LT6624B - Berlyno mėlynojo pasluoksnio ant titano pagrindo formavimo metodai ir jų taikymas gliukozės biologiniuose jutikliuose - Google Patents
Berlyno mėlynojo pasluoksnio ant titano pagrindo formavimo metodai ir jų taikymas gliukozės biologiniuose jutikliuose Download PDFInfo
- Publication number
- LT6624B LT6624B LT2017526A LT2017526A LT6624B LT 6624 B LT6624 B LT 6624B LT 2017526 A LT2017526 A LT 2017526A LT 2017526 A LT2017526 A LT 2017526A LT 6624 B LT6624 B LT 6624B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- glucose
- biosensor
- electrode
- glucose oxidase
- biosensors
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 56
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000008103 glucose Substances 0.000 title claims abstract description 53
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 claims abstract description 62
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 claims abstract description 59
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 claims abstract description 59
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims abstract description 33
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 13
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims abstract description 13
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 49
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 38
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 35
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 22
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 abstract description 2
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 35
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 17
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 13
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000013580 millipore water Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010001336 Horseradish Peroxidase Proteins 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- 108700020962 Peroxidase Proteins 0.000 description 2
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 235000019799 monosodium phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMLGGRVTAXBHI-UHFFFAOYSA-N 3-(4-bromophenyl)-3-[(2-methylpropan-2-yl)oxycarbonylamino]propanoic acid Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)NC(CC(O)=O)C1=CC=C(Br)C=C1 ZAMLGGRVTAXBHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940081735 acetylcellulose Drugs 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- YAGKRVSRTSUGEY-UHFFFAOYSA-N ferricyanide Chemical compound [Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] YAGKRVSRTSUGEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 transition metal hexacyanoferrate complexes Chemical class 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Šis išradimas aprašo biologinių jutiklių, kurie gali būti panaudojami gliukozės kiekio nustatymui mėginiuose, gamybos būdus. Šiuose biojutikliuose naudojamos titano plokštelės padengtos Berlyno mėlynojo sluoksniu, prie kurio prijungiamas polipirolo inkaras arba tiesiogiai nusodinamas fermentas, leidžiantis aptikti mėginyje esančią analitę. Gaminant gliukozės biojutiklius, šis fermentas yra gliukozės oksidazė. Šie biojutikliai pranašesni tuo, kad jų veikimui naudojamas žemas elektrodo potencialas.
Description
Išradimo sritis
Išradimas susijęs su Berlyno mėlynojo dengimo metodika ir šios metodikos panaudojimu nusodinant dangas ant titano pagrindo, siekiant suformuoti gliukozės biologinius jutiklius.
Technikos lygis
Biologiniai jutikliai apibūdinami kaip analizinės sistemos, sudarytos iš biologinio atpažinimo elemento, sujungto su signalo vertikliu, teikiančios analizinius duomenis, kurie yra proporcingi nustatomojo objekto koncentracijai (L. Su et ai., 2011). Pagal naudojamą signalo vertiklį biologiniai jutikliai skirstomi į elektrocheminius, pjezoelektrinius, jonams selektyvius, optinius, magnetinius bei akustinius biojutiklius (R. Monošfk et ai., 2012). Biologiniuose jutikliuose naudojami įvairūs biologiniai atpažinimo elementai: antikūnai, ląstelės, DNR, RNR, fermentai ir kitos struktūros (M. Park, 2013).
Fermentinių biologinių jutiklių (juose biologinio atpažinimo funkciją atlieka fermentas) veikimas pagrįstas fermento katalizuojama analitės chemine reakcija (A. Mulchandani, 1999).
Amperometriniai biologiniai jutikliai - tai elektrocheminiai biologiniai jutikliai, kurie atlieka elektros srovės, susijusios su analitės redokso reakcijomis, matavimus (A. Chaubey ir B.D. Malhotra, 2002). Amperometriniai fermentiniai biologiniai jutikliai yra skirstomi į 3 klases (S.V. Dzyadevych et ak, 2008):
1. Biologinius jutiklius, kuriuos naudojant vyksta tiesioginis fermentinės reakcijos produktų koncentracijos nustatymas.
2. Biologinius jutiklius, naudojančius elektronų pernašos tarpininką (EPT), pernešant) elektronus iš aktyvaus fermento centro į elektrodą.
3. Biologinius jutiklius, kuriuose tiesiogiai vyksta elektronų pernaša tarp fermento ir elektrodo.
Gliukozės koncentracijos kraujyje matavimas yra svarbiausias diagnostinis kriterijus, skirtas pacientų, sergančių cukriniu diabetu, stebėjimui. Efektyvi cukrinio diabeto kontrolė priklauso nuo tikslios gliukozės koncentracijos kraujyje stebėjimo sistemos, kurioje gliukozės biologiniai jutikliai užimą vieną svarbiausių vietų.
Amperometriniai gliukozės biologiniai jutikliai gali priklausyti kiekvienai iš išvardintų amperometrinių biojutiklių klasių. Pirmos klasės gliukozės biologinių jutiklių veikimas pagrįstas vandenilio peroksido, susidarančio gliukozės oksidacijos metu, nustatymu (J. Wang, 2008).
Formuojant antros klasės gliukozės biologinius jutiklius naudojami elektronų pernašos tarpininkai (pvz.: ferocenas, fericianidas), leidžiantys sumažinti analizės metu naudojamą darbinio elektrodo potencialą (E.H. Yoo ir S.Y. Lee, 2010).
Trečios klasės amperometriniuose gliukozės biologiniuose jutikliuose naudojamos laidžios organinės medžiagos, pvz., polipirolas, užtikrinančios tiesioginę elektronų pernašą tarp elektrodo ir fermento (C. G. J. Koopal et ai., 1994).
Berlyno mėlynasis yra vienas dažniausiai naudojamų elektrocheminių mediatorių analiziniam taikymui biologiniuose gliukozės jutikliuose (F. Ricci ir G. Palleschi, 2005). Biologiniais jutikliais registruojama vandenilio peroksido redukcijos srovė, todėl tyrimai orientuoti į vandenilio peroksidui atrankius elektrodus. Siekiant išvengti pašalinių medžiagų, esančių kraujyje (tokių kaip askorbo rūgštis, šlapimo rūgštis ir kt.), oksidacijos poveikio analizės rezultatams, darbiniam elektrodui turi būti suteiktas santykinai žemas potencialas. Vienas iš būdų darbinio elektrodo potencialui sumažinti yra peroksidazių (pvz., krienų peroksidazės) naudojimas (T. Ruzgas et ai., 1996) - naudojant peroksidazes, vandenilio peroksido redukcija vyksta esant žemesniems darbinio elektrodo potencialams (Z. Gao et ak, 2014). Tačiau šis būdas turi ir trūkumų, tokių kaip didelės gamybinės išlaidos, žemas stabilumas, krienų peroksidazės ribotas nusodinimas ant kietų paviršių. Berlyno mėlynasis - tai vandenilio peroksido redukcijos reakcijos katalizatorius, pasižymintis dideliu selektyvumu bei efektyvumu vandenilio peroksido redukcijos reakcijos katalizei, todėl Berlyno mėlynasis kartais vadinamas „dirbtine peroksidaze“ (A. A. Karyakin, 1999; Z. Gao et ai., 2014). Taigi, gliukozės biologinių jutiklių, neturinčių vandenilio peroksido redukcijos katalizatorių, naudojimas turi trūkumų:
1) tiesioginis analičių amperometrinis nustatymas tradiciniuose elektroduose reikalauja santykinai aukšto potencialo, kuriam esant tirpale gali lengvai oksiduotis kitos medžiagos.
2) siekiant išvengti pašalinių medžiagų oksidacijos srovių įtakos matavimų rezultatams, naudojami papildomi apsauginiai sluoksniai (pvz., celiuliozės-acetatinės membranos, nafiono danga, sintetiniai polimerai), tačiau dangos nepilnai apsaugo nuo nepageidaujamų jonų ar molekulių, pvz., askorbo, šlapimo rūgščių, prasiskverbimo (A. Ambrozy et ak, 2013), prailgina biojutiklio atsako laiką (M.S. Alaejos ir J.G. Montelongo, 2004) taip pat turi būti suteiktas santykinai aukštas darbinis potencialas.
Nafiono danga apsaugo biojutiklį nuo anijoninių elektrochemiškai aktyvių medžiagų patekimo prie biojutiklio paviršiaus - šios medžiagos nėra oksiduojamos biojutiklio paviršiuje ir todėl nedaro įtakos matavimų rezultatams (S.H. Lim, 2005; L. Yang, 2009). Nepaisant to, kad nafiono danga apsaugo matavimo rezultatus nuo analizės tikslumui įtaką darančių oksidacijos srovių (sukeliamų pašalinių medžiagų oksidacijos biojutiklio paviršiuje), naudojant nafiono dangą biojutikliui turi būti suteikiamas santykinai aukštas darbinis potencialas, nors yra žinoma, kad žemas darbinis potencialas, palaikomas analizės metu, daro teigiamą įtaką ląstelių proliferacijai (A. Vaitkuvienė et ai., 2013). Siekiant sumažinti biojutiklio darbinį potencialą ir taip išvengti pašalinių elektrochemiškai aktyvių medžiagų oksidacijos, kaip vienas iš variantų, grafito elektrodas, modifikuotas polipirolu, Berlyno mėlynuoju ir gliukozės oksidazės kompozitiniu sluoksniu, neseniai buvo aprašytas A. Ramanavičiaus ir kitų bendraautorių (A. Ramanavičius, 2017).
Pastaruoju metu didelį susidomėjimą šioje srityje sukėlė neorganiniai vandenilio peroksido redukcijos reakcijos katalizatoriai, tame tarpe - elektrokataliziniai pereinamųjų metalų heksacianoferatiniai kompleksai, ypatingai Berlyno mėlynasis, kuris pirmą kartą kaip „dirbtinė peroksidazė“ biojutiklyje gliukozės nustatymui buvo panaudotas 1995 metais Karyakin (A.A. Karyakin, 2001). Ant Berlyno mėlynojo paviršiaus gali vykti molekulinio deguonies ir vandenilio peroksido redukcija. Vandenilio peroksido redukcijos reakcija gali būti katalizuojama Berlyno mėlynuoju (K. Itaya et ai., 1984). Kiti neorganiniai vandenilio peroksido redukcijos reakcijos katalizatoriai, ne tik tarp heksacianoferatinių kompleksų, bet ir tarp kitų žinomų H2O2 redukcijos mediatorių, nepasižymi tokiu efektyvumu, kaip Berlyno mėlynasis. H2O2 redukcijos srovė, matuojama naudojant Berlyno mėlynuoju modifikuotą elektrodą, dukart didesnė nei O2 redukcijos srovė, tuo tarpu platina ar kiti taurieji metalai nepasižymi selektyvumu vandenilio peroksido redukcijai esant molekuliniam deguoniui (A.A. Karyakin et ai., 2001; A.A. Karyakin et ai., 1998; A.A. Karyakin and E.E. Karyakina, 1999).
Formuojant gliukozės biojutiklius svarbu parinkti substratą, tinkamą elektrochemiškai aktyvaus sluoksnio formavimui. Substratas turi pasižymėti aukštu elektrocheminiu aktyvumu, taip pat cheminiu bei mechaniniu stabilumu. Pastaruoju metu titano oksidas plačiai naudojamas gliukozės biojutiklių kūrime. Titanas pasižymi biosuderinamumu, atsparumu korozijai bei žema kaina (lyginant titaną su kitomis medžiagomis, naudojamomis substratu formuojant gliukozės biojutiklius, pvz.: auksu ir platina). Be minėtų naudingų titano savybių, titanas pasižymi ir tinkamumu būti modifikuojamam Berlyno mėlynojo danga, padengiama atliekant cheminj arba elektrocheminį nusodinimą.
Kai kurių gliukozės biojutiklių formavimo metu, Berlyno mėlynojo danga buvo padengta ant titano oksido nanodalelių ar titano oksido zolio-gelio pavidalo junginių, skirtingų elektrodo medžiagų (SnO2, platinos, aukso, stiklo, anglies ir kt.). Tačiau šie dengimo metodai turi ir trūkumų:
1) T1O2 nanodalelių ar zolių-gelių sintezė pati savaime yra brangi procedūra.
2) Titano oksido nanodalelių sintezės procesai yra daugiapakopiai ir sudėtingi, todėl metalurginio Ti panaudojimas keliais žingsniais supaprastina ir atpigina procesą.
Vienas iš fermentų imobilizavimo biojutikliuose metodų yra imobilizacija, atliekama panaudojant elektrai laidžius polimerus - šie polimerai gali būti naudojami kaip terpė, skirta kovalentiniam fermentų prijungimui arba jų adsorbavimui. Biomolekulių imobilizavimas, atliekamas naudojantis elektrai laidžiais polimerais (pvz., polipirolu), taip pat palengvina elektrono pernašą nuo fermento į elektrodą. Šiame išradime gliukozės oksidazės imobilizavimui buvo panaudotas polipirolo pasluoksnis.
Trumpas išradimo aprašymas
Išradime pateikta Berlyno mėlynojo nusodinimo ant titano pagrindo metodika, kuri apima cheminį bei elektrocheminį Berlyno mėlynojo nusodinimo ant titano metalurginės plokštelės būdą. Šioje metodikoje taip pat panaudojamos polipirolo pasluoksnio nusodinimo bei gliukozės oksidazės imobilizavimo procedūros, atliekamos siekiant suformuoti gliukozės biojutiklius.
Darbo metu pagaminti tokio tipo biojutikliai:
1. Biojutiklis, suformuotas padengiant titano elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę.
2. Biojutiklis, suformuotas padengiant titano elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę.
3. Biojutiklis, suformuotas padengiant titano elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, ant jo elektrochemiškai nusodinant polipirolo dangą bei imobilizuojant gliukozės oksidazę naudojantis gliutaro aldehido garais.
4. Biojutiklis, suformuotas ant titano plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais.
5. Biojutiklis, suformuotas ant titano plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį kaitinimo krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais.
6. Biojutiklis, suformuotas ant titano plokštelės chemiškai padengiant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę elektrocheminės polipirolo polimerizacijos metu.
7. Biojutiklis, suformuotas padengiant Berlyno mėlynojo pasluoksnį elektrochemiškai, iškaitinant pasluoksnį krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais.
Detalus išradimo aprašymas
Medžiagos ir metodai
Fermentas - gliukozės oksidazė (GO) (360 U mg'1), gliukozė, FeCh x 6 H2O, NaCI, NaH2PO4 ir K3[Fe(CN)6] buvo įsigytos iš „ROTH“ įmonės. Pirolas įsigytas iš „Alfa Aesar“ įmonės. Darbo metu paruoštų tirpalų gamybai buvo naudojamas ultrafiltracinis vanduo.
Darbo metu atliktoms elektrocheminio matavimo ir elektrocheminio nusodinimo procedūroms buvo naudojamas prie kompiuterio prijungtas pAUTOLAB potenciostatas/galvanostatas su instaliuota programine įranga GPES. Elektrocheminiai procesai buvo vykdomi trijų elektrodų celėje, kurioje darbiniu elektrodu naudota titano plokštelė (paviršiaus plotas 1 cm2), palyginamuoju Ag/AgCI/KCI(sotus) elektrodas, pagalbiniu - titano plokštelė.
Elektrocheminis Berlyno mėlynojo (BM), polipirolo (PP) ir kompozicinio BM/PP/GO sluoksnio nusodinimas bei chronoamperometriniai biojutiklių tyrimai atlikti naudojantis pAUTOLAB potenciostatu/galvanostatu, įsigytu iš ECO-Chemie įmonės (Utrechtas, Olandija). Elektrocheminiai procesai buvo vykdomi trijų elektrodų celėje, kurioje darbiniu elektrodu naudota titano plokštelė (paviršiaus plotas 1 cm2), palyginamuoju - Ag/AgCI/KCI(sotus) elektrodas, pagalbiniu - titano plokštelė. Chronoamperometrinių matavimų metu darbiniam elektrodui suteiktas 0,05 V potencialas Ag/AgCI/KCI(sotus) elektrodo atžvilgiu. Matavimai buvo atliekami pH 7,3 buferiniame tirpale, sudarytame iš 0.1 M NaCI ir 0.01 M NaH2PO4. Prieš įlašinant gliukozės į buferinį tirpalą, buvo laukiama, kol nusistovės pastovi srovė elektrocheminėje celėje. Tuomet į buferinį tirpalą buvo įlašinama 1 M gliukozės tirpalo bei įjungiamas maišymas (magnetinė maišyklė), kad gliukozės koncentracija visame tirpalo tūryje būtų vienoda. Po 1 - 2 min. maišymas buvo išjungiamas, po maišymo išjungimo nusistovėdavo pastovi elektros srovė, kuri buvo registruojama. Tyrimų metu matuotas elektros srovės pokytis (atsiradęs po gliukozės įlašinimo į buferinį tirpalą), kuris yra proporcingas gliukozės koncentracijai tirpale.
Brėžinių aprašymas
1a paveikslas. Biojutikliu, suformuotu padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai (atliekant 40 voltamperometrinių ciklų), vėliau ant jo polipirolo elektrocheminio nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
1b paveikslas. Biojutikliu, suformuotu padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai (atliekant 50 voltamperometrinių ciklų), vėliau ant jo polipirolo elektrocheminio nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, ant jo elektrochemiškai nusodinant polipirolo dangą bei imobilizuojant gliukozės oksidazę naudojantis gliutaro aldehido garais, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu ant Ti plokštelės chemiškai nusodinant
Berlyno mėlyno pasluoksnį ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu ant Ti plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį kaitinimo krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu ant Ti plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį kaitinimo krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę elektrocheminės polipirolo polimerizacijos metu, srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Biojutikliu, suformuotu padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlyno pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir su gliutaro aldehido garais imobilizuojant gliukozės oksidazę, srovės tankio priklausomybės nuo koncentracijos tirpale kreivės.
paveikslas. Visų aštuoniais skirtingais būdais (įskaitant 1a ir 1b) pagamintų biojutikliu palyginimas. Visi biojutikliai buvo tiriami pagaminimo dieną.
Detali eiga
Gaminant gliukozės biojutiklį pirmiausia ant titano plokštelės buvo padengiamas Berlyno mėlynojo (BM) pasluoksnis. Tai buvo atliekama:
a) elektrochemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo sluoksnį ant titano plokštelės ciklinės voltamperometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V(Ag/AgCI/KCI(sotus) atžvilgiu) 1 mM FeCb ir K3[Fe(CN)6] tirpale
b) chemiškai nusodinant Berlyno mėlynąjį, laikant titano plokštelę 1 mM FeCb ir K3[Fe(CN)6] tirpale
c) Berlyno mėlynojo pasluoksnis buvo iškaitinamas krosnyje 1 vai. 100 °C arba naudojamas be iškaitinimo
d) ant Berlyno mėlynojo pagrindo elektrochemiškai dengiamas polipirolo sluoksnis, po to imobilizuojamas fermentas - gliukozės oksidazė.
Gliukozės oksidazės imobilizacija atlikta:
a) elektrochemiškai nusodinant polipirolą pirolo (30 mM), FeCl3(1 mM), K3[Fe(CN)6] (1 mM) bei gliukozės oksidazės (1 mg ml’1) mišinyje skleidžiant potencialą nuo 0,4 iki 0,8 V (Ag/AgCI/KCI(sotus) atžvilgiu) ciklinės voltamperometrijos būdu
b) užlašinant ant elektrodo, padengto Berlyno mėlynojo pasluoksniu, 40 mg ml'1gliukozės oksidazės tirpalo (pagaminto ph 7,3 fosfatiniame buferyje), jį išdžiovinant ore bei laikant virš gliutaro aldehido 25 % tirpalo 15 min.
Ciklinės voltamperometrijos metu pagalbiniu elektrodu buvo naudojama titano plokštelė, palyginamuoju - Ag/AgCI (KCI (kone.)) elektrodas.
Amperometrinių tyrimų metu darbiniam elektrodui buvo suteiktas 0,05 V potencialas Ag/AgCI/KCI(sotus) elektrodo atžvilgiu. Pagalbiniu elektrodu naudota Ti plokštelė.
Gaminant skirtingus biojutiklius, buvo pastebėta, kad biojutikliai, suformuoti imobilizuojant fermentą - gliukozės oksidazę - su gliutaro aldehido garais bei cheminiu būdu padengiant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, analizės metu pasižymi didesniu srovės tankiu (siekė iki 33,9 pA-cm-2), gaunamu po gliukozės {lašinimo į analizuojamą tirpalą, nei biojutikliai, suformuoti elektrochemiškai padengiant Berlyno mėlynojo pasluoksnį bei elektrocheminės pirolo polimerizacijos metu imobilizuojant gliukozės oksidazę (jų generuojamas srovės tankis siekė iki 23,8 pA-cnr2).
Iškaitinus Berlyno mėlynojo pasluoksnį, padidėja tyrimo metu biojutiklio generuojamos srovės tankis: tiriant biojutiklius, suformuotus padengiant titano elektrodą Berlyno mėlyno pasluoksniu elektrochemiškai ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę, didžiausias registruotas srovės tankis buvo 12pA-cm'2, o tiriant biojutiklius, suformuotus padengiant titano elektrodą Berlyno mėlyno pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę, didžiausias tyrimų metu registruotas srovės tankis buvo 23,8 pA-cm-2.
Tiriant biojutiklius, suformuotus padengiant titano plokštelę Berlyno mėlynuoju chemiškai, iškaitinant dangą ir imobilizuojant gliukozės oksidazę elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu, buvo pastebėta, kad gliukozės mėginio analizės metu šio tipo biojutiklių generuojama srovė pasiekė dideles vertes - viršijo 40 μΑ/cm2. Šio tipo biojutikliams būdingas ir platus nustatomos gliukozės koncentracijos intervalas elektros srovės stipris dažniausiai ženkliai didėjo po gliukozės koncentracijos padidėjimo mėginyje tol, kol gliukozės koncentracija pasiekdavo 100 mM.
Tiriant biojutiklius, suformuotus padengiant titano plokštelę Berlyno mėlynuoju elektrochemiškai, iškaitinant dangą ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais, buvo pastebėta, kad gliukozės mėginio analizės metu šio tipo biojutiklių generuojama srovė dažniausiai neviršydavo -15 μΑ/cm2. Šio tipo biojutikliams būdingas siauras nustatomos gliukozės koncentracijos intervalas elektros srovės stipris dažniausiai ženkliai didėjo po gliukozės koncentracijos padidėjimo mėginyje tol, kol gliukozės koncentracija pasiekdavo 6 mM. Taip pat šio tipo biojutikliams būdingas stabilumas laike - tiriant gliukozės mėginį šio tipo biojutikliais, praėjus savaitei po biojutiklio pagaminimo, generuojamos srovės stipris dažnai būdavo neženkliai mažesnis ar didesnis nei atliekant tyrimą biojutiklio pagaminimo dieną.
Apibendrinant galima teigti, kad biojutikliai, suformuoti padengiant titano elektrodą Berlyno mėlyno pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę pasižymi geriausiomis savybėmis.
Jautriausi gliukozės biojutikliai suformuoti naudojant cheminį Berlyno mėlynojo nusodinimą ir gauto pasluoksnio iškaitinimą.
Biojutikliai, suformuoti elektrochemiškai padengiant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį ir chemiškai imobilizuojant gliukozės oksidazę, buvo stabiliausi.
Išradimo įgyvendinimo pavyzdžiai
Žemiau yra pateikti išradimo gamybos pavyzdžiai. Išradimas nėra ribojamas šiais pavyzdžiais.
pavyzdys. Biojutiklis, suformuotas padengiant titano elektrodą Berlyno mėlyno pasluoksniu elektrochemiškai ir elektrocheminio polipirolo nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę (1) buvo paruoštas taip: Berlyno mėlyno pasluoksnis buvo nusodintas ant titano plokštelės ciklinės voltamperometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] tirpale 40 ciklų (1a pav.) arba ciklų (1b pav.). Vėliau ant elektrodo buvo imobilizuojama gliukozės oksidazė - tai buvo atliekama elektrochemiškai nusodinant polipirolą pirolo (30 mM), gliukozės oksidazės (1 mg ml·1) bei 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)e] tirpale ciklinės voltamerometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 20 ciklų. Šiuo biojutiklių išmatuotos elektros tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 1a pav. ir 1b pav.
pavyzdys (1-as + BM kaitinimas). Biojutiklis, suformuotas padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir polipirolo elektrocheminio nusodinimo metu imobilizuojant gliukozės oksidazę (2 pav.) buvo ruošiamas nusodinant Berlyno mėlyno pasluoksnį ant titano plokštelės ciklinės voltamperometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] tirpale 40 ciklų. Po to Berlyno mėlyno pasluoksniu padengtas Ti buvo iškaitintas 100 °C temperatūros kaitinimo krosnyje 1 vai., atvėsintas iki kambario temperatūros, nuplautas miliporiniu vandeniu ir išdžiovintas ore. Ant išdžiovinto elektrodo buvo imobilizuojama gliukozės oksidazė tai buvo atliekama elektrochemiškai nusodinant polipirolą pirolo (30 mM), gliukozės oksidazės (1 mg ml·1) bei 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] tirpale ciklinės voltamerometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 20 ciklų. Šiuo biojutiklių išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 2 pav.
pavyzdys. Biojutiklis, suformuotas padengiant titano elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, ant jo elektrochemiškai nusodinant polipirolo dangą bei imobilizuojant gliukozės oksidazę naudojantis gliutaro aldehido tirpalu (3 pav.) buvo ruošiamas taip: Berlyno mėlynojo pasluoksnis buvo nusodintas ant Ti plokštelės ciklinės voltamperometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] tirpale 40 ciklų. Nusodinus Berlyno mėlynojo dangą ant jos buvo nusodinta polipirolo danga. Tai buvo atlikta ciklinant elektrodą pirolo mišinyje (sudarytame iš pirolo (30 mM) ir FeCh(1 mM) bei K3[Fe(CN)e] (1 mM)) 20 ciklų skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V. Gautas elektrodas buvo nuplautas miliporiniu vandeniu, išdžiovintas ore. Po to ant elektrodo buvo lašinamas gliukozės oksidazės tirpalas (40 mg ml·1 gliukozės oksidazės tirpalas pH 7,3 fosfatiniame buferyje), drėgnas elektrodas išdžiovintas ore ir įfiksuotas virš gliutaro aldehido (25 %) tirpalo, laikytas virš jo 15 min. Šiuo biojutiklių išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 3 pav.
pavyzdys. Biojutiklis, suformuotas ant titano plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais (4 pav.) buvo paruoštas įmerkiant Ti plokštelę į 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] mišinį, laikant plokštelę mišinyje 60 min., ištraukiant, nuplaunant miliporiniu vandeniu ir išdžiovinant ore. Gliukozės oksidazė imobilizuota užlašinant gliukozės oksidazės tirpalo (40 mg ml·1 gliukozės oksidazės tirpalas pH 7,3 fosfatiniame buferyje), išdžiovinant drėgną elektrodą ore ir įfiksuojant virš gliutaro aldehido (25 %) tirpalo, laikant virš jo 15 min. Biojutikliu išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 4 pav.
pavyzdys (4-tas + BM iškaitinimas). Biojutiklis, suformuotas ant Ti plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį, iškaitinant jį kaitinimo krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę su gliutaro aldehido garais (5 pav.) buvo paruoštas įmerkiant Ti plokštelę į 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] mišinį, laikant plokštelę mišinyje 40 min. Po to Berlyno mėlynojo pasluoksniu padengtas Ti buvo iškaitintas 100 °C temperatūros kaitinimo krosnyje 1 vai., atvėsintas iki kambario temperatūros, nuplautas miliporiniu vandeniu ir išdžiovintas ore. Gliukozės oksidazė imobilizuota užlašinant gliukozės oksidazės tirpalo (40 mg ml’1 gliukozės oksidazės tirpalas pH 7,3 fosfatiniame buferyje), išdžiovinant drėgną elektrodą ore ir įfiksuojant virš gliutaro aldehido (25 %) tirpalo, laikant virš jo 15 min. Šiuo biojutikliu išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 5 pav.
pavyzdys. Biojutiklis, suformuotas ant Ti plokštelės chemiškai nusodinant Berlyno mėlyno pasluoksnį, iškaitinant jį kaitinimo krosnyje ir imobilizuojant gliukozės oksidazę polipirolo elektrocheminio nusodinimo metu (6) buvo paruoštas įmerkiant titano plokštelę į 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)6] mišinį, laikant plokštelę mišinyje 40 min. Po to Berlyno mėlyno pasluoksniu padengtas Ti buvo iškaitintas 100 °C temperatūros kaitinimo krosnyje 1 vai., atvėsintas iki kambario temperatūros, nuplautas miliporiniu vandeniu ir išdžiovintas ore. Ant išdžiovinto elektrodo buvo imobilizuojama gliukozės oksidazė - tai buvo atliekama elektrochemiškai nusodinant polipirolą pirolo (30 mM), gliukozės oksidazės (1 mg ml·1) bei 1 mM FeCh ir K3[Fe(CN)e] tirpale ciklinės voltamerometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 20 ciklų. Šiuo biojutikliu išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 6 pav.
pavyzdys. Biojutiklis, suformuotas padengiant Ti elektrodą Berlyno mėlynojo pasluoksniu elektrochemiškai, iškaitinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį krosnyje ir su gliutaro aldehido garais imobilizuojant gliukozės oksidazę (7 pav.), buvo ruošiamas nusodinant Berlyno mėlynojo pasluoksnį ant Ti plokštelės ciklinės voltamperometrijos būdu, skleidžiant potencialą nuo 0,4 V iki 0,8 V 1 mM FeCb ir K3[Fe(CN)6] tirpale 40 ciklų. Po to Berlyno mėlynojo pasluoksniu padengtas Ti buvo iškaitintas 100 °C temperatūros kaitinimo krosnyje 1 vai., atvėsintas iki kambario temperatūros, nuplautas miliporiniu vandeniu ir išdžiovintas ore. Gliukozės oksidazė imobilizuota užlašinant gliukozės oksidazės tirpalo (40 mg ml·1 gliukozės oksidazės tirpalas pH 7,3 fosfatiniame buferyje), išdžiovinant drėgną elektrodą ore ir {fiksuojant virš gliutaro aldehido (25 %) tirpalo, laikant virš jo 15 min. Šiuo biojutikliu išmatuotos srovės tankio priklausomybės nuo gliukozės koncentracijos tirpale kreivės pateiktos 7 pav.
Literatūra
1. Alaejos M.S. and Montelongo J.G. Application of Amperometric Biosensors to the Determination of Vitamins and r-Amino Acids. Chem. Rev. 104, 2004, p. 32393265.
2. Amrozy A., Hlavata L., Labuda J. Protective membranes at electrochemical biosensors. Actą Chimica Slovaką 6 (2013), p. 35-41.
3. Chaubey A., Malhotra B.D. Mediated biosensors. Biosensors and Bioelectronics, 17 (6 - 7), 2002, p. 441 -456.
4. Dzyadevych S.V., Arkhypova V.N., Soldatkin A.P., El’skaya A.V., Martelei C., Jaffrezic-Renault N. Amperometric enzyme biosensors: Past, present and future. IRBM, 29 (2 - 3), 2008, p. 171 - 180.
5. Gao Z., Qu Y., Li T., Shrestha N.K., Song Y. Development of Amperometric Glucose Biosensor Based on Prussian Blue Functionlized T1O2 Nanotube Arrays. Scientific Reports 4, 2014, 6891.
6. Yang L., Ren X., Tang F., Zhang L. A practical glucose biosensor based on Fe3O4 nanoparticles and chitosan/nafion composite film. Biosensors and Bioelectronics 25 (4), 2009, p. 889 - 895.
7. Yoo E.H., Lee S.Y. Glucose Biosensors: An Overview of Ūse in Clinical Practice. Sensors, 10(5), 2010, p. 4558-4576.
8. Itaya K., Shoji N., Uchida I. Catalysis of the reduction of molecular oxygen to water at Prussian Blue modified electrodes. J. Am. Chem. Soc. 106, 1984, 34233429.
9. Karyakin A.A., Karyakina E.E. Prussian Blue-based ‘artificial peroxidase’ as a transducer for hydrogen peroxidase detection. Application to biosensors, sensors and Actuators B 57, 1999, p. 268-273.
10. Karyakin, A.A. Prussian Blue and Its Analogues: Electrochemistry and Analytical Applications. Electroanalysis 13, 2001, p. 813-819.
11. Karyakin, A.A., Karyakina, E.E., Gorton, L. The electrocatalytic activity of Prussian blue in hydrogen peroxidase reduction studied using a wall-jet electrode with continuous flow. Electroanalytical Chemistry 456, 1998, p. 97-104.
12. Koopal C.G.J., Bos A.A.C.M., Nolte R.J.M. Third-generation glucose biosensor incorporated in a conducting printing ink. Sensors and Actuators B: Chemical, 18 (1 - 3), 1994, p. 166 - 170.
13. Lim S.H., Wei J., Lin J., Li Q., Kua You J. A glucose biosensor based on electrodeposition of palladium nanoparticles and glucose oxidase onto Nafionsolubilized carbon nanotube electrode. Biosensors and Bioelectronics 20 (11), 2005, p. 2341 -2346.
14. Mei S., Wang H., Wang W., Tong L., Pan H., Ruan C., Ma Q., Liu M., Yang H., Zhang L., Cheng Y., Zhang Y., Zhao L., Chu P.K. Antibacterial effects and biocompatibility of titanium surfaces with graded silver incorporation in titania nanotubes. Biomaterials 35, 2014, 4255-4265.
15. Monošik R., Stred’ansky M., Šturdik E. Biosensors — classification, characterization and new trends. Actą Chimica Slovenica, 5 (1), 2012, p. 109 - 120.
16. Mulchandani A. Principles of Enzyme Biosensors. Enzyme and Microbial Biosensors, 6, 1999, p. 3 - 14.
17. Park M., Tsai S. L., Chen W. Microbial Biosensors: Engineered Microorganisms as the Sensing Machinery. Sensors, 13 (5), 2013, p. 5777 - 5795.
18. Qian J., Liu Y., Liu H. et ai. Characterization of regenerated šilk fibroin membrane for immobilisation of peroxidase and construction of an amperometric hydrogen peroxide sensor employing phenazinemethosulphate as electron shuttle. J ElectroanalChem 1995; 397:157-162.
19. Ramanavicius A., Rekertaitė A.I., Valiūnas R., Valiūnienė A. Single-step procedure for the modification of graphite electrode by composite layer based on polypyrrole, Prussian blue and glucose oxidase. Sensors and Actuators B: Chemical, 240, 2017, p. 220-230.
20. Ruzgas T., Csoregi E., Emneus J., Gorton L., Marko-Varga G. Peroxidasemodified electrodes: Fundamentais and application. AnalyticaChimicActa, 1996, 123138.
21. Su L., Jia W., Hou C., Lei Y. Microbial biosensors: A revievv. Biosensors and Bioelectronics, 26 (5), 2011, p. 1788-1799.
22. Vaitkuviene A., Kašėta V., Voronovic J., Ramanauskaite G., Biziuleviciene
G., Ramanaviciene A., Ramanavicius A. Evaluation of cytotoxicity of polypyrrole nanoparticles synthesized by oxidative polymerization. Journal of Hazardous Materials, 250-251,2013, p. 167-174.
23. Wang J. Electrochemical Glucose Biosensors. Chemical Reviews, 108 (2), 2008, p. 814-825.
24. Zhang M., Yuan R., Chai Y., Li W., Zhong H., Wang C. Glucose biosensor based on titanium dioxide-multiwall carbon nanotubes-chitosan composite and functionalized gold nanoparticles. Bioprocess and Biosystems Engineering 34, 2011, p. 1143-1150.
Claims (13)
- Išradimo apibrėžtis1. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnio, skirto elektronų pernašai ir medžiagų imobilizacijai, gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad apima Berlyno mėlynojo pasluoksnio padengimą ant titano plokštelės.
- 2. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnio pagal 1 punktą gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad padengimas yra atliekamas cheminiu būdu.
- 3. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnio pagal 1 punktą gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad padengimas yra atliekamas elektrocheminiu būdu skleidžiant elektrinį potencialą nuo 0,4 iki 0,8 V.
- 4. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnis gautas būdu pagal 2 punktą.
- 5. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnis gautas būdu pagal 3 punktą.
- 6. Biojutiklio elektrodo paviršiaus sluoksnis pagal 4 arba 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėtas pagrindas yra kaitinamas krosnyje 1 vai. 100 °C temperatūroje.
- 7. Biojutiklio elektrodo gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad ant elektrodo paviršiuje suformuoto sluoksnio, pagal bet kurį vieną iš 4 - 6 punktų, yra imobilizuojamas fermentas, skirtas analitės koncentracijos nustatymui mėginyje.
- 8. Biojutiklio elektrodo gamybos būdas, pagal 7 punktą, besiskiriantis tuo, kad prieš fermento imobilizavimą ant Berlyno mėlynojo pasluoksnio, gauto elektrocheminio nusodinimo ant elektrodo paviršiaus būdu, yra susintetinamas polipirolo sluoksnis.
- 9. Biojutiklio elektrodo gamybos būdas, pagal 7 arba 8 punktą, besiskiriantis tuo, kad ant modifikuoto elektrodo pagrindo imobilizuoti skirtas fermentas yra gliukozės oksidazė.
- 10. Gliukozės biojutiklio elektrodo pagal 9 punktą gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad gliukozės oksidazės imobilizavimas yra atliekamas cheminiu arba elektrocheminiu būdu.
- 11. Gliukozės biojutiklio elektrodo pagal 10 punktą gamybos būdas, besiskiriantis tuo, kad gliukozės oksidazės cheminis imobilizavimas yra atliekamas glutaro aldehido garais.
- 12. Biojutiklio elektrodas, gautas būdu pagal 7 arba 8 punktą.
- 13. Gliukozės biojutiklio elektrodas, gautas būdu pagal bet kurį vieną iš 9 -11 punktų.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2017526A LT6624B (lt) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | Berlyno mėlynojo pasluoksnio ant titano pagrindo formavimo metodai ir jų taikymas gliukozės biologiniuose jutikliuose |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2017526A LT6624B (lt) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | Berlyno mėlynojo pasluoksnio ant titano pagrindo formavimo metodai ir jų taikymas gliukozės biologiniuose jutikliuose |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2017526A LT2017526A (lt) | 2019-03-25 |
| LT6624B true LT6624B (lt) | 2019-05-27 |
Family
ID=65799821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2017526A LT6624B (lt) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | Berlyno mėlynojo pasluoksnio ant titano pagrindo formavimo metodai ir jų taikymas gliukozės biologiniuose jutikliuose |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6624B (lt) |
-
2017
- 2017-09-21 LT LT2017526A patent/LT6624B/lt unknown
Non-Patent Citations (16)
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2017526A (lt) | 2019-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jia et al. | Elimination of electrochemical interferences in glucose biosensors | |
| KR100360774B1 (ko) | 효소전극센서 및 그 제조방법 | |
| Yuan et al. | Highly ordered platinum‐nanotubule arrays for amperometric glucose sensing | |
| Yang et al. | Development of needle-type glucose sensor with high selectivity | |
| Emr et al. | Use of polymer films in amperometric biosensors | |
| Khoo et al. | Studies of sol− gel ceramic film incorporating methylene blue on glassy carbon: an electrocatalytic system for the simultaneous determination of ascorbic and uric acids | |
| Haghighi et al. | Direct electron transfer from glucose oxidase immobilized on an overoxidized polypyrrole film decorated with Au nanoparticles | |
| Lei et al. | An amperometric hydrogen peroxide biosensor based on immobilizing horseradish peroxidase to a nano-Au monolayer supported by sol–gel derived carbon ceramic electrode | |
| US5540828A (en) | Method for making electrochemical sensors and biosensors having a polymer modified surface | |
| Pantano et al. | Enzyme‐modified microelectrodes for in vivo neurochemical measurements | |
| US8309362B2 (en) | Process for the preparation of modified electrodes, electrodes prepared with said process, and enzymatic biosensors comprising said electrodes | |
| Elzanowska et al. | Hydrogen peroxide detection at electrochemically and sol‐gel derived IR oxide films | |
| Leonardi et al. | In-situ grown flower-like nanostructured CuO on screen printed carbon electrodes for non-enzymatic amperometric sensing of glucose | |
| Sekli-Belaidi et al. | Voltammetric microsensor using PEDOT-modified gold electrode for the simultaneous assay of ascorbic and uric acids | |
| Roy et al. | Vertically aligned carbon nanotube probes for monitoring blood cholesterol | |
| Yang et al. | Glucose sensor using a microfabricated electrode and electropolymerized bilayer films | |
| JPH0419503B2 (lt) | ||
| Wang et al. | Impedimetric and amperometric bifunctional glucose biosensor based on hybrid organic–inorganic thin films | |
| Lei et al. | Immobilization of enzymes on the nano‐Au film modified glassy carbon electrode for the determination of hydrogen peroxide and glucose | |
| Narayanan et al. | Towards a dual in-line electrochemical biosensor for the determination of glucose and hydrogen peroxide | |
| Kumar et al. | Selective detection of uric acid in the presence of ascorbic acid and dopamine using polymerized luminol film modified glassy carbon electrode | |
| Dhara et al. | Cupric oxide modified screen printed electrode for the nonenzymatic glucose sensing | |
| Wang et al. | One-step electropolymeric co-immobilization of glucose oxidase and heparin for amperometric biosensing of glucose | |
| Torrinha et al. | Microfluidic platform with an embedded pencil graphite electrode biosensor for the detection of glucose and cadmium | |
| Valiūnienė et al. | Amperometric glucose biosensor based on titanium electrode modified with prussian blue layer and immobilized glucose oxidase |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20190325 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20190527 |