NO163584B - Anordning for deteksjon av en bestanddel i en flytende proeve ved maaling av endringer i konduktivitet. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger for detek-

sjon av en bestanddel i en flytende prøve ved måling av endringer i konduktivitet.

Fremgangsmåter for analyse av flytende materiale, f.eks. industrielle og biologiske væsker, er velkjente. Til tross for de mange forskjellige prøvene som er blitt utviklet for bestemmelse av bestemte bestanddeler i væsker, foreligger det en likhet mellom trinnene forbundet med hver fremgangsmåte. F.eks. må det samles opp en egnet prøve eller et egnet prøveeksemplar som er tilfellet med kroppsvæsker, dette betyr at det må tas en egnet prøve av urin, blod, etc.

fra en pasient. Prøven eller prøveeksemplaret må så lagres på en egnet måte og preserveres dersom den ikke analyseres øyeblikkelig. Ofte må prøven prepareres ved sentrifugering, filtrering, fortynning, etc. og deretter omsettes med passende kjemiske reagenser. Til sist er det nødvendig å trekke ut informasjon om prøven eller prøveeksemplaret ved å overføre et kjemisk signal, som kan være en fargeendring, til et elektronisk signal som igjen kan behandles og kombineres med andre relevante data for å nå frem til en endelig bestemmelse av en spesifikk bestanddel som er tilstede i prøven eller prøveeksemplaret, og derved lette en klinisk bedømmelse.

Vanlige flytende reagenssystemer har en tendens til å være kompliserte, tidkrevende og kostbare. I tilfellet med optiske systemer må det tilveiebringes en lyskilde, det må skje en spektrum- eller styrkeendring under reaksjonen mellom reagens og prøve og denne endringen må påvises og behandles.

De vesentlige trinnene som trenges ved elektrokjemiske analysesystemer, er noe redusert, men krever fremdeles en sondeinnretning for strømstyrkemåling med en konstant spenningskilde, en spesifikk elektrode og en strømstyrke-monitor.

Testinnretninger med reagensstrimler har hatt bred bruk

i mange analytiske anvendelser, særlig i de kjemiske analyser av biologiske væsker, på grunn av deres forholdsvis lave kostnad, lettvinte bruk og hurtighet når det gjelder å

oppnå resultater. Innen medisinen kan f.eks. mange fysiolo-giske funksjoner overvåkes kun å dyppe réagensstrimler i eh prøve av kroppsvæske, slik som urin eller blod, og iaktta en påvisbar responsf slik som en endring i farge eller en endring i lysmengder reflektert fra, eller absorbert av, reagensstrimmelen. En optisk innretning, slik som en lysmåler for refleksjonskoeffisient, trenges for å automati-sere eller halvautomatisere analysen av réagensstrimler.

Ideelt sett burde en analyseinnretning og -fremgangsmåte

for påvisning av en bestanddel i en prøve omfatte et ikke-optisk føleelement som ikke har noen elektroder, ikke trenger noen direkte strømtilknytning, ikke krever noen membran,

er billig i en slik grad at det kan kastes, er spesifikt og følsomt, reagerer hurtig, er lett å bruke og kan anvendes direkte med et umodifisert prøveeksemplar.

Det er generelt kjent teknikker for å lage kvantitative kjemiske bestemmelser og estimeringer gjennom måling av endringen i ledningsevne i et testsystem før og etter reaksjon mellom stoffet som skal påvises og et prøvereagens. F.eks. omfatter en fremgangsmåte for kvantitativ bestemmelse av et enzym eller substrat, målingen av endringen i elektrisk ledningsevne i testsystemet som skyldes reaksjon mellom enzymene og substratet. Denne er beskrevet i en artikkel med tittelen "Conductivity Method for Determination of Urea" av W.T. Chin et al., publisert i Analytical Chemistry, november 1981, s. 1757-1760. Denne fremgangsmåten måler den elektrisk ledningsevne i en prøvevæske som inneholder urinstoff før og etter omsetning med urease, og krever deretter at det gjøres beregninger over endringen i ledningsevne .

En annen fremgangsmåte for analytisk å studere elementene

i en reaksjon mellom enzym og substrat er beskrevet i US patentskrift nr. 3.421.982. Apparaturen beskrevet i

US patentskrift nr. 3.421.982 omfatter en strømkrets som krever kontinuerlig manuell justering for å få en måling av endringen i ledningsevne etter reaksjon mellom prøvevæske og reagens. Videre er fremgangsmåten basert på den antakelse at reaksjonen gir et lineært forhold for endring i ledningsevne.

US patentskrift nr. 3.635.681 beskriver måleapparater for forskjeller i ledningsevne som omfatter et par sonder,

som hver omfatter et par elektroder med et mellomrom. Elektroder i den første sonden foreligger i intim kontakt

med et prøvereagens, slik som et enzym, innlemmet i grunnmassen. Elektrodene i den andre sonden foreligger også

i intim kontakt med en grunnmasse. Under bruk bringes den første og den andre sonden i kontakt med et ioneholdig medium som inneholder stoffet som skal påvises. Ledningsevnen målt av den andre sonden er avhengig av ledningsevnen i grunnmassen forbundet med elektrodene i sonden og det ioneholdige medium, og ledningsevnen i den første sonden er avhengig av ledningsevnen i det ioneholdige medium og grunnmassen forbundet med elektrodene i den første sonden, så

vel som av enhver endring i ledningsevne som er tilveiebrakt av en kjemisk reaksjon.

A.J. Frank og Kenji Honda, "Polypyrrole Coated Semiconductor Electrodes", J. Electrochem. Soc., 82-1:992 (1982) beskriver bruken av en overgangsmetall-katalysator (Ru) malt på polymer for å beskytte CdS- og CdSe-halvlederelektroder mot lyskorro-sjon i vandig elektrolytt.

N.N. Savvin, E.E. Gutman, I.A. Myasnikov og V.P. Bazov,

Kinet. Catal., 19(3):634 : 636 (1978), "Investigation of

the Elementary Stages of the Catalytic Decomposition of Hydrogen Peroxide on Metal Oxides by Conductometric Analysis and IR Spectroscopy" har på basis av eksperimentelle data vist at den primære hendelse ved nedbrytning av hydrogenperoksyd med metalloksyder (ZnO og NiO) omfatter preferanse-

brytning av O-O-bindingen i <I>^C^-molekylet slik at det dannes kjemisk adsorberte hydroksylradikaler. De superstøkio-metriske metallatomene i oksydene kan virke som aktive sentre for dekomponeringen av hydrogenperoksyd i gassfasen. Det iakttas endringer i ledningsevne i katalysatoren (ZnO, NiO) .

Omsetningen av FeCl^ oppløst i tørr nitrometan med polyacetylen, (CH) , resulterer i dannelsen av elektrisk ledende

x -1

polymerer av p-typen (o = 780 ohm ) ifølge A. Pron,

D. Billaud, I. Kulszewicz, C. Budrowski, J. Przyluski og

J. Suwalski, "Synthesis and Characterization of New Organic Metals Formed by Interaction of FeCl^ with Polyacetylene (CH)x and Poly(para)phenylene (c6Hg)x"' Mat. Res. Bull.,

16: 1229-1235 (1981). IR-spektra av (CHx) lett impregnert med FeCl^ avslører dannelsen av to nye bånd som er karakteri-stiske for andre p-type impregneringsprodukter av (CH)^. Mossbauer-spektroskopi viser at anionet som dannes ved reaksjonen er et høyspinn Fe(II)-kompleks. Impregneringen forårsaker betydelig endring i avstand mellom kjedene i (CH) påvist ved røntgendiffraksjon. Liknende reaksjon oppstår mellom poly (para) f enylen, (cgH4)x'°9 Fe('^3°9 forårsaker økningen i ledningsevne i komprimert poly(para)-fenylenpulver som følge av metallordning. Reaksjonsmekanismen er mer kompleks enn i tilfellet med (CH)^ ettersom Mossbauer-spektroskopi viser tilstedeværelsen av to typer Fe(II)-jernioner.

En kvantitativ teori for reduksjonen i elektrodeoverflate-konduktans forårsaket av absorberte ioner omtales av W.J. Anderson og W.N. Hansen, "Electrode Surface Conductance Measurements in an Electrochemical Cell", J. Electrochem. Soc, 121 (12 ): 1570-1575 (1974 ). Konduktansmålinger påvises

å gi et pålitelig mål for overflatekonsentrasjon av absorberte ioner. Endringer i den absorberte tilstanden påvises som en funksjon av elektrodepotensial. Konduktansmålingene brukes til å måle ionediffusjonshastigheten for I gjennom en vandig elektrolytt.

US patentskrift 4.334.880 beskriver et polyacetylen-element hvor de elektriske karakteristika for et spesifikt bindende stoff, slik som et antistoffmolekyl, brukes til å påvirke ledningsevnetilstanden i polyacetylenelementet.

R.A. Bull, F.R. Ran, A.J. Bard, "Incorporation of Catalysts into Electronically Conductive Polymers: Iron Phthalocyanine in Polypyrrole", J. Electrochem. Soc., 130(7):1636 (1983) beskriver deponeringen av polymer på en glassaktig karbonelek-trode og strømspenning-egenskaper studeres i et tradisjonelt elektrokjemisk system med motsatte elektroder. Det nevnes ikke noen ledningsevne-éndringer i polymeren.

W.W. Harvey, "Conductance of Germanium in Contact with Aqueous Electrolytes", Am. N.Y. Acad. Sei., 101:904-914

(1963) beskriver passeringen av strøm parallelt med grenseflaten i en halvleder som er i kontakt med en elektrolytt,

for å få elektrolytisk polarisering av grenseflaten. En del av den langsgående elektriske strømmen beveger seg i elektrolytten. Ettersom en vesentlig del av en påtryk-

ket potensialforskjell mellom halvleder og elektrolytt faller innenfor romladningsområdet til halvlederen, varierer overflatepotensialet på halvlederen med posisjonen som en konsekvens av polariseringen som ledsager langsgående elektrisk strøm.

US patentskrift nr. 3.574.072 beskriver den elektrokjemiske polymerisering av heterocykliske forbindelser, inkludert pyrrol.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en anordning for deteksjon av en bestanddel i en flytende prøve ved måling av endringer i konduktivitet. Denne er kjennetegnet ved at den innbefatter: en polymerkatalysator-transduser bestående hovedsaklig av en organisk eller uorganisk metallkatalysator og en polymer av en heterocyklisk forbindelse som er umettet i ringen;

metallelektroder i enten direkte eller indirekte kontakt med polymerkatalysator-transduseren for deteksjon av endringer i konduktiviteten for nevnte polymerkatalysator-transduser når transduseren bringes i kontakt med en flytende prøve; og

innretninger forbundet med elektrodene for måling av endringer i konduktiviteten for polymerkatalysator-transduseren.

Man kan forestille seg polymerkatalysator-transduserne som anvendes i anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse som omfattende polymer, hvori det finnes katalytiske sentre for nedbrytning av hydrogenperoksyd.

Polymeren som anvendes i anordningen ifølge oppfinnelsen er en heterocyklisk forbindelse som er umettet i ringen, valgt i henhold til kriterier som omfatter evnen til å kontrollere polymerparametrene, polymerens stabilitet, tilgjengeligheten av utgangsmateriale, muligheten for å derivatisere polymeren, evne til å bevirke reguleringer av ledningsevne, polymerens morfologi og fravær av reaksjon med væsker som skal testes eller analyseres. I overensstemmelse med disse kriteriene ble det valgt ut pyrrol-, tiofen-, pyridin-, furan- og purinpolymerer, både homopolymerer og kopolymerer. Inkludert som monomerer kan man f.eks. bruke ringforbindelser med 5- eller 6-ledd som, om ønsket, kan inneholde substituenter. Disse substituentene kan være valgt fra gruppen bestående

av radikaler av halogen, aromater, alkyl med 1-20 karbon-atomer, cykloalkyl, alkaryl, aralkyl, alkoksy, acyl etc, 2- metylfuran, 3-metylfuran, 2-etylfuran, 3-etylfuran, 3- n-butylfuran, 2-n-pentylfuran, 3-decylfuran, 2-tetradecyl-furan, 2,3-dimetylfuran, 2,3-dietylfuran, 3,4-di-n-propylfuran, 3,4-didodecylfuran, 2-klorfuran, 3-bromfuran, 3,4-diklorfuran, 2,3-dijodfuran, 3,4-difurylfuran, 2-fenylfuran, 3-benzylfuran, 2- (p-tolyl)furan, 2-cyklopentylfuran, 3-cykloheksylfuran, 3- metoksyfuran, 2-etoksyfuran, 3,4-dipropoksyfuran, 2-acetyl-furan; 2-metyltiofen, 3-metyltiofen, 2-etyltiofen; 3-etyl-

tiofen, 3-n-butyltiofen, 2-tetradecyltiofen, 2,3-dimetyl-tiofen, 2,3-dietyltiofen, 3,4-di-n-propyltiofen, 3,4-didodecyl-tiofen, 2-klortiofen, 3-bromtiofen, 3,4-diklortiofen,.2,3-dijodtiofen, 3,4-difuryltiofen, 2-fenyltiofen, 3-benzyltiofen, 2- (p-tolyl)tiofen, 2-cyklopentyltiofen, 3-cykloheksyltiofen, 3- metoksytiofen, 2-etoksytiofen, 3,4-dipropoksytiofen, 2- acetyitiofen; 2-metylpyrrol, 3-metylpyrrol,, 2-etylpyrrol, 3- etylpyrrol, 3-n-butylpyrrol, 2-n-pentylpyrrol, 3-decylpyrrol, 2- tetradecylpyrrol, 2,3-dimetylpyrrol, 2,3-dietylpyrrol, 3,4-di-n-propylpyrrol, 3,4-didodecylpyrrol, 2-klorpyrrol, 3- brompyrrol, 3,4-diklorpyrrol, 2,3-dijodpyrrol, 3,4-difuryl-pyrrol, 2-fenylpyrrol, 3-benzylpyrrol, 2-(p-tolyl)pyrrol, 2-cyklopentylpyrrol, 3-cykloheksylpyrrol, 3-metoksypyrrol, 2- etoksypyrrol, 3,4-dipropoksypyrrol, 2-acetylpyrrol, 2-metylpyran, 3-metylpyran, 2-etylpyran, 3-etylpyran, 3-n-butylpyran, 2-n-pentylpyran, 3-decylpyran, 2-tetradecylpyran, 2.3- dimetylpyran, 2,3-dietylpyran, 3,4-di-n-propylpyran, 3.4- didodecylpyran, 2-klorpyran, 3-brompyran, 3,4-diklor-pyran, 2,3-dijodpyran, 3,4-difurylpyran, 2-fenylpyran, 3- benzylpyran, 2-(p-tolyl)pyran, 2-cyklopentylpyran, 3-cykloheksylpyran, 3-metoksypyran, 2-etoksypyran, 3,4-diprop-oksypyran, 2-acetylpyran; 2-metyltiapyran, 3-metyltiapyran, 2-etyltiapyran, 3-etyltiapyran, 3-n-butyltiapyran, 2-n-pentyltiapyran, 3-decyltiapyran, 2-tetradecyltiapyran, 2,3-dimetyltiapyran, 2,3-dietyltiapyran, 3,4-di-n-propyl-tiapyran, 3,4-didodecyltiapyran, 2-klortiapyran, 3-bromtia-pyran, 3,4-diklortiapyran, 2,3-dijodtiapyran, 3,4-difuryltia-pyran, 2-fenyltiapyran, 3-benzyltiapyran, 2-(p-tolyl)tiapyran, 2- cyklopentyltiapyran, 3-cykloheksyltiapyran, 3-metoksy-tiapyran, 2-etoksytiapyr.an, 3,4-dipropoksytiapyran, 2-acetyl-tiapyran; 2-metylpyridin, 3-metylpyridin, 2-etylpyridin, 3- etylpyridin, 3-n-butylpyridin, 2-n-pentylpyridin, 3-decyl-pyridin, 2-tetradecylpyridin, 2,3-dimetylpyridin, 2,3-dietyl-pyridin, 3,4-di-n-propylpyridin, 3,4-didodecylpyridin, 2-klorpyridin, 3-brompyridin, 3,4-diklorpyridin, 2,3-dijod-pyridin, 3,4-difurylpyridin, 2-fenylpyridin, 3-benzylpyridin, 2-(p-tolyl)pyridin, 2-cyklopentylpyridin, 3-cykloheksyl-pyridin, 3-metoksypyridin, 2-etoksypyridin, 3,4-dipropoksy-pyridin, 2-acetylpyridin; etc. Den resulterende polymer kan fordelaktig være derivatisert slik at den inneholder karboksyl- eller aminogrupper for immobilisering av enzymer.

Derimot ble andre materialer, selv polymerer som har vært brukt i halvlederanvendelser, slik som polyacetylen, poly-karoten, etc, funnet å tilfredsstille bare fire eller færre av de syv kriteriene som er angitt ovenfor.

Det polymere materialet kan være syntetisert ved hjelp

av en elektrokjemisk fremgangsmåte beskrevet av Diaz, "Electrochemical Preparation and Characterization of Conducting Polymers", Chemica Scripta, 17:145-148 (1981). F.eks.

kan pyrrol i acetonitril med tetraetylammoniumtetrafluorborat som elektrolytt, elektropolymeriseres på en kostbar metallanode i en ikke-oppdelt elektrokjemisk celle under betingelser som utelukker oksygen, f.eks. en inertgass. Polymeren danner en tett, mikroskopisk kuleformet, uoppløselig og stabil film på anoden. Tykkelsen kan kontrolleres ved å overvåke den totale ladningen som passerer gjennom strøm-kretsen. således dannede polypyrrolkjeder innbefatter anioner fra elektrolytten, vanligvis i forholdet 4 pyrrol-enheter til 1 anion.

Selv om jern er et foretrukket materiale (anion) som det sentrale metallatomet i katalysatoren, kan det anvendes andre medlemmer av gruppe VIII i den periodiske tabell inkludert kobolt, nikkel, ruthenium, rhodium, platina,

osmium, iridium og palladium. Generelt kan det anvendes metallkompleks-anioner med overgangsmetaller og metallkompleks-anioner som er derivatisert slik at de foreligger i en anionisk form. Til syvende og sist avhenger valget av de relative kostnader forbundet med metallet av dets til-gjengelighet. Andre anioner kan bli satt inn, f.eks. heksa-cyanoferrat eller Cu-tetrasulfoftalocyanin. I alle tilfeller

varierer den totale ledningsevne til de resulterende polymerkatalysator-transdusere mellom 10 Sem til 100 Sem

Blant metallorganiske katalysatorer som kan anvendes, er metallftalocyaninene og metallporfyrinene. Ftalocyaninene (Pc) kan være derivatisert med ionegrupper for å gjøre dem mer oppløselige i organiske elektrolytter og ønskede ionekarakteristika kan også frembringes ved lyseksitering. Eksempler på foretrukkede metallftalocyaniner omfatter jerntetrasulfonert ftalocyanin, kobolttetrasulfonert ftalocyanin og rutheniumtetrasulfonert ftalocyanin.

De katalytiske egenskapene til metallporfyriner har også

vært grundig undersøkt, for det meste i tilknytning til undersøkelser av katalase og peroksydase-enzymer. M.M.

Taque Khan et al. "Homogeneous Catalysis by Metal Complexes", Vol. 1, s. 139, Acad. Press, New York (1974). Ioneformer

er tilgjengelig i handelen fra Strem Chemicals, Inc., Newburyport, Maryland. Foretrukkede metallporfyriner

(P) omfatter jern-, ruthenium- og kobolttetrasulfonerte porfyriner.

Ved å bruke organiske eller uorganiske metallmaterialer

som er passende ionisert ved derivatisering eller lysenerge-tisk ved belysning under anvendelse av en xenon-lyskilde,

som anionet og" elektrolytt, f.eks. dimetylformamid, acetonitril, metylenklorid, etc, sammen med en heterocyklisk forbindelse med umettet kjerne, kan således et katalytisk aktivt molekyl utformes som en halvledende organisk polymerkatalysator-transduser.

Ettersom polymeren dannes ved hjelp av elektropolymerisasjons-fremgangsmåten, må passende bærermateriale være involvert.

De nøyaktige egenskapene til bærermaterialet er ikke kriti-ske. Egnede ledende bærermaterialer omfatter platina,

gull, rhodium, titan, tantal, nikkel, rustfritt stål nr.

314, etc. Egnede halvleder-bærermaterialer omfatter mate-

rialer slik som silisium, germanium, GaAs, etc. Gjennom-siktige bærermaterialer kan også brukes, inkludert tinnoksyd og indiumtitanoksyd. I tillegg kan det brukes glassaktig karbon. Hvert av disse materialene byr på visse fordeler; platina har velkjente egenskaper som elektrodemateriale,

men polymer har en tendens til å feste seg til overflaten og må løftes bort. Etterat filmen er fjernet, blir kontakt-overflaten så den aktive overflate for ledningsevnemålinger i nærvær av analytt.

Titan er et attraktivt valg, ettersom metallet kan endres

til oksydet ved eksponering mot oksygen ved en forhøyet temperatur og det resulterende titanoksyd er en isolator.

Når polyacetylen impregneres med oksygen, øker dets ledningsevne i en slik utstrekning at det også kan tjene som en egnet bærer. Det oppviser en fibrillstruktur som øker overflatearealet til avsatt polymerfilm. Etter elektro-polymerisasjon kan polyacetylenet omdannes til en isolator ved ytterligere eksponering mot oksygen ifølge kjente fremgangsmåter slik som angitt av J.M. Pochan et al. i "Kinetics of Doping and Degradation of Polyacetylene by Oxygen", Macromolecules, 14:110-114 (1981).

Etterat den polymeriserte filmen er fjernet fra bærermaterialet, kan elektroder festes direkte, f.eks. ved plete-ring på filmen for likestrømsmålinger, eller det kan dannes en lagdelt leder-isolatorfilm for målinger av vekselstrøms-ledningsevne i nærvær av en analytt. Glukoseoksydase omdanner enzymatisk glukose til glukonsyre og hydrogenperoksyd.

På samme måte følger andre enzymer en liknende mekanisme. F.eks. omdanner uricase urinsyre enzymatisk til allantoin og hydrogenperoksyd.

Eksemplene I-V viser fremstillingen av forskjellige polymer-katalysatormaterialer som er i stand til å gi uttrykk for endringer i elektrontetthet ved endringer i ledningsevne. Polypyrroltetraklorferrat, polypyrroljerntetrasulfoftalocyanin og andre beslektede materialer ble syntetisert elektrokjemisk ved direkte avsetning på metall- (f.eks. platina-, rhodium-, titan-, etc.) elektroder. Selv om pyrrol-katalysa-tormaterialene er stabile i luft, ble de lagret i forseglede poser av polyester/polyolefin.

Eksempel I - Syntese av polypyrroltetraklorferrat Fremstillingen av polypyrroltetraklorferrat ble utført

ved å omsette tetraetylammoniumtetraklorferrat (III) og pyrrol. Pyrrolet ble erholdt fra.Eastman Kodak og renset ved å destillere materialet over kalsiumhydrid under en argonatmosfære. Polymerisering ble utført etter fremgangsmåten beskrevet av A.F. Diaz og K.K. Kanazawa, "Polypyrrole: An Electrochemical Approach to Conducting Polymers" i "Extended Linear Chain Compounds", vol. 3 Ed. J.S. Miller Plenum Press, N.Y. 1983.

Tetraetylammoniumtetraklorferratet (III) ble erholdt ved

å oppløse 6,825 g jern(III)klorid i 40 ml etylalkohol.

4,14 5 g tetraetylammoniumklorid ble oppløst i 10 ml etanol.

De to oppløsningene ble så blandet og ga en gul utfelling. Utfellingen ble frafiltrert og vasket med etanol. Rekrystalli-sering fra acetonitril-etanol ga gule nåler som ble vasket med etanol og lufttørket.

Det resulterende tetraetylammoniumtetraklorferrat (III)

(0,1 molar) ble så omsatt med 0,1M pyrrol i nærvær av 50 ml acetonitril under en argonatmosfære, idet det ble anvendt en treelektroders celle med arbeids/mot-elektroder av platina lokalisert ca. 1,5 cm borte fra en Ag/Ag N03 (acetonitril) referanseelektrode. Potensialet ble justert til +0,5 V

i forhold til referanseelektroden ved å bruke en "Princeton Applied Research (PAR) Model 3 63" potensiostat. Etter

2h time ble reaksjonen stanset og den resulterende film (med en tykkelse mindre enn 7,6 um) ble vasket med acetonitril før det ble brukt et stykke Scotch tape for å fjerne

filmen fra elektroden. Den resulterende svarte film var fleksibel, hadde ingen hull eller andre struktu-

relle feil og hadde en ledningsevne som var større enn 10 S/cm (Siemens pr. cm), målt ved å bruke et "Model 1000 AR" Lehighton Electronics Inc. (Lehighton, Pennsyl-vania) måleapparat for ledningsevne som opererte ved 10 MHz på en kontaktfri måte.

Det er også funnet at ved å følge en liknende fremgangsmåte, kan polypyrroltetraklorferratet fremstilles i nærvær av et bærermateriale, slik som filterpapir, for å fremme styrken og fleksibiliteten til den resulterende polymerkatalysator-transduser.

Eksempel II - Syntese av polypyrroljerntetrasulfoftalocyanin Syntesen ifølge eksempel 1 ble fulgt ved å bruke pyrrol, renset ved destillering over kalsiumhydrid under en argon-atmosf ære før bruk, og tetraetylammoniumjerntetrasulfon-ftalocyanid som anionet. Natriumsaltet av jerntetrasulfo-ftalocyanid ble fremstilt ved å anvende fremgangsmåten beskrevet av Weber og Busch, Inorg. Chem., 4:469 (1965),

ved å bruke jernsulfat, 4-sulfoftalsyre, natriumbikarbonat, ammoniummolybdat, urinstoff, nitrobenzen og tetraetylammo-niumhydroksyd. Omdannelsen av natriumsaltet til tetraetylammoniumsaltet ble utført ved å bruke ionebytterkolonner.

Den resulterende svarte filmen (polypyrroljerntetrasulfoftalocyanin) dannet på platinaelektroden hadde en ledningsevne på 1 S/cm.

Eksempel III - Syntese av polypyrroltetraklorruthenat Tetraetylammoniumtetraklorruthenat ble fremstilt ved å omsette 1 g ruthenium(III)klorid oppløst i omtrent 90 ml etanol med 0,8 g tetraetylammoniumklorid oppløst i etanol. Den resulterende rødbrune utfellingen ble frafiltrert,

vasket med etanol og deretter rekrystallisert fra en oppløs-ning av acetonitril og etanol, hvorved man fikk rødbrune

mikrokrystaller.

Polypyrroltetraklorruthenat ble fremstilt ved å følge fremgangsmåten ifølge eksempel I under anvendelse av 0,01M acetonitriloppløsning av tetraetylammoniumtetraklorruthenat ved en spenning på +0,7 V i stedet for 0,5 V, i en 3 timer lang reaksjonstid. Den resulterende svarte film hadde en tykkelse på 127 um og en ledningsevne på omtrent 0,3

S/cm, målt som i eksempel 1.

Eksempel IV - Syntese av polypyrroltetra(4-sulfofenyl)-meso-jernporfyrin

Ifølge fremgangsmåten til Fleischer et al., J. of Amer.

Chem. Soc, 93 :3162 ( 1971), ble metallion inkorporert i porfyrin. Nærmere bestemt ble 0,9 g tetranatrium-meso-tetra(4-sulfonatofenyl)porfyrin (12 hydrat) i 50 ml destillert vann tilsatt til jernsulfatet. Den resulterende blanding ble oppvarmet til omtrent 120°C og omrørt. pH ble justert til omtrent 7,5 ved å tilsette natriumkarbonat og varme opp blandingen i 3 5 minutter ved å bruke dampbad. pH ble så justert til 3 ved å tilsette 50% oppløsning av svovelsyre. Omdannelsen av natriumsaltet til tetraetylammoniumsaltet

ble utført ved å bruke ionebytterkolonner.

Ved å følge fremgangsmåten ifølge eksempel I, idet det

ble brukt 0,002 M anion og 0,1 M pyrrol med en spenning på +0,7 V i en reaksjonstid på 18 timer, fikk man en film av polypyrroltetra(4-sulfofenyl)-meso-jernporfyrin som hadde en ledningsevne på omtrent 1 S/cm.

Eksempel V - Syntese av polytiofentetraklorferrat Fremstillingen av polytiofentetraklorferrat ble utført

ved å behandle tetraetylammoniumtetraklorferrat(III) og bitiofen. Bitiofenet forelå som krystallinsk faststoff og ble brukt uten ytterligere rensing. Polymerisering ble utført ved å følge fremgangsmåten beskrevet av Mark A. Druy og Robert J. Seymour (American Chemical Society Meeting Abstract, 1983, Seattle).

Polytiofentetraklorferrat ble fremstilt ved å følge fremgangsmåten ifølge eksempel I under anvendelse av en acetonitril-oppløsning av 0,004 M bitiofen og 0,05 M tetraetylammoniumtetraklorferrat(III) ved en spenning på +0,9 V i stedet for 0,5 V i en reaksjonstid på 2 timer.

Man fikk en svart film med ledningsevne på omtrent 0,1

S/cm.

I tillegg til polymerisering i nærvær av filterpapir (som nevnt i eksempel I), er det også mulig å bevirke polymerisering i nærvær av rør av silisiumgummi. Ved å svelle røret i metylenklorid, trenger polymer og katalysator gjennom røret og polymerisering oppstår inne i røret.

Eksempel VI

Polypyrroltetraklorruthenat ble fremstilt som i eksempel

III med unntak av at det ble avsatt på en gullelektrode

(750 Ångstrøm tykk) båret oppe av Kapton (13 um tykk). Elektroden var 31,8 mm lang og 12,7 mm bred med et langsgående kutt ned langs midten. Polymeren avsatt på gullet fylte ut åpningen mellom de to halvdelene. Denne resulterende struktur ble så vasket i acetonitril og klemt fast til en strømningskanal (20,3 mm x 2,5 mm) frest ut i en "Lucite"-blokk. En vandig oppløsning av peroksydase-enzym i 0,05

M fosfatbuffer, pH 7,0 i en konsentrasjon på 10 mg/ml ble

så resirkulert gjennom strømningskanalen ved å bruke en peristaltisk pumpe ved en strømningshastighet på 0,1 ml/min,

i 4 timer, etterfulgt av en oppløsning av 0,25% glutaraldehyd, også resirkulert i 14 timer. Det absorberte protein ble så vasket i 0,85% NaCl-oppløsning, etterfulgt av destillert 1^0 og eksponert mot en oppløsning av glukoseoksydase-enzym i 0,05 M fosfatpuffer i 4 timer, idet det på nytt ble resirkulert gjennom strømningskanalen. Dette andre enzymet"ble på nytt kryssbundet med 0,25% glutaraldehydoppløsning slik som tidligere, vasket i 0,85% NaCl og destillert H20.

Polymeren med absorbert og kryssbundet peroksydase og glukoseoksydase ble så eksponert mot forskjellige konsentrasjoner av glukose, idet man startet med 25 mg/dl. Ledningsevnen til polymeren ble overvåket ved 20 kHz på en Hewlett Packard "Model 4192A Impedance Analyzer". Prøven ble også påtrykket en likestrømsforspenning som varierte fra -5 V til +5 V.

I den ellers parabolske responskurve kom det tilsyne en

topp som varierte med glukosekonsentrasjonen.

Eksempel VII

Dette eksemplet demonstrerer kontaktfri vekselstrøms-impedansmåling av polymer fremstilt i eksempel I i nærvær av filterpapir, som ble kuttet i en strimmel og anordnet lagvis i en gjennomstrømningscelle bestående av elektroder av kopperfolie på Kapton. Isolatoren (13 um tykk) vendte ut mot strømningskanalen som inneholdt strimmelen av filterpapir-polymermateriale. Det ble opprettholdt en liten væskeåpning rundt filterpapiret med silikon-avstandsholdere som også begrenset væsken i strømningskanalen.

Et liknende arrangement med kontaktfri impedansmåling kan også utføres med et system med elektroder som griper inn i hverandre i stedet for en lagdeling. I dette tilfellet er bare en side av kondensatorstrukturen nødvendig. Kopper-folien avgrenses fotolitografisk i et mønster med elektroder som griper inn i hverandre, belagt på Kapton (polyamid),

som gir kontakt med filterpapiret impregnert med polymer-materialet. Væskekanalen tilveiebringes ved hjelp av silikon og en glassplate er festet til elektroden.

Man fikk like resultater ved begge arrangementene. Impedans-endringen ved 100 kHz var lineært proporsjonal med ^ 2°2~ konsentrasjon.

Ut fra ovenstående fremgår det at det ved oppfinnelsen opp-nås en rekke fordeler. Oppfinnelsen har fordelene ved bekvemhet, enkelhet, relativ rimelighet, positivitet, effektivitet, varighet, nøyaktig og målbevissthet når det gjelder virkning. Blant fordelene ved de foreslåtte polymerkatalysator-transduserne er det faktum at transduserne opererer ikke-optisk, kan konstrueres til forholdsvis lav kostnad, har en stor grad av fleksibilitet med hensyn til format, kan operere på en ikke-kontakt basis som overvin-ner problemer vanligvis forbundet med elektrokjemiske teknikker og kan konstrueres slik at den får en forholdsvis liten størrelse. Oppfinnelsen eliminerer i det vesentlige problemene forbundet med forbehandling av prøver.

Det skal forstås at det foreligger mange mulige utforminger av polymerkatalysator-transduserne. Polymerkatalysator-transduserne kan foreligge i form av fint pulver, i form av en film eller i form av en gel. Dersom de ikke er selv-bærende, er polymerkatalysator-transduserne passende festet til en bærer. For utvendig opplagringsformål kan polymer-katalysatorfilmen tilføres passende bærermateriale ved hjelp av kjente fremgangsmåter for belegging eller adhesjon. Ved å arrangere flere polymerkatalysator-trans-dusere i parallell er det mulig samtidig å analysere en analytt med hensyn på forskjellige bestanddeler.

Selv om foreliggende oppfinnelse primært er rettet mot anvendelse av polymerkatalysator-transduser i anordninger for å påvise forskjellige klinisk betydningsfulle stoffer eller bestanddeler i biologiske væsker, slik som i urin og blod, inkludert lysert eller ikke-lysert blod, blodplasma, blodserum, etc, skal det forstås at anordningene kan ut-nyttes for påvisning av ikke-biologiske væsker, inkludert svømmebassengvann, viner, osv. Anordningene kan også benyttes til å påvise forbrenningsprodukter, f.eks. til å bestemme innholdet i skorstenspiper, etc.

Claims (10)

1. Anordning for deteksjon av en bestanddel i en flytende prøve ved måling av endringer i konduktivitet, karakterisert ved at den innbefatter: en polymerkatalysator-transduser bestående hovedsaklig av en organisk eller uorganisk metallkatalysator og en polymer av en heterocyklisk forbindelse som er umettet i ringen; metallelektroder i enten direkte eller indirekte kontakt med polymerkatalysator-transduseren for deteksjon av endringer i konduktiviteten for nevnte polymerkatalysator-transduser når transduseren bringes i kontakt med en flytende prøve; og innretninger forbundet med elektrodene for måling av endringer i konduktiviteten for polymerkatalysator-transduseren.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den også innbefatter et strømningskammer hvori polymerkatalysator-transduseren befinner seg, som bringer en flytende prøve i kontakt med polymerkatalysator-transduseren inne i strømningskamroeret.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrodene er konstruert av et metall valgt fra gruppen bestående av gull, platina, rhodium eller titan.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er en organisk eller uorganisk metallforbindelse hvori metallet er et medlem av gruppe VIII i den periodiske tabell.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er et metallftalocyanin.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er et metallporfyrin.

7. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at polymerkatalysator-transduseren innbefatter polypyrrol-tetraklorferrat.

8. Anordning ifølge krav karakterisert ved at polymerkatalysator-transduseren innbefatter polypyrrol-jerntetrasulfoftalo-cyanin.

9. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at polymerkatalysator-transduseren innbefatter polypyrrol-tetraklorrutenat.

10. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at polymerkatalysator-transduseren innbefatter polytiofen-tetraklorferrat.