselinaD-amino acid
D-galaktózaD-galactose
SulfitSulfite
Oxalát (šťavelan)Oxalate
Xantin o-difenol p-difenol-peroxid vodíkuXanthine o-diphenol p-diphenol hydrogen peroxide
LaktátyLactates
PyruvátyPyruvates
AlkoholAlcohol
L-FenylalaninL-Phenylalanine
2-oxokyselina2-oxoacid
OxalacetátOxaloacetate
AcetoacetátAcetoacetate
L-.válinL-valine
L-glutamátL-glutamate
L-ornitinL-ornithine
L-lysinL-lysine
PenicilínPenicillin
TABULKA II Zakotvený enzymTABLE II Anchored enzyme
UrikázaUricase
E.C.1.7.3.3.E.C.1.7.3.3.
Cholesterinoxidáza E.C.l.1.3.6.Cholesterinoxidase E.C.l.1.3.6.
Oxidáza L-aminokyseliny E.C.1.4.3.2.L-amino acid oxidase E.C.1.4.3.2.
Oxidáza D-aminokyseliny E.C.1.4.3.3. Galaktozooxidáza E.C.1.1.3.5.D-amino acid oxidase E.C.1.4.3.3. Galactose oxidase E.C.1.1.3.5.
SulfitooxiidázaSulfite oxidase
E.C.1.8.3.1.E.C.1.8.3.1.
OxalátoxidázaOxalate oxidase
E.C.1.2.3.4.E.C.1.2.3.4.
XantinoxidázaXanthine oxidase
E.C.1.2.3.2.E.C.1.2.3.2.
o-difenoloxidázao-diphenoloxidase
E.C.1.10.3.1.E.C.1.10.3.1.
KatalázaCatalase
E.C.1.11.1.6.E.C.1.11.1.6.
LaktázooxidázaLactase oxidase
E.C.1.1.3.2.E.C.1.1.3.2.
PyruvátooxidázaPyruvate oxidase
E.C.1.2.3.3.E.C.1.2.3.3.
AlkoholoxidázaAlcohol oxidase
E.C.1.1.3.1.3.E.C.1.1.3.1.3.
L-fenylalaninázaL-phenylalanine
E.C.1.14.3.1.E.C.1.14.3.1.
PyruvátdesoxidázaPyruvate deoxidase
E.C.4.1.1.1.E.C.4.1.1.1.
OxalacetátdekarboxylázaOxaloacetate decarboxylase
E.C.4.1.1.3.E.C.4.1.1.3.
AcetoacetátdekarboxylázaAcetoacetate decarboxylase
E.C.4.1.1.4.E.C.4.1.1.4.
ValindekarboxylázaValine decarboxylase
E.C.4.1.1.14.E.C.4.1.1.14.
GlutamátdekarboxylázaGlutamate decarboxylase
E.C.4.1.1.15.E.C.4.1.1.15.
OrnitindekarboxylázaOrnithine decarboxylase
E.C.4.1.1.17.E.C.4.1.1.17.
LysindekarboxylázaLysine decarboxylase
E.C.4.1.1.18.E.C.4.1.1.18.
— Laktamáza I. E.C.3.5.2.6.— Lactamase I. E.C.3.5.2.6.
Indikační elektroda PlatinaIndicator electrode Platinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
PlatinaPlatinum
Elektroda selektivní na .vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationty Elektroda 'selektivní na vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationty Elektroda selektivní na vodíkové kationtyHydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode Hydrogen cation-selective electrode
Příklad 2Example 2
Obr. 2 znázorňuje příkladné provedení senzoru selektivního na močovinu v částečném průřezu podle tohoto vynálezu. V tělese 1 senzoru se nachází roztok elektrolytu 2 obsahující chloridové anionty, do něhož jsou ponořeny indikační elektroda 4, selektivní na amoniové kationty, a stříbrná-stříbrochloridová referenční elektroda 5. Indikační elektroda 4 je upevněna na konci tělesa 1 senzoru uzávěrem, nepropustným pro· roztok elektrolytu, s kotoučovou těsnicí vrstvou 11. Indikační elektroda 4 je v dotyku s membránou 7 přirozené struktury, tvořenou částí stěny vzduchového měchýře ryby, která obsahuje ureázu (E.C.3.5.1.5. J, zakotvenou glutaraldehydem. Membrána přirozeného původu 7 je připevněna ke krytu 1 gumovým prstencem 8. Ve stěně 2 krytu 1 je uložena filtrační vrstva 12 (například keramická tyčinka), propustná pro roztok elektrolytu. Druhý konec krytu 1 je uzavřen uzavírací klapkou 9 z umělé hmoty. Indikační elektroda 4 a referenční elektroda 5 jsou spojeny kabelem 10 se vstupy elektronického měřiče napětí (voltmetru).Fig. 2 shows an exemplary embodiment of a urea-selective sensor in partial cross-section according to the present invention. In the sensor body 1 there is an electrolyte solution 2 containing chloride anions, into which an indicator electrode 4, selective for ammonium cations, and a silver-silver chloride reference electrode 5 are immersed. The indicator electrode 4 is fixed at the end of the sensor body 1 by a cap, impermeable to the electrolyte solution, with a disc-shaped sealing layer 11. The indicator electrode 4 is in contact with a membrane 7 of natural structure, formed by a part of the wall of the air bladder of a fish, which contains urease (E.C.3.5.1.5. J, anchored with glutaraldehyde. The membrane of natural origin 7 is attached to the cover 1 by a rubber ring 8. A filter layer 12 (for example, a ceramic rod), permeable to the electrolyte solution, is placed in the wall 2 of the cover 1. The other end of the cover 1 is closed by a closing flap 9 made of plastic. The indicator electrode 4 and the reference electrode 5 are connected by cable 10 to the inputs of an electronic voltage meter (voltmeter).
Uspořádání reaktivní vrstvy senzoru, selektivního na močovinu, na membráně přirozeného původu je provedeno stejně jak uvedeno v příkladu 1. Jediný rozdíl spočívá v tom, že v tomto případě je na povrchu membrány zakotvena ureáza (E.C.3.5.1:5.). Sestavení senzoru je provedeno^ tak, jak znázorněno na obr. 2. Koncentraci zkoumaného vzorku je možno stanovit známým způsobem, buď pomocí kalibrační křivky ems-koncentrace nebo pomocí adiční techniky.The arrangement of the reactive layer of the sensor, selective for urea, on the membrane of natural origin is carried out in the same way as in Example 1. The only difference is that in this case urease (E.C.3.5.1:5.) is anchored on the surface of the membrane. The sensor assembly is carried out as shown in Fig. 2. The concentration of the sample under investigation can be determined in a known manner, either by means of an ems-concentration calibration curve or by means of the addition technique.
Jiné molekulárně selektivní senzory mohou též být provedeny podle příkladu 2. V tabulce III je uvedeno několik dalších příkladů. V prvním sloupci tabulky je uveden druh molekuly, na nějž senzor selektivně reaguje, ve druhém sloupci je uváděn zakotvený enzym, a ve třetím sloupci selektivní indikační elektroda, kterou je nutno pro tento účel použít.Other molecularly selective sensors can also be made according to Example 2. Several other examples are given in Table III. The first column of the table lists the type of molecule to which the sensor selectively responds, the second column lists the anchored enzyme, and the third column lists the selective indicator electrode that must be used for this purpose.
TABULKA IIITABLE III
Stanovená komponentaSpecified component
Zakotvený enzymAnchored enzyme
Indikační elektrodaIndication electrode
L-dioxyfenylalaninL-dioxyphenylalanine
L-fenylalaninL-phenylalanine
D-aminokyselinaD-amino acid
D-serinD-serine
L-homoserinL-homoserine
L-treominL-threomine
L-histidinL-histidine
NitritNitrite
L-aminooxidázaL-aminooxidase
E.C.1.4.3.2.E.C.1.4.3.2.
L-aminooxidázaL-aminooxidase
E.C.1.4.3.2.E.C.1.4.3.2.
Oxidáza L-aininokyseliny E.C.1.4.3.2. D-s'erindehydratáza E.C.4.2.1.14.L-amino acid oxidase E.C.1.4.3.2. D-s'erine dehydratase E.C.4.2.1.14.
HomoserindehydratázaHomoserine dehydratase
E.C.4.2.1.15.E.C.4.2.1.15.
TreomindehydratázaThreomine dehydratase
E.C.4.2.1.16.E.C.4.2.1.16.
HistidázaHistidase
E.C.4.3.1.3.E.C.4.3.1.3.
NitritreduktázaNitrite reductase
E.C.1.6.6.4.E.C.1.6.6.4.
Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationty Elektroda selektivní na amoniové kationtyElectrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations Electrode selective for ammonium cations
Příklad 3Example 3
Uspořádání senzoru selektivního na arginin podle tohoto vynálezu je podle příkladného provedení v podstatě stejné jako uspořádání senzoru selektivního na močovinu, popsaného v příkladu 2. Uspořádání senzoru, uváděné v příkladu 3 se liší v tom, že na konci krycího tělesa 1 se nachází dvě na sebe navrstvené membrány 7 přirozeného původu, které jsou tam upevněny gumovým prstencem 8. Na membráně, položené na straně indikační elektrody, je nanesena ureáza, vázaná v zakotvené formě, zatímco na druhé, perforované membráně je vázána v zakotvené formě argináza. Senzor selektivní na arginin je tedy vybaven dvěma reaktivními vrstvami.The arrangement of the arginine-selective sensor according to the present invention is, according to the exemplary embodiment, essentially the same as the arrangement of the urea-selective sensor described in Example 2. The arrangement of the sensor presented in Example 3 differs in that at the end of the cover body 1 there are two superimposed membranes 7 of natural origin, which are fixed there by a rubber ring 8. Urease is applied to the membrane placed on the side of the indicator electrode, bound in anchored form, while arginase is bound in anchored form on the other, perforated membrane. The arginine-selective sensor is therefore equipped with two reactive layers.
Výroba senzoru selektivního na arginin se provádí podle tohoto vynálezu následovně. Nejdříve se vyrobí senzor selektivní na močovinu tak, jak popsáno v příkladu. 2. Poté se na přirozenou membránu, obsahující ureázu, položí další perforovaná membrána z ovčího střeva, na jejímž povrchu se vytvoří reaktivní vrstva obsahující argininázu (E.C.3.5.3.1.). Výroba reaktivní vrstvy se děje tak, jak popsáno v příkladu 1 s tím rozdílem, že v ústojném roztoku sé navíc. suspenduje 10 mg albuminu.The production of the arginine-selective sensor is carried out according to the present invention as follows. First, a urea-selective sensor is produced as described in Example 2. Then, on the natural membrane containing urease, another perforated membrane from sheep intestine is placed, on the surface of which a reactive layer containing argininase (E.C.3.5.3.1.) is formed. The production of the reactive layer is carried out as described in Example 1 with the difference that 10 mg of albumin is additionally suspended in the buffer solution.
Senzor selektivní na arginin může být vyroben též tak, že pro uspořádání senzoru je třeba jen jedné membrány 7 přirozeného původu, na jejímž povrchu jsou zakotveny dva druhy enzymů, argináza a ureáza v statisticky homogenním rozložení. Při tomto provedení jsou další uspořádání a výroba senzoru stejné jako v předchozím případě.The arginine-selective sensor can also be manufactured in such a way that only one membrane 7 of natural origin is needed for the sensor arrangement, on the surface of which two types of enzymes, arginase and urease, are anchored in a statistically homogeneous distribution. In this embodiment, the further arrangement and manufacture of the sensor are the same as in the previous case.
Funkce senzoru spočívá na dvoustupňové reakci:The sensor function is based on a two-stage reaction:
L-Arginin + H2O Močovina + H2OL-Arginine + H2O Urea + H2O
Argináza E.C.3.5.3.1. Ureáza E.C.3.5.1.5.Arginase E.C.3.5.3.1. Urease E.C.3.5.1.5.
··> Koncentraci argininď zkoumaného vzorku je možno stanovit známým způsobem, a to ''pomocí kalibrační křivky nebo použitím adiční techniky.The arginine concentration of the sample under investigation can be determined in a known manner, namely by means of a calibration curve or by using the addition technique.
O dalších molekulárně selektivních senzorech, které je možno vyrobit podobným způsobem jak uvědeno v příkladu 3, tj. se dvěma reaktivními vrstvami nebo s jednou reaktivní vrstvou, obsahující dva druhy enzymů rozložené statisticky homogenně, podává tabulka IV.Other molecularly selective sensors that can be produced in a similar manner as described in Example 3, i.e. with two reactive layers or with one reactive layer containing two types of enzymes distributed statistically homogeneously, are given in Table IV.
L-Ornitin + močovina Kysl. uhličitý + amoniak CO2 NHsL-Ornithine + Urea Acid. carbon + ammonia CO2 NHs
V prvním sloupci je uvedena molekula, stanovitelná senzorem, ve druhém sloupci je uveden enzymatický katalyzátor, zakotvený na vnější membráně přirozeného původu. Ve třetím sloupci jsou uvedeny enzymatické katalyzátory umístěné blíže indikační elektrody, tj. na vnitřní membráně. Ve čtvrtém sloupci jsou uvedeny dosahy indikačních elektrod.The first column lists the molecule detectable by the sensor, the second column lists the enzymatic catalyst anchored on the outer membrane of natural origin. The third column lists the enzymatic catalysts located closer to the indicator electrode, i.e. on the inner membrane. The fourth column lists the ranges of the indicator electrodes.
. TABULKA IV £5_tanpýpvaiiá . Druh enzymu , zakotveného na povrchu membrány komponenta. \ první druhý Indikační elektroda.TABLE IV £5_tanpýpvaiiá . Type of enzyme anchored on the membrane surface component. \ first second Indication electrode.
Iňbsin -Uridinnukleozidáza Xantinooxidáza PlatinaIňbsin -Uridine nucleosidase Xanthine oxidase Platinum
Příklad 4 v příkladě 4 sé popisuje příkladné provedenía výroba bifunkčních molekulárně selektivních senzorů vyráběných podle tohoto .Vynálezu.Example 4 In Example 4, an exemplary embodiment and fabrication of bifunctional molecularly selective sensors fabricated according to the present invention is described.
- V krycím· tělese 1 se nachází tlumicí rozťůk 2, obsahující chloridové anionty, do ilějž jsoú ponořeny dvě platinové indikační elektrody, které jsou . jednotlivě vestavěny Vždy v jednom nosiči 3. S povrchy indikačních elektrod 4 je ve styku polypropylenová-blána 6 propustná pro plyny, upevněná /tta bťvóřu krycího tělesa 1. Povrch blány 6 je pokryt kouskem kůže, membránou přihozeného původu. Na části povrchu membrány 7 přirozeného1 původu, která je ve styku s jednou z indikačních elektrod 4,- In the cover body 1 there is a buffer solution 2 containing chloride anions, into which two platinum indicator electrodes are immersed, which are individually built in each case in one carrier 3. In contact with the surfaces of the indicator electrodes 4 is a polypropylene membrane 6 permeable to gases, fixed to the inside of the cover body 1. The surface of the membrane 6 is covered with a piece of leather, a membrane of natural origin. On the part of the surface of the membrane 7 of natural origin, which is in contact with one of the indicator electrodes 4,
nebo na stejné části povrchu membrány na protilehlé straně je vázána zakotvením oxidázy D-aminokysellny a na druhé části povrchu membrány, která je ve styku š druhou indikační elektrodou, nebo na stejné části povrchu membrány na protilehlé straně je vázána zakotvením oxidáza L-aminokyseliný. 'or on the same part of the membrane surface on the opposite side is bound by anchoring D-amino acid oxidase and on the other part of the membrane surface which is in contact with the second indicator electrode, or on the same part of the membrane surface on the opposite side is bound by anchoring L-amino acid oxidase.
Další podrobnosti uspořádání bifunkčního molekulárně selektivního senzoru jsou stejné jako uspořádání senzoru uvedené v příkladu 1.Other details of the bifunctional molecularly selective sensor arrangement are the same as the sensor arrangement shown in Example 1.
Výroba reaktivních vrstpv, obsahujících oxídázu aminokyseliny se provádí následovně. Na polypropylenovou blánu, propustnou pro plyny, se napne mokrá kožní membrána. Poté se nechá 30 minut sušit při tep241022The production of reactive layers containing amino acid oxidase is carried out as follows. A wet skin membrane is stretched onto a gas-permeable polypropylene membrane. It is then allowed to dry for 30 minutes at a temperature of 241022
Iotě okolí. Pak se na část jejího povrchu rozdělí 10 mikrolitrů fosfátového ústojného roztoku o pH hodnotě 8,3, ve kterém každý 0,1 ml obsahuje v suspendované formě 5 mg oxidázy D-aminokyseliny (E.C.1.4.3:3 Sygma, krystalické), a poté se ještě přidá 10 mikrolitrů 25% roztoku glutaraldehydu. Potom se .na jinou část povrchu membrány rozdělí 10 mikrolitrů fosfátového ústojného roztoku o hodnotě pH 6,5, z něhož každý 0,1 ml obsahuje v suspendované formě 10 mg oxidázy L-áminiokyseliny (E.C.1.4.3.2. Sygma IV], a později se ještě přidá 10 mikrolitrů 25% roztoku glutaraldehydu.Then, 10 microliters of a phosphate buffer solution with a pH of 8.3, each 0.1 ml of which contains 5 mg of D-amino acid oxidase (E.C.1.4.3:3 Sygma, crystalline) in suspended form, are distributed over a portion of its surface, and then 10 microliters of a 25% glutaraldehyde solution are added. Then, 10 microliters of a phosphate buffer solution with a pH of 6.5, each 0.1 ml of which contains 10 mg of L-amino acid oxidase (E.C.1.4.3.2. Sygma IV] in suspended form, are distributed over another portion of the membrane surface, and then 10 microliters of a 25% glutaraldehyde solution are added.
Další kroky postupu výroby jsou stejné jak popsáno v příkladu 1. Pomocí bifunkčního molekulárně selektivního senzoru je možné paralelní selektivní stanovení D a L Izomerů aminokyselin. Měření se provádí tak, že selektivní senzor je kalibrován nejprve roztokem L-formy a teprve potom roztokem D-formy stanovované aminokyseliny (například fenylalaninu). Při provádění kalibrace je senzor vpraven do míchaného fosfátového ústojného roztoku (pH 8) ve standardním roztoku míchaném konstantní rychlostí o stejné hodnotě pH, a měří se změna intenzity proudu (Aj) vzniklá účinkem —0,6 V polarizačního napětí. Jestliže interpretujeme hodnoty Aj jako funkci koncentrace standardních roztoků, je možno zhotovit kalibrační křivky a s jejich pomocí po měření As stanovit poměr optických izomerů různých aminokyselin.The further steps of the production process are the same as described in Example 1. Using a bifunctional molecularly selective sensor, parallel selective determination of D and L isomers of amino acids is possible. The measurement is carried out in such a way that the selective sensor is calibrated first with a solution of the L-form and only then with a solution of the D-form of the determined amino acid (for example, phenylalanine). During calibration, the sensor is placed in a stirred phosphate buffer solution (pH 8) in a standard solution stirred at a constant speed with the same pH value, and the change in current intensity (Aj) resulting from the effect of a -0.6 V polarization voltage is measured. If we interpret the values of Aj as a function of the concentration of the standard solutions, it is possible to make calibration curves and with their help, after measuring A s, determine the ratio of optical isomers of different amino acids.
Použití komplexního senzoru zhotoveného podle uvedeného příkladu je mimořádně výhodné při zkoumání účinnosti resolvačních procesů.The use of a complex sensor made according to the above example is extremely advantageous in investigating the efficiency of resolution processes.
K stanovení poměru izomerů je možno též dobře použít adiční techniky popsané v příkladu 1. Podle příkladu 4 je možno zhotovit další, výhodně použitelné bifunkční molekulárně selektivní senzory podle tohoto vynálezu. O tom podává přehled tabulka V.The addition techniques described in Example 1 can also be used to determine the ratio of isomers. Further, advantageously usable bifunctional molecularly selective sensors according to the present invention can be prepared according to Example 4. This is summarized in Table V.
Ve druhém sloupci tabulky jsou uvedeny názvy enzymů zakotvených na jedné části povrchu, a ve čtvrtém sloupci názvy enzymů zakotvených na druhé části povrchu.The second column of the table lists the names of enzymes anchored on one part of the surface, and the fourth column lists the names of enzymes anchored on the other part of the surface.
TABULKA VTABLE V
Stanovovaná Enzym zakotvený na komponenta druhé části membrányDetermined Enzyme anchored to the component of the second part of the membrane
Příklad 5Example 5
V příkladě 5 je popsáno příkladné uspořádání a výroba multifunkčního molekulárně selektivního senzoru podle tohoto vynálezu, vhodného pro paralelní stanovení různých aminokyselin.Example 5 describes an exemplary arrangement and production of a multifunctional molecularly selective sensor according to the present invention, suitable for parallel determination of various amino acids.
Uspořádání multifunkčního senzoru je podobné bifunkčnímu senzoru popsanému v příkladě 1. Rozdíl spočívá v tom, že neob. sáhuje blánu 6 propustnou pro plyny, a kromě toho v tom, že v roztoku elektrolytu 2, umístěném v krycím tělese 1, jsou ponořeny tři skleněné elektrody selektivní na vodíkové kationty, které jsou ve styku s membránou 7 přirozeného původu, na níž jsou ná třech dobře oddělených částech povrchu provedeny tři různé reaktivní vrstvy, v nichžThe arrangement of the multifunctional sensor is similar to the bifunctional sensor described in Example 1. The difference lies in the fact that it does not contain a membrane 6 permeable to gases, and in addition, in the electrolyte solution 2, located in the cover body 1, three glass electrodes selective for hydrogen cations are immersed, which are in contact with a membrane 7 of natural origin, on which three different reactive layers are made on three well-separated parts of the surface, in which
ní aminodekarboxylázy (L-lysindekarboxyláza, L-tyrozindekarboxyláza, L-fenylaÍanindekarboxyláza). Reaktivní vrstvy se zhotovují v souladu s popisem v příkladu 1.amino decarboxylases (L-lysine decarboxylase, L-tyrosine decarboxylase, L-phenylalanine decarboxylase). The reactive layers are prepared in accordance with the description in Example 1.
Pomocí molekulárně selektivního senzoru, zhotoveného v příkladném provedení je možno selektivně stanovit obsali L-tyrozinu, L-lysinu a fenylalaninu ve vzorcích, obsahujících aminokyseliny. Stanovení je možno provést pomocí tří kalibračních křivek potenciálu a koncentrace, odpovídajících třem uvedeným aminokyselinám.The molecularly selective sensor, made in the exemplary embodiment, can be used to selectively determine the contents of L-tyrosine, L-lysine and phenylalanine in samples containing amino acids. The determination can be performed using three calibration curves of potential and concentration corresponding to the three amino acids.
Je možno zhotovit i další podobné varianty podle příkladně popsaného multifunkčního molekulárně selektivního senzoru. Jednotlivé části reaktivní vrstvy obsahují v za241022 kotvené formě tyto enzymy: L-arginindekarboxylázu, L-glutamindekarboxylázu, dekarboxylázu kyseliny L-glutaminové, L-histidindekarboxylázu, ureázu.It is possible to make other similar variants according to the multifunctional molecularly selective sensor described as an example. Individual parts of the reactive layer contain the following enzymes in anchored form: L-arginine decarboxylase, L-glutamine decarboxylase, L-glutamic acid decarboxylase, L-histidine decarboxylase, urease.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS794835A CS241022B2 (en) | 1979-07-11 | 1979-07-11 | Molecularly selective sensor and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS794835A CS241022B2 (en) | 1979-07-11 | 1979-07-11 | Molecularly selective sensor and method of its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS483579A2 CS483579A2 (en) | 1985-06-13 |
| CS241022B2 true CS241022B2 (en) | 1986-03-13 |
Family
ID=5391994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS794835A CS241022B2 (en) | 1979-07-11 | 1979-07-11 | Molecularly selective sensor and method of its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS241022B2 (en) |
-
1979
- 1979-07-11 CS CS794835A patent/CS241022B2/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS483579A2 (en) | 1985-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4375399A (en) | Molecule selective sensor for industrial use and procedure for its preparation | |
| US4897173A (en) | Biosensor and method for making the same | |
| US5250419A (en) | Method for the direct measurement of at least one chemical parameter of skin using a biosensor | |
| EP0080601A1 (en) | Enzyme electrode membrane, method of making same and polarographic cell structure | |
| EP0079502A1 (en) | Multilayer enzyme electrode membrane, method of making same and polarographic cell structure | |
| Morelis et al. | Sensitive biosensor for choline and acetylcholine involving fast immobilization of a bienzyme system on a disposable membrane | |
| Jobst et al. | Thin-film Clark-type oxygen sensor based on novel polymer membrane systems for in vivo and biosensor applications | |
| JPS5921500B2 (en) | Enzyme membrane for oxygen electrode | |
| EP3947711B1 (en) | Room temperature stabilised urea biosensors | |
| Guilbault | [41] Enzyme electrodes and solid surface fluorescence methods | |
| Kauffmann et al. | Enzyme electrode biosensors: theory and applications | |
| US4354913A (en) | Molecule selective enzyme electrode | |
| Campanella et al. | Suitable potentiometric enzyme sensors for urea and creatinine | |
| Compagnone et al. | Amperometric glutathione electrodes | |
| Santoni et al. | Enzyme electrode for glucose determination in whole blood | |
| Lubrano et al. | Amperometric alcohol electrode with extended linearity and reduced interferences | |
| US20010051109A1 (en) | Enzymatic analysis system | |
| Campanella et al. | Enzyme-entrapping membranes for enzyme sensors | |
| CS241022B2 (en) | Molecularly selective sensor and method of its production | |
| Demirkiran et al. | Immobilization of glucose oxidase in silica sol-gel film for application to biosensor and amperometric determination of glucose | |
| CA1215660A (en) | Enzyme electrode membrane wherein enzyme is protectively encapsulated | |
| Dawgul et al. | EnFET for urea determination in biological fluids using ammonium ion detection | |
| Yoda | [5] Multienzyme membrane electrodes | |
| Yao et al. | Microdialysis fiber electrodes for glucose with soluble and immobilized glucose oxidase | |
| Tamiya et al. | Micro-biosensors for Clinical and Food Analyses |