CS273361B1 - Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments - Google Patents

Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments Download PDF

Info

Publication number
CS273361B1
CS273361B1 CS435588A CS435588A CS273361B1 CS 273361 B1 CS273361 B1 CS 273361B1 CS 435588 A CS435588 A CS 435588A CS 435588 A CS435588 A CS 435588A CS 273361 B1 CS273361 B1 CS 273361B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
weight
enzyme
mixture
polyethylene
polyethylene foil
Prior art date
Application number
CS435588A
Other languages
English (en)
Other versions
CS435588A1 (en
Inventor
Miroslav Doc Ing Csc Marek
Eva Ing Vrbova
Jiri Dusek
Budimir Doc Ing Csc Veruovic
Vladimir Prof Ing Csc Kubanek
Radko Ing Csc Volf
Bohuslav Doc Ing Csc Dolezal
Original Assignee
Marek Miroslav
Vrbova Eva
Jiri Dusek
Veruovic Budimir
Kubanek Vladimir
Volf Radko
Dolezal Bohuslav
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marek Miroslav, Vrbova Eva, Jiri Dusek, Veruovic Budimir, Kubanek Vladimir, Volf Radko, Dolezal Bohuslav filed Critical Marek Miroslav
Priority to CS435588A priority Critical patent/CS273361B1/cs
Publication of CS435588A1 publication Critical patent/CS435588A1/cs
Publication of CS273361B1 publication Critical patent/CS273361B1/cs

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

Vynález se týká způsobu přípravy biosenzorů na bázi imobilizováných enzymů, buněk a jejich fragmentů.
Využití enzymů a celých biochemických systémů v aqalytícké chemii přináší výrazný pokrok daný neobyčejně vhodnými vlastnostmi enzymů pro tuto aplikační sféru. Jedná se především o vysokou substrátovou a účinkovou specifiku, stereospecifitu, mírné reakční podmínky a značnou rychlost enzymových reakcí. Na základě těchto vlastností je při enzymové katalýze snížena na mininum možnost ovlivnění výsledku analýz tvorbou vedlejších produktů reakce, popřípadě reakcemi jiných složek analyzované směsi látek. Proto je možno pomocí enzymové katalýzy stanovit určitou substanci v bohaté směsi ostatních látek bez její předchozí izolace nebo zdlouhavé úpravy vzorku před vlastní analýzou.
Průběh enzymové reakce je možno sledovat bu3 následnými chemickými reakcemi, například vzniklých reakčnich produktů, nebo s výhodou fyzikálními nebo fyzikálně chemickými metodami. Vedle velmi často používané spektrofotometrie má velký význam spojení enzymové reakce s elektrochemickými čidly detegujícími substráty, produkty nebo jiné látky ovlivňující průběh enzymové reakce. Z enzymových reakcí je možno elektrochemicky sledovat takové, pří kterých dochází ke změnám koncentrací kyslíku, peroxidu vodíku, oxidu uhličitého, NAD/P/H, H+, NH4 +, popřípadě dalších iontů, například CN~ a podobně. Největší možnosti jsou tedy při elektrochemickém sledování průběhu reakcí katalyzovaných oxidoreduktasami, hydrolasami, lyasami a ligasami.
Použití volných enzymů naráží v některých případech na technické nebo ekonomické problémy jejich získávání, obtížnou regeneraci z reakční směsi, poměrně malou stabilitu volných enzymů atd. Z těchto důvodů je velmi atraktivní imobilízace enzymů a následná fixace v blízkosti elektrochemického čidla, čímž se získá biosenzor opakovaně použitelný při stovkách analýz bez jakékoliv spotřeby chemikálií (v některých případech pouze pufru). Velkou výhodou těchto biosenzorů je rychlost, přesnost a reprodukovatelnost stanovení ve spojení s vysokou specifičností analýz a dále možnost stanovení látek v barevných, kalných nebo fluoreskujících vzorcích, kde jsou jiné způsoby detekce obtížné. Tyto skutečnosti umožňují využití biosenzorů v nejrůznějších oblastech chemie, chemické technologie, farmaceutického a potravinářského průmyslu, v moderních biotechnologiích, v klinické biochemii a v oblasti ochrany životního prostředí.
Analytická využitelnost biosenzorů je podstatně ovlivněna jejich stabilitou. Mezi hlavní faktory, které ovlivňují stabilitu biosenzorů, patří způsob imobilízace, množství navázaného enzymu, čistota enzymu, podmínky enzymové reakce a stabilita elektrochemického čidla. Z uvedených faktorů je způsob imobilízace nejsnáze ovlivnitelným faktorem, kterému je věnována náležitá pozornost.
Pro přípravu biosenzorů byla využita celá řada postupů imobilízace enzymů vypracovaná v souvislosti s přípravou heterogenních biokatalyzátorů. Jako klasické může být považováno Guilbaultovo rozdělení metod přípravy enzymových elektrod:
1. Použitím rozpustného enzymu, který se oddělí v blízkosti elektrochemického čidla od okolního prostředí semipermeabilní membránou (tzv. pseudoímobilizace).
2. Enzym se zachytí ve struktuře gelu na povrchu senzoru.
3. Enzym je některou z imobilizačníčh technik vázán na přirozené nebo synthetické membrá ny.
CS 273361 Bl
4. Enzym je sorbován na povrchu membrány a potom zesítěn bifunkěními činidly (například glutaraldehydem).
Nejčastěji se imobilizace provádí zachycením ve struktuře gelu at již přírodního (želatiny, alginátů, carrageenanů a podobně) nebo synthetického (polyakrylamidového gelu). Imobilizace enzymu na membrány se nejčastěji provádí pomocí síťujících činidel, především glutaraldehydu, za přídavku hovězího sérového albuminu nebo jiné bílkoviny nebo 1,8-diamino-4-aminomethyloktanu a podobně. Při imobilizaci enzymu na kolagenovou membránu bylo využito také její aktivace v sekvenci přípravy esterů, hydrazidů a azidů karboxylových kyselin. Enzymová elektroda byla také připravena imobilizaci enzymu na polyakrylátovou kyselinu modifikovanou p-nitroanilinem s následnou redukcí nitroskupiny chloridem titanitým a diazotací vytvořeného aromatického aminu.
Současné biosenzory připravované zabudováním enzymu do syntetických nebo přírodních gelů jsou mechanicky málo pevné. Stabilita takovéhoto čidla je potom poměrně nízká.
Způsob přípravy biosenzorů na bázi zmobilizovaných enzymů, buněk a jejich fragmentů podle vynálezu spočívá v zabudování enzymově aktivního materiálu do polymerní matrice, vytvořené z makromerů na bázi epoxidové pryskyřice dlaňového typu o molekulové hmotnosti 301 až 2 500 a makromerů na bázi <=< , Gr -diaminopolyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 208 až 4 000, obsahující 28 až 65 hmot. % epoxidové složky a 70 až 30 hmot. % diaminopolyethylenoxidové složky. Imobilizovaný systém, respektive polymerní matrice obsahuje 0,1 až 15 hmot. % biologického materiálu. Imobilizace podle vynálezu se provádí mícháním směsi epoxidové a diaminůpolyethylenoxidové složky v molárním poměru 1 : 0,2 až 2 po dobu 0,5 až 6 h při teplotě 35 až 120 °C. Do reakčního produktu se po ochlazení na teplotu 25 až 35 °C homogenně zamíchá enyzymově aktivní biologický materiál a vytvořená směs se nanese na podložní desku potaženou polyethylenovou fólií, po jejíž stranách jsou připevněny proužky z polyethylenové fólie o síle 10 až 40 um vymezující tlouštku připravované membrány. Vrstva směsi polymeru se přikryje deskou potaženou polyethylenovou fólií a potom se zatíží závažím o hmotnosti 2 až 5 kg. Takto upravený preparát se ponechá při teplotě 30 až 35 °C po dobu 24 až 4 h. Při tomto stání proběhne sítovací reakce za vzniku nerozpustného polymerního systému, ve kterém je zabudován enzymově aktivní biomateriál. Z takto vytvořené membrány se sejmou desky včetně polyethylenových fólií. Fixací membrány se zabudovaným enzymově aktivním materiálem na povrch elektrochemického čidla se připraví vlastní biosenzor.
Výhodou způsobu přípravy biosenzorů na bázi imobilizovaných enzymů, buněk a jejich fragmentů podle vynálezu je jednoduchost provedení, vysoká stabilita připraveného biosenzoru, dostatečně rychlá odezva a šíře lineární odezvy biosenzorů na koncentraci přidaného substrátu.
Vynález je dokumentován příklady použití, aniž by se jimi omezoval.
Příklad 1
Směs epoxidové pryskyřice dianového typu o molekulové hmotnosti 301 a makromerů na bázi d , tu* -diaminopolyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 4 000 v molárním poměru 1 ku 0,2 se míchá 0,5 h .při 120 °C. Po ochlazení na 35 °C se do reakčního produktu homogenně zamíchá 15 % hmot. glukosaoxidasy v 0,1 M fosfátovém pufru pH 6,8 a vytvořená směs se nanese na podložní desku potaženou polyethylenovou fólií, po jejíž stranách jsou připevněny proužky z polyethylenové fólie o síle 10 um. Vrstva směsi polymeru se přikryje
CS 273361 Bl deskou potaženou polyethylenovou fólií a potom se zatíží závažím o hmotnosti 5 kg. Po 4 h stání při 35 °C se z vytvořené membrány sejmou desky včetně polyethylenových fólií. Fixací membrány se zabudovanou glukosaoxidasou na povrch kyslíkového článku se připraví biosenzor na stanovení glukosy s lineární odezvou v rozsahu koncentrací 10~^ až 105 mol .dm-\
Příklad 2
Směs epoxidové pryskyřice dianového typu o molekulové hmotnosti 2 500 a makromeru na bázi eójW - diaminopolyethylenxoxidu o molekulové hmotnos.ti 208 v molárním poměru 1 ku 2 se míchá 6 h při 35 °C. Po ochlazení na 25 °C se do reakčního produktu homogenně zamíchá 0,1 % hmot. buněčných stěn kvasinek Saccharomyces cerevisiae vykazujících invertasovou aktivitu a 10 Jí hmot. směsi glukosaoxidasy, katalasy a mutarotasy v 0,1 M fosfátovém pufru pH 6,8. Vytvořená směs se nanese na podložní desku potaženou polyethylenovou fólií, po jejíž stranách jsou připevněny proužky z polyethylenové fólie o síle 40 um. Vrstva směsi polymerů se přikryje deskou potaženou polyethylenovou fólií a potom se zatíží závažím o hmotnosti 2 kg. Po 24 h stání při 30 °C se z vytvořené membrány sejmou desky včetně polyethylenových fólií. Fixací vytvořené membrány se zabudovaným enzymovým systémem na povrch kyslíkového čidla se připraví biosenzor na stanovení sacharosy s lineární odezvou v
-5 -2 -3 rozsahu koncentrací 5.10 až 10 mol.dm .
Příklad 3
Směs epoxidové pryskyřice dianového typu o molekulové hmotnosti 1 500 a makromeru na bázi oL, VA -diaminopolyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 2 000 v molárním poměru 1 ku 1 se míchá 3 h při 65 °C. PO ochlazení na 25 °C se do reakčního produktu homogenně zamíchá 5 Jí hmot. biomasy kvasinek Kluyveromyces lactis vykazujících 4-galaktosidasovou aktivitu a 10 Jí hmot. směsi glukosaoxidasy a katalasy v 0,1 M fosfátovém pufru pH 6,8.
Dalším postupem uvedeným v příkladu 1 a 2 se připraví biosenzor na stanovení laktosy s -4 -2 -3 lineární odezvou v rozsahu koncentrací 10 až 10 mol.dm .

Claims (1)

  1. Způsob přípravy biosenzorů na bázi imobilizovaných enzymů, buněk a jejich fragmentů, vyznačující se tím, že se do polymerní matrice vytvořené po 0,5 až 6 h míchání při teplotě 35 až 120 -°C směsi makromerů na bázi epoxidové pryskyřice dianového typu o molekulové hmotnosti 301 až 2 500 a oí , Ur -diaminopolyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 208 až 4 000 v molárním poměru 1 ku 0,2 až 2, obsahující 28 až 65 Jí hmot. epoxidové složky a 70 až 30 Jí hmot. diaminopolyethylenové složky, po ochlazení na 25 až 35 °C homogenně zamíchá 0,1 až 15 Jí hmot. enzymově aktivního biologického materiálu a vytvořená směs se nanese na podložní desku potaženou polyethylenovou fólií, po jejíž stranách jsou připevněny proužky z polyethylenové fólie o síle 10 až 40 um a vrstva směsi polymerů obsahující enzymově aktivní materiál se přikryje deskou potaženou polyethylenovou fólií, zatíží se závažím o hmotnosti 2 až 5 kg a nechá se při 30 až 35 °C po dobu 24 až 4 h, potom se po sejmutí desek včetně polyethylenových fólií, připraví vlastní biosenzor fixací vytvořené membrány na povrch elektrochemického čidla.
CS435588A 1988-06-21 1988-06-21 Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments CS273361B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS435588A CS273361B1 (en) 1988-06-21 1988-06-21 Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS435588A CS273361B1 (en) 1988-06-21 1988-06-21 Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS435588A1 CS435588A1 (en) 1990-07-12
CS273361B1 true CS273361B1 (en) 1991-03-12

Family

ID=5386109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS435588A CS273361B1 (en) 1988-06-21 1988-06-21 Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS273361B1 (cs)

Also Published As

Publication number Publication date
CS435588A1 (en) 1990-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4240889A (en) Enzyme electrode provided with immobilized enzyme membrane
Zhang et al. Development and analytical application of an uric acid biosensor using an uricase-immobilized eggshell membrane
EP0944731B1 (en) Enzyme sensor
EP0856064B1 (en) Soybean peroxidase electrochemical sensor
Schneider et al. Hydrogel matrix for three enzyme entrapment in creatine/creatinine amperometric biosensing
US20100028923A1 (en) Cross-reactive sensors
Mascini et al. Clinical uses of enzyme electrode probes
Tsuchida et al. Immobilization of D-glucose oxidase onto a hydrogen peroxide permselective membrane and application for an enzyme electrode
JP2002543396A (ja) 化学毒素用バイオセンサとしての固定化酵素
Kovach et al. Development and application of a histidine-selective biomembrane electrode
Guilbault [2] Enzyme electrode probes
Kauffmann et al. Enzyme electrode biosensors: theory and applications
EP0351950A2 (en) Use of plasma to immobilize protein on polymeric surfaces
Guilbault et al. Preparation and analytical uses of immobilized enzymes
Guilbault Analytical uses of immobilized enzymes
Chauhan et al. Covalent immobilization of uricase inside a plastic vial for uric acid determination in serum and urine
CS273361B1 (en) Method of biosensors preparation on base of immobilized enzymes,cells and their fragments
US5190872A (en) Immobilized alcohol utidase for use in an alcohol measuring apparatus
Guilbault et al. Enzymic methods of analysis
JP2648361B2 (ja) 選択透過膜およびそれを用いる電極
Male et al. Novel FIA amperometric biosensor system for the determination of glutamine in cell culture systems
Matsumoto et al. A novel method for the assay of α-glucosidase inhibitory activity using a multi-channel oxygen sensor
JP2651019B2 (ja) 選択透過膜,それを用いる電極及び酵素電極
CS254645B1 (cs) Způsob přípravy enzymové, resp. hybridní elektrody
Yoda [5] Multienzyme membrane electrodes