DD229222A1 - PROCESS FOR STABILIZING ENZYME ELECTRODES WITH IMMOBILIZED UREASE - Google Patents
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Abstract
In der Erfindung wird eine Methode zur Stabilisierung von Enzymelektroden mit immobilisierter Urease zur quantitativen Bestimmung von Harnstoff beschrieben. Das Stabilisierungsverfahren besteht darin, dass der Referenzelektrodenelektrolyt einer p H-Einstabmesskette, die als elektrochemischer Sensor der Enzymelektrode dient, mit einem Komplexbildner versetzt wird und die Elektrode mit der immobilisierten Urease in einer Stabilisierungsloesung gelagert wird, die hergestellt wird durch Aufloesen einer stickstoffhaltigen Puffersubstanz, einer organischen Saeure, einer Sulfhydrylverbindung, einem Komplexbildner, einem Reduktionsmittel und einem Polyol. Harnstoffelektroden, die auf diese Art behandelt wurden, sind sowohl unter Arbeits- als auch unter Lagerbedingungen ueber lange Zeit stabil in ihrer Enzymaktivitaet.In the invention, a method for the stabilization of enzyme electrodes with immobilized urease for the quantitative determination of urea is described. The stabilization method consists of adding a complexing agent to the reference electrode electrolyte of a p H combination electrode serving as the electrochemical sensor of the enzyme electrode and storing the immobilized urease electrode in a stabilizing solution prepared by dissolving a nitrogenous buffer substance, a organic acids, a sulfhydryl compound, a complexing agent, a reducing agent and a polyol. Urea electrodes treated in this way are stable in their enzyme activity for a long time under both working and storage conditions.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der immobilisierten Urease in potentiometrischen Enzymelektroden. Anwendungsgebiete für die Erfindung liegen in der analytischen Chemie, der Medizin sowie der Land- und Nahrungsgüterwirtschaft.The invention relates to a method for stabilizing the immobilized urease in potentiometric enzyme electrodes. Areas of application for the invention lie in analytical chemistry, medicine and the agricultural and food industry.
Das Enzym Urease spaltet hochspezifisch das Substrat Harnstoff in die Produkte Kohlensäure und Ammoniak. Auf Grund dieser Eigenschaft findet die Urease Anwendung auf analytischem Gebiet zur quantitativen Bestimmung des Harnstoffs in physiologischen Lösungen, indem die genannten Produkte der Ureasereaktion mit Hilfe von optischen Methoden, Enzymteststreifen oder Enzymelektroden bestimmt werden. Im Falle der Enzymelektroden wird die Urease durch geeignete Verfahren direkt auf der Oberfläche eines elektrochemischen Sensors immobilisiert. Da die hydrolytische Spaltung des Harnstoffs durch die Urease mit einer Verschiebung des pH-Wertes verbunden ist, eignen sich pH-Glaselektroden als Nachweissensoren besonders gut. Enzymelektroden, bei denen die Urease uaf der pH-sensitiven Oberfläche von pH-Glaselektroden immobilisiert ist, besitzen aber nur eine sehr geringe Arbeits- und Lagerstabilität wegen der Unaktivierung der Urease, zum Beispiel durch Inhibitoren wie den Silberionen der Referenzelektrode des pH-Sensors oder der Enzymalterung. Dadurch sind aber die praktischen Nutzungsmöglichkeiten sehr eingeschränkt. Das ist um so bedauerlicher, da die pH-Meßtechnik heute zum allgemeinen technischen Standard vieler analytischer Laboratorien gehört und Enzymelektroden zur Harnstoff bestimmung auf der Basis des pH-Meßprinzips mit einfachen Meßvorrichtungen eine breite Anwendung finden könnten.The enzyme urease highly specifically splits the substrate urea into the products carbonic acid and ammonia. Because of this property, urease is used in the analytical field for the quantitative determination of urea in physiological solutions by determining the said products of urea reaction by means of optical methods, enzyme test strips or enzyme electrodes. In the case of the enzyme electrodes, the urease is immobilized by suitable methods directly on the surface of an electrochemical sensor. Since the hydrolytic cleavage of urea by the urease is associated with a shift in the pH value, pH glass electrodes are particularly suitable as detection sensors. However, enzyme electrodes in which the urease is immobilized on the pH-sensitive surface of pH glass electrodes, have only a very low working and storage stability because of the inactivation of urease, for example by inhibitors such as the silver ions of the reference electrode of the pH sensor or enzyme aging. As a result, the practical uses are very limited. This is all the more regrettable because the pH measurement technology today belongs to the general technical standard of many analytical laboratories and enzyme electrodes for urea determination on the basis of the pH measuring principle could find a wide application with simple measuring devices.
Für lösliche Urease wurden schon verschiedene Methoden zu ihrer Stabilisierung beschrieben, die in der Zugabe unterschiedlichster Chemikalien und Biochemikalien zu den Ureasepräparaten bestanden (US-Patent 4378430, BRD-Auslegeschrift 2612726 und Biochim. Biophys. Acta 146(1967)216). Diese Methoden eignen sich aber nicht zur Stabilisierung von Enzymelektroden zur Harnstoffbestimmung, bei denen die Urease auf der pH-sensitiven Oberfläche des elektrochemischen Sensors immobilisiert ist.For soluble urease, various methods have been described for their stabilization, which consisted in the addition of a wide variety of chemicals and biochemicals to the urease preparations (US Patent 4378430, FRD Laid-Open 2612726 and Biochim Biophys Acta 146 (1967) 216). However, these methods are not suitable for stabilizing enzyme electrodes for urea determination, in which the urease is immobilized on the pH-sensitive surface of the electrochemical sensor.
Ziel der Erfindung ist es, eine Methode zur Stabilisierung von Enzymelektroden mit immobilisierter Urease zu finden, um deren Einsatzmöglichkeiten zu verbessern.The aim of the invention is to find a method for the stabilization of enzyme electrodes with immobilized urease in order to improve their potential applications.
Erfindungsgemäß wird die Stabilität von an pH-Glaselektroden immobilisierter Urease dadurch erhöht, indem der Elektrolyt der Referenzelektroden mit einem Komplexbildner in einer Konzentration von 10~3-10~5mol/l versetzt wird und die Enzymelektroden in einer Stabilisierungslösung aufbewahrt werden, die hergestellt wird durch Auflösen einer stickstoffhaltigen Puffersubstanz in einer Konzentration von 10~1-10~4rnol/l, einer organischen Säure oder ihrem Alkalisalz in einer Konzentration von 10~1—10~4mol/l, einer Sulfhydrylverbindung in einer Konzentration von 10~3-10"5 mol/l, einem Komplexbildnerin einer Konzentration von 10~3-10~5 mol/l, einem Reduktionsmittel in einer Konzentration von 10~2-10~4 mol/l und einer po'yolischen Verbindung in einer Konzentration von 10~3—10~5 mol/l in destilliertem Wasser, so daß ein pH-Wert von 6,0-8,0, vorzugsweise um den Neutralpunkt, der gebildeten Stabilisierungslösung entsteht. Als stickstoffhaltige Puffersubstanzen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stabilisierungslösung kommen zum Beispiel Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan oderTriäthynolamin in Frage, als organische Säuren Citronensäure, Weinsäure oder Maleinsäure, als Sulfhydrylverbindung Mercaptoäthanol oder Thioglykolsäure, als Komplexbildner für den Elektrolyten der Referenzelektrode und für die Stabilisierungslösung Äthylendiamintetraessigsäure oder Heteroaromaten mit endocyclischem tertiärem Stickstoffatom wie Imidazol oder 8-Hydroxychinolin, als Reduktionsmittel Natriumsulfit und als polyolische Verbindung Glycerin oder Dextran. Die Stabilisierungslösung wird hergestellt, indem alle genannten Substanzen außer der organischen Säure in den erforderlichen Konzentrationen zunächst in destilliertem Wasser aufgelöst werden und danach der pH-Wert mit der organischen Säure auf den gewünschten Wert eingestellt wird.According to the invention the stability of immobilized at pH glass electrodes urease is increased by the electrolyte of the reference electrode with a complexing agent at a concentration of 10 -3 -10 -5 mol / l is added and the enzyme electrodes are kept in a stabilizing solution which is prepared by dissolving a nitrogen-containing buffer substance in a concentration of 10 ~ 1 -10 ~ 4 mmol / l, an organic acid or its alkali salt in a concentration of 10 ~ 1 -10 ~ 4 mol / l, a sulfhydryl compound in a concentration of 10 ~ 3 -10 " 5 mol / l, a complexing agent in a concentration of 10 ~ 3 -10 ~ 5 mol / l, a reducing agent in a concentration of 10 ~ 2 -10 ~ 4 mol / l and a po'yolischen compound in a concentration of 10 ~ 3 ~ 10 ~ 5 mol / l in distilled water to give a pH of 6.0-8.0, preferably around the neutral point, of the stabilizing solution that is formed as nitrogen-containing buffer substances tris (hydroxymethyl) aminomethane or triethynolamine are suitable for preparing the stabilizing solution according to the invention, citric acid, tartaric acid or maleic acid as the sulfhydryl compound, mercaptoethanol or thioglycolic acid as sulfhydryl compound, complexing agent for the electrolyte of the reference electrode and for the stabilizing solution ethylenediaminetetraacetic acid or endocyclic heteroaromatic tertiary nitrogen atom such as imidazole or 8-hydroxyquinoline, as a reducing agent sodium sulfite and as a polyolic compound glycerol or dextran. The stabilizing solution is prepared by first dissolving all the substances mentioned except the organic acid in the required concentrations in distilled water and then adjusting the pH to the desired value with the organic acid.
Nachdem die Referenzelektrode mit der Elektrolytlösung, die den Komplexbildner in gelöster Form enthält, gefüllt und die Urease auf der pH-sensitiven Oberfläche der Glaselektrode immobilisiert wurde, wird die Enzymelektrode in die Stabilisierungslösung getaucht und bis zu ihrem Einsatz darin aufbewahrt. Vor ihrem Einsatz zur Harnstoffbestimmung wird sie mit der Meßlösung gewaschen und nach Beendigung der Messungen wieder in die Stabilisierungslösung gelagert. Unter diesen Arbeits- und Lagerbedingungen ist die Harnstoff elektrode, die das pH-Meßprinzip direkt genutzt, langer als einenAfter the reference electrode has been filled with the electrolyte solution containing the complexing agent in dissolved form and the urease has been immobilized on the pH-sensitive surface of the glass electrode, the enzyme electrode is dipped in the stabilizing solution and stored therein until use. Before being used for urea determination, it is washed with the measurement solution and stored again in the stabilization solution after the measurements have been completed. Under these working and storage conditions, the urea electrode, which uses the pH measuring principle directly, is longer than one
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Monat stabil, während unter Lagerung in Pufferlösungen oder wäßrigen Meßlösungen ohne Zusätze nur eine Stabilität von 2-3 Tagen bei diesen Elektroden erreicht wird. Auch die Lagerstabilität der Harnstoffelektroden wird durch das Aufbewahren in der erfindungsgemäßen Stabilisierungslösung wesentlich verbessert. Nach 3monatiger Lagerung besitzen die Enzymelektroden mit immobilisierrter Urease noch 85-100% der Ausgangsaktivität. Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung durch Beispiele erläutert, die aber deren Umfang nicht einschränken sollen.Month stable, while under storage in buffer solutions or aqueous measuring solutions without additives only a stability of 2-3 days is achieved in these electrodes. The storage stability of the urea electrodes is substantially improved by the storage in the stabilizing solution according to the invention. After storage for 3 months, the enzyme electrodes with immobilized urease still have 85-100% of the starting activity. Hereinafter, the subject invention will be explained by examples, but should not limit the scope thereof.
Eine pH-Einstabmeßkette wird mit einem Elektrolyten gefüllt, der aus einer gesättigten KCI-Lösung und Imidazol in einer Konzentration von 10~4mol/l gebildet wurde, und auf der pH-sensitiven Glasoberfläche dieser pH-Elektrode wird die Urease nach bekannten Methoden immobilisiert. Danach wenden in einem Liter destilliertem Wasser 10~2mol Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan, 10~3mol Mercaptoäthanol, 10"3mol Imidazol, 10~2mol Natriumsulfit gelöst, und in dieser Lösung wird 1 g Dextran bis zum vollständigen Auflösen verrührt. Diese Lösung wird nach Zugabe von Maleinsäure in destilliertem Wasser (10~2mol/l) auf einen pH-Wert von 7,4 eingestellt. In einem Teil dieser Stabilisierungslösung wird die Enzymelektrode bis zu ihrem Einsatz aufbewahrt. Nach 3 Monaten Lagerung besaß die Elektrode noch 87% der Ausgangsaktivität, während eine in Tris-Puffer vom pH-Wert 7,4 gelagerte und nicht nach der beschriebenen Art behandelte Elektrode nach 5 Tagen vollständig inaktiv war.A pH electrode is filled with an electrolyte which has been formed from a saturated KCl solution and imidazole in a concentration of 10 ~ 4 mol / l, and the pH-sensitive glass surface of the pH electrode, the urease is immobilized by known methods , Then, in one liter of distilled water, dissolve 10 ~ 2 moles of tris (hydroxymethyl) aminomethane, 10 ~ 3 moles of mercaptoethanol, 10 " 3 moles of imidazole, 10 ~ 2 moles of sodium sulfite, and in this solution add 1 g of dextran until completely dissolved This solution is adjusted to a pH of 7.4 after addition of maleic acid in distilled water (10 ~ 2 mol / l) and the enzyme electrode is stored in a part of this stabilizing solution until it is used the electrode still 87% of the initial activity, while a stored in Tris buffer of pH 7.4 and not treated as described type electrode was completely inactive after 5 days.
Die Referenzelektrode einer pH-Einstabmeßkette wird mit einer gesättigten KCI-Lösung, die 10"4mol/l Äthylendiamintetraessigsäure gelöst enthält, gefüllt, und auf der pH-sensitiven Oberfläche der Glaselektrode wird nach in der Literatur beschriebenen Methoden die Urease immobilisiert. Durch Auflösen von Triäthanolamin (10~2mol), Thioglykolsäure (10~3mol), Äthylendiamintetraessigsäure (10~3mol), Natriumsulfit (10~2mol) und Glycerin (10~2mol) in einem Liter destilliertem Wasser wird eine Lösung hergestellt, die mit einer Citronensäurelösung (10~2mol) auf einen pH-Wert von 7,0 eingestellt wird. Mit der Harnstoffelektrode werden täglich 10-20 Messungen durchgeführt, und in der meßfreien Zeit wird sie in der beschriebenen Stabilisierungslösung aufbewahrt. Die Elektrode besitzt nach einem Monat täglicher Benutzung noch eine Aktivität von mehr als 75% im Vergleich zur Ausgangsaktivität, während eine Elektrode, die ohne die erfindungsgemäße Behandlung gelagert wurde, schon nach 2-3 Tagen keine Aktivität mehr besaß.The reference electrode of a pH combination electrode is filled with a saturated KCl solution containing 10 " 4 mol / l of ethylenediaminetetraacetic acid, and urease is immobilized on the pH-sensitive surface of the glass electrode according to methods described in the literature triethanolamine (10 -2 mol), thioglycolic acid (10 -3 mol), ethylenediaminetetraacetic acid (10 ~ 3 mol), sodium sulfite (10 -2 mol) and glycerol (10 -2 mol) in one liter of distilled water, a solution is prepared which It is adjusted to a pH of 7.0 with a solution of citric acid (10 ~ 2 mol) with the urea electrode, 10-20 measurements are taken daily, and in the absence of time it is stored in the described stabilizing solution Month of daily use, an activity of more than 75% compared to the starting activity, while an electrode, the ge without the treatment according to the invention was stored, after 2-3 days no longer possessed activity.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD26957684A DD229222A1 (en) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | PROCESS FOR STABILIZING ENZYME ELECTRODES WITH IMMOBILIZED UREASE |
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DD26957684A DD229222A1 (en) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | PROCESS FOR STABILIZING ENZYME ELECTRODES WITH IMMOBILIZED UREASE |
Publications (1)
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DD229222A1 true DD229222A1 (en) | 1985-10-30 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0412155A1 (en) * | 1987-03-27 | 1991-02-13 | Terumo Kabushiki Kaisha | Enzyme sensor |
-
1984
- 1984-11-19 DD DD26957684A patent/DD229222A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0412155A1 (en) * | 1987-03-27 | 1991-02-13 | Terumo Kabushiki Kaisha | Enzyme sensor |
EP0412155A4 (en) * | 1987-03-27 | 1991-04-03 | Terumo Kabushiki Kaisha | Enzyme sensor |
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