CZ33021U1 - Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination - Google Patents
Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33021U1 CZ33021U1 CZ2019-36206U CZ201936206U CZ33021U1 CZ 33021 U1 CZ33021 U1 CZ 33021U1 CZ 201936206 U CZ201936206 U CZ 201936206U CZ 33021 U1 CZ33021 U1 CZ 33021U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrochemical cell
- working electrode
- cell according
- bdncd
- layer
- Prior art date
Links
- 238000011109 contamination Methods 0.000 title claims description 11
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 title claims description 11
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 title claims description 11
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 title claims description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 34
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 9
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 2
- QMMOXUPEWRXHJS-UHFFFAOYSA-N pent-2-ene Chemical group CCC=CC QMMOXUPEWRXHJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 claims 2
- 229920000295 expanded polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims 1
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 18
- 241001025319 Etheostoma collis Species 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- -1 3-trifluoroacetamidopropyl groups Chemical group 0.000 description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 7
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 125000000852 azido group Chemical group *N=[N+]=[N-] 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VVJKKWFAADXIJK-UHFFFAOYSA-N Allylamine Chemical compound NCC=C VVJKKWFAADXIJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108060003100 Magainin Proteins 0.000 description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 4
- OYZLQQBAUFGPML-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[bis[[1-(1-hydroxypropyl)triazol-4-yl]methyl]amino]methyl]triazol-1-yl]propan-1-ol Chemical compound N1=NN(C(O)CC)C=C1CN(CC=1N=NN(C=1)C(O)CC)CC1=CN(C(O)CC)N=N1 OYZLQQBAUFGPML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004856 Lectins Human genes 0.000 description 3
- 108090001090 Lectins Proteins 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-PQMKYFCFSA-N alpha-D-mannose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PQMKYFCFSA-N 0.000 description 3
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000006352 cycloaddition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002523 lectin Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- PPXUUPXQWDQNGO-UHFFFAOYSA-N 2-azidoacetic acid Chemical compound OC(=O)CN=[N+]=[N-] PPXUUPXQWDQNGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- MLBYLEUJXUBIJJ-UHFFFAOYSA-N pent-4-ynoic acid Chemical group OC(=O)CCC#C MLBYLEUJXUBIJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009870 specific binding Effects 0.000 description 2
- HTFFMYRVHHNNBE-YFKPBYRVSA-N (2s)-2-amino-6-azidohexanoic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCCCN=[N+]=[N-] HTFFMYRVHHNNBE-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- FXOSSGVJGGNASE-UHFFFAOYSA-N 1-isothiocyanato-3,5-bis(trifluoromethyl)benzene Chemical compound FC(F)(F)C1=CC(N=C=S)=CC(C(F)(F)F)=C1 FXOSSGVJGGNASE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRKYWOKHZRQRJR-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroacetamide Chemical compound NC(=O)C(F)(F)F NRKYWOKHZRQRJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAKQFRKDDQCJKM-UHFFFAOYSA-N C(CCC#C)(=O)O.C(CCC#C)(=O)O Chemical compound C(CCC#C)(=O)O.C(CCC#C)(=O)O VAKQFRKDDQCJKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000193468 Clostridium perfringens Species 0.000 description 1
- 229920004943 Delrin® Polymers 0.000 description 1
- 206010012735 Diarrhoea Diseases 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006736 Huisgen cycloaddition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000232 Lipid Bilayer Substances 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000006181 N-acylation Effects 0.000 description 1
- 206010028813 Nausea Diseases 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 206010047700 Vomiting Diseases 0.000 description 1
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005917 acylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N azide group Chemical group [N-]=[N+]=[N-] IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001540 azides Chemical class 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- XESTYUYENKNHHR-UHFFFAOYSA-N bis(4-methoxyphenyl)-phenylmethanol Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1C(O)(C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=CC=C1 XESTYUYENKNHHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001332 colony forming effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010511 deprotection reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- 125000005980 hexynyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 1
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008693 nausea Effects 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000006152 selective media Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- 125000004044 trifluoroacetyl group Chemical group FC(C(=O)*)(F)F 0.000 description 1
- 125000005500 uronium group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008673 vomiting Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
- G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká konstrukce elektrochemické cely pro elektrochemické stanovení bakteriální kontaminace zdrojů pitné vody. Význakem technického řešení je použití vysoce citlivého impedimetrického biosenzoru založeného na borem dopované nanokrystalické diamantové (BDNCD) vrstvě modifikované senzorovými molekulami jako pracovní elektrody.The technical solution concerns the construction of an electrochemical cell for the electrochemical determination of bacterial contamination of drinking water sources. A feature of the invention is the use of a highly sensitive impedimetric biosensor based on a boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD) layer modified with sensor molecules as working electrodes.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Požadavky na kvalitu pitné vody, které jsou zahrnuty v požadavcích evropské směrnice pro pitnou vodu 98/83/ES, byly transponovány do zákona o ochraně veřejného zdraví č. 258/2000 Sb. A k tomuto zákonu se vztahující vyhlášky č. 252/2004 Sb., v platném znění. Mikrobiologické a biologické ukazatele se liší typem limitu určeným rizikovostí sledovaného ukazatele biologického činitele a dále pak samotným limitem, který může být 0 KTJ/100 ml u rizikových organismů, anebo nenulový u těch méně závažných, indikujících spíše celkové organické znečištění ve vodě. Mezi hlavní sledované ukazatele patří zjm. koliformní bakterie, intestinální enterokoky, Escherichia coli, Clostridium perfringens. V pitné vodě obsažené patogenní bakterie představují přetrvávající vážné zdravotní riziko mnohdy až s fatálními následky a s nemalým ekonomickým dopadem epidemických infekcí. Koliformní bakterie nejsou typickými indikátory fekálního znečištění (spíše indikují sekundární kontaminaci), za pravý a věrohodný ukazatel kontaminace splašky a indikátor fekálního znečištění (dle WHO od roku 1992) je právě Escherichia coli, což je termotolerantní koliformní bakterie, která se vyskytuje ve velkých počtech ve střevech lidí a zvířat. Voda kontaminovaná bakteriemi způsobuje zdravotní problémy, které se projevují nejčastěji jako nevolnost, průjem a zvracení.The drinking water quality requirements, which are included in the requirements of the European Drinking Water Directive 98/83 / EC, have been transposed into the Public Health Protection Act No. 258/2000 Coll. And this Decree-related Decree No. 252/2004 Coll., As amended. Microbiological and biological indicators differ in the type of limit determined by the risk factor of the biological agent and the limit itself, which may be 0 CFU / 100 ml for risk organisms, or non-zero for those less severe, indicating rather total organic pollution in water. The main monitored indicators include the coliform bacteria, intestinal enterococci, Escherichia coli, Clostridium perfringens. Pathogenic bacteria contained in drinking water present a persistent serious health risk, often with fatal consequences and with considerable economic impact of epidemic infections. Coliform bacteria are not typical indicators of faecal contamination (rather indicate secondary contamination), the true and plausible indicator of sewage contamination and faecal contamination indicator (according to WHO since 1992) is just Escherichia coli, a thermotolerant coliform bacterium that occurs in large numbers in intestines of humans and animals. Water contaminated with bacteria causes health problems that are most commonly manifested as nausea, diarrhea and vomiting.
Současný problém v detekci mikrobiální kontaminace v pitných vodách je hlavně vtom, že klasické mikrobiologické analýzy vzorků pitných vod jsou založeny na kultivacích. Kultivační postupy (standardní operační postupy) jsou uzpůsobeny tak, aby poskytly v co možná nejkratším časovém horizontu adekvátní výsledek. Kultivace, která spočívá v tom, že na základní, specifická anebo selektivní média se aplikuje patřičný objem vzorku vody. Tuhá média, nalitá na Petriho miskách, obsahující živiny, které daný mikroorganismus, pokud je ve vodě přítomný, využije pro svůj metabolismus, začne se množit a tzv. zviditelňovat na živném médiu v podobě KTJ neboli koloniích tvořících jednotky, a to až po určité době, v závislosti na metabolismu mikroorganismu (2 až 3 dny). V praxi, v případě úniku bakteriální kontaminace do pitné vody, může nastat velký problém vtom, že výsledek rozboru, tj. zjištění kontaminantu je velmi pozdě. Tato skutečnost iniciovala v posledních letech značné výzkumné úsilí zaměřené na hledání nových efektivních a zejména rychlých analytických postupů, a to včetně aplikace biosenzorů.The current problem in the detection of microbial contamination in drinking water is mainly that classical microbiological analyzes of drinking water samples are culture-based. The culture procedures (standard operating procedures) are adapted to give an adequate result in the shortest possible time horizon. A culture consisting in applying an appropriate volume of a water sample to the base, specific or selective media. Solid media, poured on petri dishes, containing nutrients that the microorganism, if present in the water, will use for its metabolism, will multiply and become visible on the nutrient medium in the form of KTJ, or colony forming units, after some time , depending on the metabolism of the microorganism (2 to 3 days). In practice, in the case of leakage of bacterial contamination into drinking water, there may be a major problem in that the result of the analysis, ie the detection of the contaminant, is very late. This has initiated considerable research efforts in recent years to find new efficient and especially rapid analytical procedures, including the application of biosensors.
Obecně se každý biosenzor se skládá z dvou základních komponent, a to z rozpoznávajícího elementu se specifickou vazebnou afinitou k cílovému analytu a z transduktoru, který převádí specifickou vazebnou událost ve fyzikálně měřitelnou veličinu. Rozpoznávací element mohou tvořit na povrch transduktoru ukotvené senzorové biomolekuly, jako jsou protilátky, peptidy, sacharidy a DNA oligonukleotidy. Z pohledu transduktoru lze biosenzory kategorizovat do několika základních skupin. V prvé řadě jsou to optické biosenzory, přičemž nejrozšířenější jsou senzory pracující na principu povrchové plasmonové rezonance. Piezoelektrické senzory jsou založeny na sledování změn rezonanční frekvence na křemenném krystalu a její transformace indukované hmotnostní změněnou na jeho povrchu v důsledku interakce s cílovým analytem. Další poměrně rozsáhlo skupinou jsou elekrochemické senzory, které monitorují změny elektrického pole způsobené interakcemi na rozhraní senzoru a vzorku.In general, each biosensor consists of two basic components, a recognition element with a specific binding affinity to the target analyte and a transducer that converts the specific binding event into a physically measurable quantity. The recognition element may form anchored sensor biomolecules such as antibodies, peptides, carbohydrates, and DNA oligonucleotides on the transducer surface. From the transducer point of view, biosensors can be categorized into several basic groups. First of all, they are optical biosensors, the most common are surface plasmon resonance sensors. Piezoelectric sensors are based on the observation of changes in the resonance frequency on the quartz crystal and its transformation induced by the mass changed on its surface due to the interaction with the target analyte. Another relatively large group are electrochemical sensors that monitor changes in the electric field caused by interactions at the sensor-sample interface.
Jedním z limitujících faktorů pro široké zavedení biosenzorů do praxe je stabilita rozpoznávacíchOne of the limiting factors for the widespread introduction of biosensors into practice is the stability of the recognition
- 1 CZ 33021 U1 elementů, tj. senzorových molekul imobilizováných na povrch transduktoru, speciálně proteinů. Ta je zejména odvislá od fyzikálněchemické inertnosti transduktoru a chemie použité pro imobilizaci senzorových biomolekul na jeho povrch. V současnosti nejčastěji užívanými materiály pro konstrukci biosenzorů jsou křemík a zlato. Nevýhodou těchto materiálů je, že použitá chemie pro navázání senzorových molekul na jejich povrch, tj. sulfidový můstek v případě zlata a silyleteherový můstek v případě křemíku, neposkytuje ukotvení s dostatečnou stabilitou z pohledu dlouhodobého a opakovaného použití biosenzorů. Dalším neméně významným negativním faktorem je, že tyto materiály indukují denaturaci na ně vázaných proteinů v důsledku jejich interakce s jejich ne zcela chemicky inertním povrchem. Pokusy o potlačení tohoto efektu co-imobilizaci polyetylenglykolu nebo lipidové dvojvrstvy nebyly příliš úspěšné. Ve vztahu kvýše uvedeným nedostatkům se jeví jako velice perspektivní transduktor založený na polovodivém borem dopovaném nanokrystalickém diamantu (BDNCD), neboť kombinuje jeho specifické elektrochemické vlastnosti s unikátními chemickými vlastnostmi a dobrou biokompatibilitou povrchu nanokrystalického diamantu.U1 elements, i.e. sensor molecules immobilized on the surface of the transducer, especially proteins. This is particularly dependent on the physicochemical inertness of the transducer and the chemistry used to immobilize sensor biomolecules to its surface. The most commonly used materials for the construction of biosensors are silicon and gold. The disadvantage of these materials is that the chemistry used to attach the sensor molecules to their surface, i.e. the sulfide bridge for gold and the silyl ether bridge for silicon, does not provide anchorage with sufficient stability in view of the long-term and repeated use of biosensors. Another equally significant negative factor is that these materials induce denaturation of the proteins bound to them due to their interaction with their not entirely chemically inert surface. Attempts to suppress this effect by co-immobilizing polyethylene glycol or a lipid bilayer have not been very successful. In relation to the above-mentioned shortcomings, it appears to be a very promising transducer based on a semiconductor boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD), since it combines its specific electrochemical properties with unique chemical properties and good biocompatibility of the nanocrystalline diamond surface.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Podstatou technického řešení elektrochemické cely (viz její sestava znázorněná na Obr. 1) je použití impedimetrického biosenzorů (viz jeho princip znázorněný na Obr. 2) založeného na borem dopované nanokrystalické diamantové (BDNCD) vrstvě modifikované senzorovými molekulami jako pracovní elektrody. Aplikace BDNCD vrstvy jako vysoce citlivého transduktoru schopného převést s vysokou citlivostí vazebnou událost mezi na něm ukotvenou senzorovou molekulou a molekulami buněčného povrchu bakterie ve změnu impedance představuje originální řešení. Použitím chemicky inertní BDNCD vrstvy jako transduktoru jsou eliminovány výše uvedené nedostatky spojené s omezenou stabilitou rozpoznávacího elementu u v případě biosenzorů založených na transduktorech z ne zcela inertních materiálů, jako jsou křemík nebo zlato.The essence of the technical solution of the electrochemical cell (see its assembly shown in Fig. 1) is the use of impedimetric biosensors (see its principle shown in Fig. 2) based on a boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD) layer modified by sensor molecules as working electrodes. The application of the BDNCD layer as a highly sensitive transducer capable of converting, with high sensitivity, the binding event between the sensor molecule anchored thereon and the bacterial cell surface molecules in an impedance change is an original solution. By using a chemically inert BDNCD layer as a transducer, the above-mentioned drawbacks associated with the limited stability of the recognition element in the case of biosensors based on transducers of not completely inert materials such as silicon or gold are eliminated.
Elektrochemická cela se sestává (jak je znázorněno na Obr. 1) z duté válcové nádoby cely 1 vyrobené z nevodivého a chemicky inertního plastu. Nádoba cely je ve spodní části opatřena čtvercovým otvorem a vybráním pro umístění pracovní elektrody 2 a její utěsnění čtvercovým těsněním 3. Elektrické propojení pracovní elektrody 2 je obstaráno kovovým přívodem 4 vloženým mezi tělo cely a elektricky nevodivé kruhové těsněním s otvory pro šrouby 5. Uzavření spodní části cely proti úniku roztoku elektrolytu je zajištěno stažením pomocí kruhové kovové příruby 6 a šroubů 7. Horní část cely je uzavřena pomocí horní kruhové příruby 8 a šroubů 7. Horní kruhová příruba je opatřena otvorem pro kapiláru pro přívod inertního plynu 9, otvorem pro pomocnou elektrodu 10 a otvorem pro Lugginovu kapiláru s fritou 11 pro umístění referenční elektrody 12. Pracovní elektroda 2, pomocná elektroda 10 a referenční elektroda 12 jsou připojeny k potenciostatu/galvanostatu umožňujícímu monitorovat změny impedance jako výsledek vazebné odezvy mezi senzorovou molekulou a bakterií.The electrochemical cell consists (as shown in Fig. 1) of a hollow cylindrical vessel of cell 1 made of a non-conductive and chemically inert plastic. The cell vessel is provided with a square hole at the bottom and a recess for locating the working electrode 2 and sealing it with a square seal 3. The electrical connection of the working electrode 2 is provided by a metal lead 4 interposed between the cell and an electrically nonconductive circular seal with screw holes. The upper part of the cell is closed by means of an upper circular flange 8 and screws 7. The upper circular flange is provided with a capillary opening for the inert gas inlet 9, an opening for the auxiliary electrode. The working electrode 2, the auxiliary electrode 10 and the reference electrode 12 are connected to a potentiostat / galvanostat allowing to monitor impedance changes as a result of the coupling response between the sensor molecules. and bacteria.
Klíčovými bodem konstrukce předmětného impedimetrického biosenzorů je depozice polovodivé BDNCD vrstvy na vhodné podložce pomocí tzv. CVD (chemical vapor deposition) techniky. CVD technika je proces tvorby (depozice) nano-krystalické vrstvy na vhodné podložce reakcí v plynné fázi. Tato technika umožňuje syntézu vysoce kvalitní BDNCD vrstvy s kontrolovanou vodivostí reakcí směsi metanu, vodíku a diboranu v plazmatickém stavu. Druhým klíčovým bodem je povrchová chemie nanokrystalického diamatu, která umožní imobilizaci senzorových molekul (tj. molekulami, jež vykazují interakci s molekulami buněčného povrchu bakterií). Aplikovaná povrchová funkcionalizace BDNCD vrstev představuje vícestupňový proces. CVD technikou připravená BDNCD vrstva se nejprve podrobí redukci vodíkovou plazmou čímž se získá vodíkem terminovaná vrstva. Její UV zářením promotovanou reakcí s trifluoroacetamidem allylaminu se získá BDNCD vrstva nesoucí 3-trifluoracetamidopropylové skupiny, která je převedena bazicky katalyzovanou deprotekcí aminoskupin na BDNCD vrstvu prezentující aminoskupiny. Ta je výchozím materiálem pro zavedení vazebných kotev nesoucích funkční skupiny umožňující ligaci senzorových molekul pomocí tzv. klik chemie („click chemistry“;The key point of the construction of the impedimetric biosensor is the deposition of a semiconducting BDNCD layer on a suitable substrate using the so-called CVD (chemical vapor deposition) technique. The CVD technique is the process of formation (deposition) of a nano-crystalline layer on a suitable support by gas-phase reactions. This technique allows the synthesis of a high-quality BDNCD layer with controlled conductivity by reacting a mixture of methane, hydrogen and diborane in the plasma state. The second key point is the surface chemistry of the nanocrystalline diamine, which will allow the immobilization of sensor molecules (ie molecules that show interaction with the cell surface molecules of bacteria). The applied surface functionalization of BDNCD layers represents a multi-stage process. The CVD-prepared BDNCD layer is first subjected to hydrogen plasma reduction to obtain a hydrogen-terminated layer. Its UV-promoted reaction with trifluoroacetamide allylamine yields a BDNCD layer bearing 3-trifluoroacetamidopropyl groups which is converted by base-catalyzed deprotection of amino groups to a BDNCD layer representing amino groups. This is the starting material for the introduction of functional anchor binding anchors allowing ligation of sensor molecules by so-called click chemistry;
-2CZ 33021 U1 vazebnými páry jsou trojná vazba a azidoskupina). Klik chemie, vzhledem k její ortogonalitě ve vztahu k dalším funkčním skupinám přítomným v navazované biomolekule, byla použita k orientovanému kovalentnímu ukotvení bakteriálně specifických peptidových, sacharidových a DNA oligonukleotidových vektorových molekul. V případě ligace rekombinantních monoklonálních protilátek v scFv formátu byla použita tzv. „coiled coil“ technika. Posledně jmenovaná technika je založená intermolekulámí interakci dvou komplementárních peptidů, z nichž jeden je kovalentně ukotven na diamantovém transduktoru a druhý je součástí ligovaného proteinu.The binding pairs are triple bond and azido). Click chemistry, due to its orthogonality in relation to other functional groups present in the bound biomolecule, was used to oriented covalently anchor bacterial-specific peptide, carbohydrate and DNA oligonucleotide vector molecules. In the case of ligation of recombinant monoclonal antibodies in scFv format, the coiled coil technique was used. The latter technique is based on the intermolecular interaction of two complementary peptides, one of which is covalently anchored to the diamond transducer and the other part of the ligated protein.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 Perspektivní pohled na podle vertikální osy rozloženou sestavu elektrochemické cely znázorňující její jednotlivé díly ve sledu jejich funkčního propojení.Giant. 1 is a perspective view of an electrochemical cell assembly depicted along its vertical axis, showing its individual parts in sequence of their functional interconnection.
Obr. 2 Technický výkres nádoby elektrochemické celyGiant. 2 Technical drawing of the electrochemical cell vessel
Obr. 3 Znázornění principu impedimetrického biosezoru založeného na polovodivé borem dopované nanokrystalické diamantové (BDNCD) vrstvě modifikované senzorovými biomolekulam, který má v předmětné elektrochemické cele zobrazené v rozložené sestavě na Obr. 1 funkci pracovní elektrody (2)Giant. 3 is an illustration of the principle of an impedimetric biosensor based on a semiconductor boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD) layer modified by sensor biomolecules having an electrochemical cell shown in an exploded configuration in FIG. 1 function electrode (2)
Obr. 4 Schematické znázornění BDNCD vrstev s povrchem nesoucím vazebné kotvy umožňující chemoselektivní navázání senzorových molekul pomocí tzv. klik chemieGiant. 4 Schematic representation of BDNCD layers with bonding anchoring surface enabling chemoselective binding of sensor molecules by so-called chemistry handles
Obr. 5 Schéma přípravy BDNCD vrstvy modifikované antimikrobiálním peptidem Magainin s vazebnou afinitou k E. colliGiant. 5 Scheme of preparation of BDNCD layer modified with antimicrobial peptide Magainin with binding affinity for E. colli
Obr. 6 Schéma přípravy BDNCD vrstvy modifikované α-D-mannopyranosou s vazebnou afinitou k povrchovému lektinu E. colliGiant. 6 Scheme of preparation of BDNCD layer modified by α-D-mannopyranose with binding affinity to E. colli surface lectin
Obr. 7 Schéma přípravy BDNCD vrstvy modifikované DNA oligonukleotidem s vazebnou afinitou k E. colliGiant. 7 Scheme for the preparation of a BDNCD layer modified with a DNA oligonucleotide with binding affinity to E. colli
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions
Příklad 1Example 1
Konstrukce elektrochemické celyDesign of electrochemical cell
Předmětná elektrochemická cela pro stanovení bakteriální kontaminace pitné vody, znázorněná na Obr. 1 v rozloženém stavu podle vertikální osy, se sestává z duté válcové nádoby 1 zhotovené z polytetrafuoroethylenu (PTFE). Nádoba cely je ve spodní části opatřena čtvercovým otvorem a vybráním pro umístění pracovní čtvercové elektrody 2 o rozměrech 10 x 10 mm a její utěsnění čtvercovým těsněním 3. Elektrické propojení pracovní elektrody 2 je obstaráno kovovým páskovým přívodem 4 širokým 12 mm, které je vloženo mezi tělo cely a elektricky nevodivé kruhové těsněním s otvory pro šrouby 5. Uzavření spodní části cely proti úniku roztoku elektrolytu je zajištěno stažením pomocí kruhové kovové příruby 6 prostřednictvím stahovacích šroubů 7. Horní část cely je uzavřena pomocí horního kruhového plastového příruby 8 a šroubůThe present electrochemical cell for determining bacterial contamination of drinking water, shown in FIG. 1, when disassembled along a vertical axis, consists of a hollow cylindrical container 1 made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The cell container is provided with a square hole and recess at the bottom to accommodate a working square electrode 2 measuring 10 x 10 mm and seal it with a square seal 3. The electrical connection of the working electrode 2 is provided by a 12 mm wide metal cable 4. cells and electrically non-conductive ring gaskets with screw holes 5. Closure of the cell bottom against leakage of the electrolyte solution is secured by tightening with a circular metal flange 6 by means of tightening screws 7. The upper part of the cell is closed by the upper circular plastic flange 8 and screws
7. Horní příruba je opatřena otvorem pro kapiláru pro přívod inertního plynu (9), otvorem pro pomocnou elektrodu 10 a otvorem pro Lugginovu kapiláru s fritou 11 pro umístění referenční elektrody 12.The upper flange is provided with a capillary opening for the inlet of inert gas (9), an opening for the auxiliary electrode 10 and an opening for the Luggin capillary with a frit 11 for accommodating the reference electrode 12.
Vlastní technické řešení nádoby cely je detailně znázorněno na Obr. 2 (technický výkres), tj.The actual technical solution of the cell container is shown in detail in FIG. 2 (technical drawing), ie.
-3 CZ 33021 U1 jejím zobrazením jak v nárysu 1 tak i v půdorysu 2. Vnější průměr válcové nádoby cely je 60 mm, její výška je 45 mm a průměr vnitřního otvoru je 25 mm. Nádoba cely je opatřena na horní a dolní straně šesti symetricky rozloženými otvory se závitem M6 pro stahovací šrouby. Vnitřní otvor se ve spodní části zužuje a plynule přechází v lůžko pro pracovní elektrodu o rozměrech 10 x 10 mm. To má čtvercový průřez v ose nádoby o rozměru 8x8 mm. V jeho spodní části následuje zvětšení průřezu o 1,05 mm na všech čtyřech stranách na 10,1 mm; viz detail 3 v nárysu 1 a půdorysu 2. Ze spodní strany se do lůžka vloží těsnění z ethylpropylenového kaučuku a stejném tvaru jako má otvor. Těsnění má v sobě otvor 8x8 mm. Na těsnění se vkládá pracovní elektroda (2; viz Obr. 1) Ta je dotažena po vložení páskového elektrická vodivého přívodu (4; viz Obr. 1) a elektricky nevodivého pružného těsnění o průměru shodným s vnějším průměrem nádoby (5; viz Obr. 1) kovovou přírubou. Jak dolní kovová příruba 4, tak i horní příruba 5, vyrobená z tuhého plastu Delrin (polyoxymetylén), jsou vybaveny třemi symetricky rozloženými otvory umožňujícími jejich bajonetové nasazení na stahovací šrouby. Pro usnadnění manipulace jsou oraje přírub vroubkované.The outer diameter of the cylindrical vessel of the cell is 60 mm, its height is 45 mm, and the diameter of the inner bore is 25 mm. The cell vessel is provided with six symmetrically spaced holes M6 on the top and bottom of the clamping screws. The inner hole tapers at the bottom and merges seamlessly into a working electrode bed of 10 x 10 mm. It has a square cross-section along the axis of the container of 8x8 mm. At its bottom, the cross-section is increased by 1.05 mm on all four sides to 10.1 mm; see detail 3 in front view 1 and plan view 2. An ethylpropylene rubber seal of the same shape as the opening is inserted from the underside of the bed. The seal has an 8x8 mm hole. A working electrode (2; see Fig. 1) is inserted onto the seal, which is tightened after insertion of a strip conductive lead (4; see Fig. 1) and an electrically non-conductive flexible seal with a diameter equal to the outer diameter of the vessel (5; see Fig. 1) metal flange. Both the lower metal flange 4 and the upper flange 5, made of rigid Delrin plastic (polyoxymethylene), are provided with three symmetrically spaced openings for their bayonet mounting on the clamping screws. To facilitate handling, the flange plows are serrated.
Příklad 2Example 2
Příprava borem dopované nanokrystalické diamantové (BDNCD) vrstvy s povrchem nesoucím vazebné kotvy umožňující chemoselektivní navázání senzorových molekul pomocí tzv. klik chemiePreparation of boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD) layer with binding anchoring surface allowing chemoselective binding of sensor molecules by so-called chemistry handles
Impedimetrický biosenzor znázorněný na Obr. 3, který má v předmětné elektrochemické cele funkci pracovní elektrody (2; viz Obr. 1), je tvořen borem dopovanou nanokrystalickou diamantovou (BDNCD) vrstvou deponovanou na Si (křemíkovém) nebo Nb (niobovém) substrátu o velikosti 10 x 10 mm modifikovanou senzorovými molekulami.The impedimetric biosensor shown in FIG. 3, which has the function of a working electrode in the electrochemical cell (2; see Fig. 1), consists of a boron doped nanocrystalline diamond (BDNCD) layer deposited on a 10 x 10 mm Si (silicon) or Nb (niobium) substrate modified by sensor molecules.
BDNCD vrstvy deponované na Si (křemíkovém) nebo Nb (niobovém) substrátu o velikosti 10x10 mm se připraví tzv. CVD (chemical vapor deposition) technologii, tj. plazmovou depozicí směsi metanu, diboranu a vodíku. Touto technologií připravené BDNCD vrstvy se následně podrobí redukci vodíkovou plazmou, čímž se získá vodíkem terminovaný povrch.BDNCD layers deposited on 10x10 mm Si (silicon) or Nb (niobium) substrates are prepared by so-called chemical vapor deposition (CVD) technology, ie plasma deposition of methane, diborane and hydrogen mixtures. The BDNCD layer prepared by this technology is then subjected to hydrogen plasma reduction to obtain a hydrogen terminated surface.
Vodíkem terminovaná BDNCD vrstva připravená podle příkladu 2 se ve dvou krocích transformuje na vrstvu prezentující na povrchu aminoskupiny. UV zářením promotvanou reakcí s reakcí s V-allyltrifluoracctylallylamincm se připraví povrch derivatizovaný 3-trifluoracetamidopropylskupinami. Úspěšnost modifikace byla prokázána pomocí XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), a to na základě vysokého zastoupení fluoru (11%) a F sl vazebného pásu při 689,11 eV indikujícího přítomnost CF3 skupiny. Bazickým odštěpením trifluoracetylových skupin se následně získá povrch prezentující 3-aminoalkylové skupiny. Přítomnost aminoskupin byla potvrzena vymizením CF3 vazebného pásu v XPS, jakož i následnou derivatizací 3,5-bis(trifluoromethyl)fenylisothiokyanatem a identifikace F sl vazebného pásu při 689,11 eV prokazující přítomnost CF3 skupin.The hydrogen-terminated BDNCD layer prepared according to Example 2 is transformed in two steps into a layer presenting on the surface of the amino group. The UV-promoted reaction with the reaction with N-allyltrifluoroacetyl allyl amine prepared a surface derivatized with 3-trifluoroacetamidopropyl groups. The success of the modification was demonstrated by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), based on a high proportion of fluorine (11%) and F sl binding band at 689.11 eV indicating the presence of a CF3 group. By basic cleavage of trifluoroacetyl groups, the surface presenting 3-aminoalkyl groups is subsequently obtained. The presence of amino groups was confirmed by the disappearance of the CF3 binding band in XPS as well as subsequent derivatization of 3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl isothiocyanate and identification of the F1b binding band at 689.11 eV demonstrating the presence of CF3 groups.
Aminoterminované vrstvy se následně modifikují vazebnými spojkami nesoucími funkční skupiny umožňující navázání senzorových molekul pomocí tzv. klik chemie založené na jednomocnou mědí (Cu+ ionty) katalyzované Huisgenově 1,3-dipolámí cykloadici azidu na trojnou vazbu (vazebné páry: azidoskupina a trojná vazba). MM/V',,V'-'fctraiiiethyl-O-( IΛ/-benzotnazol-l-yl)uronium hexafluorofosfátem (HBTU) promotovanou /V-acylací kyselinou propargyloctovou (kyselinou pent-4-inovou) se připraví vrstva prezentující trojné vazby Q; znázorněná na Obr. 4). Analogickou A-acylací kyselinou azidooctovou získá vrstva prezentující azidoskupiny (2; znázorněná na Obr. 4). Přítomnost azidoskupin byla prokázána pomocí jejího charakteristického N ls pásu při 404,78 eV v XPS.The amino-terminal layers are subsequently modified with linkers carrying functional groups to allow the binding of sensor molecules by the so-called click chemistry based on copper (Cu + ions) catalysed by Huisgen 1,3-dipolar azide cycloaddition to the triple bond (binding pairs: azido and triple bond). MM / N ', N' - tetramethyl-O- (1 H -benzothnazol-1-yl) uronium hexafluorophosphate (HBTU) promoted N-acylation with propargylacetic acid (pent-4-ynoic acid) prepared a triple bond presentation layer Q; shown in FIG. 4). By analogous A-acylation with azidoacetic acid, the azido-presenting layer (2; shown in Fig. 4) is obtained. The presence of azido groups was demonstrated by its characteristic N 1 band at 404.78 eV in XPS.
Příklad 3Example 3
Příprava BDNCD vrstvy modifikované peptidem Magainin s vazebnou afinitou k E. colliPreparation of a BainCD layer modified with a Magainin peptide with an affinity for E. colli
-4CZ 33021 U1-4GB 33021 U1
BDNCD vrstva modifikovaná peptidem Magainin s vazebnou afinitou k E. colli (3; schematicky znázorněná na Obr. 5) se připraví jednomocnou mědí (Cu+ ionty) katalýzo vanou 1,3-dipolámí cykloadici azidoskupiny peptidu Magainin prodlouženým na C-konci o azidolysin (3; Obr. 4)) s trojnými vazbami BDNCD vrstvy povrchově modifikované kyselinou propargyloctovou 1 v přítomnosti tris((l-hydroxy-propyl-lH-l,2,3triazol-4-yl)methyl)aminu (THPTA), který stabilizuje Cu+ ionty. Reakce se provádí ve vodném prostředí, přičemž Cu+ ionty se generují in šitu z CuSO4 působením kyseliny askorbové. Úspěšnost modifikace byla prokázána pomocí XPS, a to na základě vysokého zastoupení dusíku (10%) a Nis vazebného pásu při 400,04 eV indikujícího přítomnost dusíku amidových vazeb v peptidovém řetězci.The BDNCD layer modified with the Magainin peptide with affinity for E. colli (3; schematically shown in Fig. 5) is prepared by monovalent copper (Cu + ions) catalysed 1,3-dipolar cycloaddition of the azido group of the Magainin peptide extended by azidolysin ( Fig. 4)) with triple bonds of BDNCD layer modified with propargylacetic acid 1 in the presence of tris ((1-hydroxypropyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl) methyl) amine (THPTA), which stabilizes Cu + ions. The reaction is carried out in an aqueous medium wherein Cu + ions are generated in situ from CuSO4 by treatment with ascorbic acid. The success of the modification was demonstrated by XPS, based on a high proportion of nitrogen (10%) and Nis bond band at 400.04 eV indicating the presence of nitrogen amide bonds in the peptide chain.
Příklad 4Example 4
Příprava BDNCD vrstvy modifikované α-D-mannopyranosou s vazebnou afinitou k povrchovému lektinu E. colliPreparation of BDNCD layer modified by α-D-mannopyranose with binding affinity to E. colli surface lectin
BDNCD vrstva modifikovaná modifikované α-D-mannopyranosou s vazebnou afinitou k povrchovému lektinu E. colli (6; schematicky znázorněná na Obr. 6) se připraví za podmínek shodných s příkladem 3, tj. jednomocnou mědí katalýzo vanou 1,3-dipolámí cykloadici azidoskupiny 6-O-DMTr-a-D-mannopyranosidu s aglykonem prezentujícím azidem azidoskupinu (5; Obr. 6) s trojnými vazbami BDNCD vrstvy povrchově modifikované kyselinou propargyloctovou 1_ v přítomnosti THPTA. Úspěšnost modifikace byla prokázána přítomností N ls pásu při 400,78 eV v XPS, indikujícího přítomnost dusíku vázaného v triazolu. Další důkaz byl založen natzv. dimethoxytritylovém testu, tj. kolorimetrickým stanovení 4,4'-Dimethoxytrityl alkoholu odštěpeného z primárních HO-skupin sacyharidu.The BDNCD layer modified with modified α-D-mannopyranose with binding affinity to the surface lectin of E. colli (6; schematically shown in Fig. 6) is prepared under conditions identical to Example 3, i.e. monovalent copper catalysed 1,3-dipolar azido cycloaddition 6-O-DMTr-αD-mannopyranoside with an azide-presenting azide group (5; Fig. 6) with triple bonds of the BDNCD layer modified with propargylacetic acid 7 in the presence of THPTA. The success of the modification was demonstrated by the presence of the N1s band at 400.78 eV in XPS, indicating the presence of nitrogen bound in the triazole. Further evidence was founded so-called. a dimethoxytrityl assay, i.e. a colorimetric determination of 4,4'-Dimethoxytrityl alcohol cleaved from the primary HO-groups of the sacyharide.
Příklad 5Example 5
Příprava BDNCD vrstvy modifikované DNA oligonukleotidem s vazebnou afinitou k E. colliPreparation of BDNCD layer modified with DNA oligonucleotide with binding affinity to E. colli
BDNCD vrstva modifikovaná DNA oligonukleotidem s vazebnou afinitou k E. colli (8; schematicky znázorněná na Obr. 7) se připraví se připraví za podmínek shodných s příklady 3 a 4, tj. jednomocnou mědí (Cu+ ionty) katalyzovanou 1,3-dipolámí cykloadici azidoskupin BDNCD vrstvy povrchově modifikované kyselinou azidooctovou (2) s trojnou vazbou olugonukleotidu nesoucího v poloze 5' hexynylovou skupinu. Úspěšnost modifikace byla púrokázáná pomocí XPS, a to vymizením vazebného pásu azidoskupiny při N při 404,78 eV a přítomností P 2p pásu při 133,6 eV, který je typický pro fosfát u nukleových kyselím.A BDNCD layer modified with a DNA oligonucleotide with an E. colli binding affinity (8; schematically shown in Fig. 7) is prepared under conditions identical to Examples 3 and 4, i.e., 1,3-dipolar catalyzed monovalent copper (Cu + ions) cycloaddition of azido groups of a BDNCD surface modified with azidoacetic acid (2) with a triple bond of an olugonucleotide bearing at the 5 'position a hexynyl group. The success of the modification was demonstrated by XPS by the disappearance of the azido-bonding band at N at 404.78 eV and by the presence of the P2p band at 133.6 eV, which is typical of nucleic acid phosphate.
Příklad 6Example 6
Použití elektrochemické cely pro stanovení bakteriální kontaminace pitné vodyUse of electrochemical cell for determination of bacterial contamination of drinking water
Do sestavené elektrochemické cely znázorněné v rozloženém stavu na Obr. 1 se umístí 5 ml roztok vhodného pufru. Pracovní elektroda 2 se připojí ke kontaktům potenciostatu s analyzátorem frekvencí pomocí kovového přívodu proudu 4. Pomocná elektroda 12 a referentní elektroda 11 se připojí ke kontaktům potenciostatu s analyzátorem frekvencí. Změří se impedanční spektrum v rozsahu frekvencí 1 Hz až 5 MHz při potenciálu otevřeného obvodu s amplitudou potenciálu 10 mV. Do roztoku PBS pufru v elektrochemické cele se aplikuje příslušný analit (v daném případě voda kontaminovaná cílovou bakterií) a změří se impedanční spektrum.In the assembled electrochemical cell shown in the exploded state in FIG. 1, a 5 ml solution of a suitable buffer is placed. The working electrode 2 is connected to the potentiostat contacts with the frequency analyzer by means of a metal current supply 4. The auxiliary electrode 12 and the reference electrode 11 are connected to the potentiostat contacts with the frequency analyzer. Measure the impedance spectrum in the 1 Hz to 5 MHz frequency range at an open circuit potential with a potential amplitude of 10 mV. The appropriate analyte (in this case water contaminated with the target bacterium) is applied to the PBS buffer solution in the electrochemical cell and the impedance spectrum is measured.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-36206U CZ33021U1 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-36206U CZ33021U1 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ33021U1 true CZ33021U1 (en) | 2019-07-23 |
Family
ID=67393912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2019-36206U CZ33021U1 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ33021U1 (en) |
-
2019
- 2019-05-14 CZ CZ2019-36206U patent/CZ33021U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Minunni et al. | The quartz crystal microbalance as biosensor. A status report on its future | |
Viswanathan et al. | Electrochemical biosensors for food analysis | |
Privett et al. | Electrochemical sensors | |
Monosik et al. | Biosensors-classification, characterization and new trends | |
Muramatsu et al. | Piezoelectric immuno sensor for the detection of Candida albicans microbes | |
Ghindilis | Direct electron transfer catalysed by enzymes: application for biosensor development | |
Ramírez et al. | The evolution and developments of immunosensors for health and environmental monitoring: Problems and perspectives | |
Chauhan et al. | Development of amperometric lysine biosensors based on Au nanoparticles/multiwalled carbon nanotubes/polymers modified Au electrodes | |
CN110220961B (en) | L-arginine detection method and sensor based on polypeptide composite membrane modified electrode | |
Sharma et al. | Biosensors: tool for food borne pathogen detection | |
Kim et al. | Characteristics of a label-free piezoelectric immunosensor detecting Pseudomonas aeruginosa | |
Fapyane et al. | Urea biosensor based on a CO2 microsensor | |
CN110220960B (en) | L-arginine detection method and sensor | |
Sobaszek et al. | The electrochemical determination of isatin at nanocrystalline boron-doped diamond electrodes: Stress monitoring of animals | |
Manai et al. | Diamond micro-cantilevers as transducers for olfactory receptors-based biosensors: Application to the receptors M71 and OR7D4 | |
Zhu et al. | An Enzyme‐Free Amperometric Sensor Based on Self‐Assembling Ferrocene‐Conjugated Oligopeptide for Specific Determination of L‐Arginine | |
Won et al. | Bioelectrocatalytic signaling from immunosensors with back‐filling immobilization of glucose oxidase on biorecognition surfaces | |
CZ33021U1 (en) | Electrochemical cell for determining bacterial drinking water contamination | |
Tamiya et al. | Micro-biosensors for clinical analyses | |
A Alonso-Lomillo et al. | Screen-printed biosensors in drug analysis | |
Sahney et al. | Enzyme coated glass pH-electrode: Its fabrication and applications in the determination of urea in blood samples | |
US20160003813A1 (en) | Biosensor and method of making same | |
Bojorge Ramírez et al. | The evolution and developments of immunosensors for health and environmental monitoring: problems and perspectives | |
Arya et al. | Fundamentals and applications of biosensors | |
US20030136673A1 (en) | Amperometric sensors using synthetic substrates based on modeled active-site chemistry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20190723 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20230514 |