DD282026A5 - Modifizierte enzymmembran fuer enzymelektroden mit hoher selektivitaet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modifizierte Enzymmembran fuer Enzymelektroden. Anwendungsgebiete sind u. a. die klinische Diagnostik, die Lebensmittelindustrie, der Umweltschutz. Erfindungsgemaesz wird eine laminierte Enzymmembran von zwei Zellulosemembranen eingeschlossen. Die Zellulosemembranen wurden mit Zellulosenitrat modifiziert.{Enzymmembran; hohe Selektivitaet; Enzymelektrode; Zellulosemembran; Zellulosenitrat; modifiziert; klinische Diagnostik; Lebensmittelindustrie; Umweltschutz}

Description

Charakteristik des bekannten Standes dor Technik

Enzymelektroden basieren auf der Kopplung der Umsetzung des zu bestimmenden Substrates unter der Wirkung von immobilisierten Enzymen mit der elektrochemischen Anzeige eines elektrodonaktiven Partners der Enzymreaktion. Während die Enzymreaktionen im allgemeinen eine hohe Selektivität besitzen, ist die daran gekoppelte elektrochemische Anzeigereaktion relativ unspoziFisch. Die Ursache dafür liegt in der elektrochemischen Umsetzung aller Bestandteile der Meßprobe mit einem Abscheidungspotential unterhalb des Potentials der Indikatorelektrode. Diese Störungen werden durch permselektive Membranen ausgeschaltet, die entweder unmittelbar vor die Indikatorelektrode (US-Pat. 3979274) oder zwischen Meßlösung und Enzymschicht (Toshiba Rev. 132) angebracht werden. Diese Membranen besitzen eine selektive Permeabilität aufgrund des Porenausschlußvolumens oder der Ladung des Permoanten. Moleküle mit einem ähnlichen Molekulargewicht wie die an der Elektrode angezeigte Substanz können trotzdem zu Störungen führen. Außerdem ist die Herstellung solcher permselektiver Membranen aufwendig, und die Verwendung in Enzymelektroden ist wegen der mechanischen Instabilität unzweckmäßig. Ein anderes Prinzip zur Ausschaltung dieser Störungen beruht auf der Differenzmessung zwischen einer enzymfreien und einer mit Enzym beladenen Indikatorelektrode (BRD Pat. 1598285). Dieses Verfahren erlaubt zwar die Ausschaltung des Einflusses von Störsubstanzen der Meßprobe, sie ist aber apparativ sehr aufwendig und erfordert ein häufiges Nacheichen. Außerdem ist diese Methode für die „kinetische Meßmethode" nicht geeignet, da das kinetische Verhalten dieser beiden unterschiedlichen Elektroden verschieden ist.

Ss wurde weiterhin vorgeschlagen, Störsubstanzen der Meßprobe mittels enzymatischer Reaktion in einer vor der eigentlichen Enzymschicht befindlichen weiteren Schicht zu entfernen. Dieses Verfahren erfordert für jede Störsubstanz ein spezifisches Enzym und ist deshalb nur für den Einsatz bei Meßproben, die jeweils die gleichen Störsubstanzen enthalten, geeignet. Bei einer laminierten Enzymmembran wurde zur Erzielung richtiger Messungen die Enzymschicht zwischen ewe'· semipermeablen Membranen angeordnet. Obwohl alle Spezies bis zu einem Molekulargewicht von 15000 Dalton durch diese laminierte Membran gelangen können, rufen niedrige Konzentrationen an Störsubstanzen keine Meßwertvorfälschung hervor, da das in der Enzymreaktion entstehende H₂O₂ wesentlich schneller durch die Enzymschicht und die zweite Dialysemembran permeiert. Dagegen treten bei der Bestimmung der Uringlucose, wo die Konzentration der Störsubstanzen erheblich höher als die der Analyten sein kann, häufig überhöhte Meßwerte auf.

Weiterhin ist eine Bienzymelektrode bekannt (DD-WP 236553), die sowohl ein die zu bestimmende Substanz in ein elektroaktives Produkt umwandelndes Enzym (Indikatorenzym) als auch ein die interferierenden Substanzen in elektrochemisch nicht interferierende Substanzen umsetzendes Enzym (ENminatorenzym) enthält. Interferierende Substanzen, die nicht effektiv durch das Eliminatorenzym umgesetzt werden, können durch eine vorgeschaltete chemische Reaktion in der Meßlösung in nicht interferierende Substanzen und eine interferierende Substanz, die ein Substrat des Eiiminatorenzyms ist, umgesetzt werden. Agch durch eine zusätzliche Eliminatorelektrode wurde der Einfluß störender Substanzen unterdrückt. Die Differenzmessung und die Verwendung einer Eliminatorelektrode erfordern einen erhöhten apparativen Aufwand und sind dadurch erheblich teurer als einfache Messungen, wobei die Eliminatorelektrode nicht zum vollständigen Ausschluß der Interferenz führt. Die beschriebenen Membranen sind ebenfalls sehr kostenaufwendig, dabei sehr dünn und wenig stabil.

Durch die Verwendung von mehreren übereinanderliegenden Enzymschichten werden die Messungen wesentlich verlangsamt, wodurch sie für den Einsatz in üblichen Analysatoren nicht geeignet sind.

Weiterhin wird die Funktionsstabilität des Eiiminatorenzyms häufig durch Produkte der Indikator-Enzymreaktion, z. B. H₂O₂, drastisch herabgesetzt, so daß die Einsatzdauer nur sehr kurz ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine modifizierte Membran mit hoher Selektivität für Enzymelektroden zu entwickeln, mit der der Gehalt an verschiedenen elektrodenaktiven Störsubstanzen in dar jeweiligen Meßprobe das Meßergebnis nicht verfälscht, die sich durch eine gute mechanische Stabilität auszeichnet und preisgünstig ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine modifizierte laminierte Enzymmembran zu entwickeln, bei der Störsubstanzen der Meßprobe auch bei hohen Konzentrationen nicht den Meßwert für den Analyten verfälschen. Erfindungsgemäß wird eine laminierte Enzymmembran vor dem Einsatz auf beiden Seiten von einer Zellulosemembran eingeschlossen. Die zwei Zellulosemembranen werden mit Zellulosenitratlösung behandelt. Diese Modifizierung der Membran führt zu einer Verlangsamung der Permeation geladener Substanzen, während der Transport des Produktes der enzymatischen Reaktion - H₂O₂ - nur unwesentlich verlangsamt wird. Deshalb wird beim kinetischon Meßprinzip nur der Verlauf der H₂O₂-Bildung erfaßt. Diese Membran besitzt eine gute mechanische Stabilität, ist preisgünstig, da kein Eliminatorenzym benötigt wird und hat eine lange störungsfreie Funktionsstabilität.

Ausführungsbeispiel

Modifizierte Enzymmembran: Ein Enzym (Glucoseoxidase, Lactatoxidase) wird inbekannterWeiseinein Polyurethansystem eingebettet und mit zwei Zellulosemembranen abgedeckt. Die so hergestellte Sandwichmembran wird auf beiden Seiten mit je 5-1 ΟμΙ Zellulosenitratlösung (Lösungsmittel: Aceton oder Essigsäureethylester, Konzentration der Lösung: 0,15-0,05%) betropft. Die Zellulosenitratlösung läßt man 1-2 min bei Raumtemperatur trocknen. Anschließend ist die Membran für den Meßprozeß einsatzfähig.

Claims (2)

1. Modifizierte Enzymmembran hoher Selektivität für Enzymelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine laminierte Enzymmembran mit zwei Zellulosemembranen einschließt.

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosemembranen mit Zellulosenitrat beschichtet sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine modifizierte Enzymmembran mit hoher Selektivität für Enzymelektroden, zum Einsatz z. B. bei der Bestimmung von Glucose, Lactat, Saccharose oder Harnsäure in physiologischen Lösungen, Fermentationsproben sowie Getränken und Nahrungsmitteln. Die Erfindung ist in der klinischen Diagnostik, der Lebensmittelindustrie, der Fermentationskontrolle und im Umweltschutz einseizbar.