PL235261B1 - Optical biosensor for adrenaline detection - Google Patents
Optical biosensor for adrenaline detection Download PDFInfo
- Publication number
- PL235261B1 PL235261B1 PL424462A PL42446218A PL235261B1 PL 235261 B1 PL235261 B1 PL 235261B1 PL 424462 A PL424462 A PL 424462A PL 42446218 A PL42446218 A PL 42446218A PL 235261 B1 PL235261 B1 PL 235261B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- adrenaline
- biosensor
- bitiophene
- biosensor according
- detection
- Prior art date
Links
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 17
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 15
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 102000003425 Tyrosinase Human genes 0.000 claims description 7
- 108060008724 Tyrosinase Proteins 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 5-hexylthiophen-2-yl Chemical group 0.000 claims description 5
- 108010029541 Laccase Proteins 0.000 claims description 4
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N iron (II) ion Substances [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UCTWMZQNUQWSLP-VIFPVBQESA-N (R)-adrenaline Chemical compound CNC[C@H](O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-VIFPVBQESA-N 0.000 description 14
- 229930182837 (R)-adrenaline Natural products 0.000 description 12
- 229960005139 epinephrine Drugs 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 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 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 102000000033 Purinergic Receptors Human genes 0.000 description 2
- 108010080192 Purinergic Receptors Proteins 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 2
- 229960003072 epinephrine hydrochloride Drugs 0.000 description 2
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest biosensor wykonany w technologii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki (LTCC) służący do detekcji epinefryny (adrenaliny) w roztworach wodnych, znajdujący zastosowanie w diagnostyce medycznej lub przemyśle spożywczym. Biosensor pozwala na wykrycie bardzo niskich stężeń adrenaliny, może zatem informować o punktach kryzysowych.The subject of the invention is a biosensor made in the technology of low-temperature co-fired ceramics (LTCC) for the detection of epinephrine (adrenaline) in aqueous solutions, used in medical diagnostics or in the food industry. The biosensor allows the detection of very low levels of adrenaline, so it can inform about crisis points.
Ze zgłoszenia patentowego nr US2017108437 (A1) znany jest biosensor optyczny oparty na pomiarach luminescencji. Zawiera on w swojej budowie porowate podłoże krzemowe lub tlenek glinowy wraz z układem wykrywającym unieruchomionym na ich powierzchni. Biologiczny układ wykrywający zawiera domenę czułą i domenę sygnalizacyjną. Domena czuła zaopatrzona jest w łącznik zdolny do oddziaływania z docelowym bioanalitem i domeną sygnalizacyjną posiadającą donor i akceptor luminescencji - donor i akceptor są optycznie sprzężone przez łącznik w przypadku braku bioanaliów docelowych, co stanowi podstawę do detekcji danego bioanalitu.An optical biosensor based on luminescence measurements is known from the patent application no. US2017108437 (A1). In its structure, it comprises a porous silicon substrate or alumina with a detection system immobilized on their surface. The biological detection system comprises a sensitive domain and a signaling domain. The sensitive domain is equipped with a linker capable of interacting with the target bioanalyte and the signaling domain having a luminescence donor and acceptor - the donor and acceptor are optically coupled by the linker in the absence of target bioanalytes, which is the basis for the detection of a given bioanalyte.
W koreańskim zgłoszeniu patentowym nr KR20160107086 (A) przedstawiony jest system optyczny biosensora do wykonywania nieinwazyjnego monitorowania glukozy we krwi. Urządzenie do oznaczania poziomu glukozy we krwi przenosi penetrujące światło do biosensora plazmonowego wykrywającego glukozę. Pomiar polega na ocenie śliny pacjenta, która przepływa przez kanał wykonany w technologii indukowanej folii, zawierającej związek selektywnie reagujący na glukozę próbki.Korean Patent Application KR20160107086 (A) discloses a biosensor optical system for performing non-invasive blood glucose monitoring. The blood glucose meter transmits penetrating light to the glucose plasmon biosensor. The measurement is based on the assessment of the patient's saliva that flows through the channel made in the technology of induced foil, containing a compound that selectively reacts to sample glucose.
Następne zgłoszenie patentowe holenderskich naukowców nr W02016096908 (A1) ujawnia biosensor oparty na fluorescencyjnym oznaczaniu pojedynczych molekuł, głównie dzięki emiterom fluorescencyjnym.The next patent application of Dutch scientists No. WO2016096908 (A1) discloses a biosensor based on the fluorescent determination of single molecules, mainly due to fluorescent emitters.
Wynalazek przedstawiony w zgłoszeniu o numerze CN103196970 (A) dotyczy biosensora zawierający akceptor beta2, służący do oznaczania epinefryny w roztworach wodnych. Biosensor akceptora beta2 charakteryzuje się tym, że rekombinowany receptor purynergiczny epinefryny beta2 modyfikuje się na elektrodzie złota, a rekombinowany receptor purynergiczny epinefryny beta2 jest sekwencją podstawową. Taki układ może znaleźć zastosowanie między innymi do nadzoru nad higieną żywności czy w gospodarstwach przy hodowli bydła do monitorowania poziomu adrenaliny.The invention presented in the application number CN103196970 (A) relates to a biosensor containing a beta2 acceptor for the determination of epinephrine in aqueous solutions. The beta2 acceptor biosensor is characterized in that the recombinant epinephrine beta2 purinergic receptor is modified at a gold electrode and the recombinant epinephrine beta2 purinergic receptor is the core sequence. Such a system can be used, among others, for food hygiene supervision or in farms with cattle breeding to monitor adrenaline levels.
Poli[2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydna] znana jest z publikacji K. Olech, J. Sołoducho, S. Roszak, K. Łaba, P. Data, M. Łapkowski, Donor - Acceptor-Type of Electrochromic Polymer with Low Band-gap based on Pyridine as an Acceptor Unit, Indian Journal of Applied Research, Vol. 7, 6, 593-597, 2017.Poly [2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine] is known from the publications of K. Olech, J. Sołoducho, S. Roszak, K. Łaba, P. Data, M. Łapkowski, Donor - Acceptor-Type of Electrochromic Polymer with Low Band-gap based on Pyridine as an Acceptor Unit, Indian Journal of Applied Research, Vol. 7, 6, 593-597, 2017.
Istota biosensora optycznego do detekcji adrenaliny, zawierającego korpus wykonany z co najmniej trzech warstw dolnej, środkowej oraz górnej niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, który posiada kanał przepływowy wyposażony w warstwę platynową połączony światłowodem ze źródłem światła i jednocześnie drugim światłowodem z czujnikiem światła polega na tym, że kanał przepływowy pokryty jest chemoczułym filmem enzymatycznym wytworzonym z poli [2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny] oraz lakazy lub tyrozynazy.The essence of the optical biosensor for the detection of adrenaline, containing a body made of at least three layers of lower, middle and upper low-temperature co-fired ceramics, which has a flow channel equipped with a platinum layer connected with a light source with a light source and at the same time with a second fiber optic light sensor. flow is covered with a chemically sensitive enzyme film made of poly [2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5- hexylthiophen-2-yl) pyridine] and laccases or tyrosinases.
Korzystnie światłowód połączony ze źródłem światła usytuowany jest równolegle, a światłowód połączony z czujnikiem światła położony jest prostopadle względem kanału przepływowego.Preferably, the optical fiber connected to the light source is arranged in parallel, and the optical fiber connected to the light sensor is perpendicular to the flow channel.
Korzystnie warstwa platynowa naniesiona jest na powierzchnię warstwy dolnej metodą sitodruku.Preferably, the platinum layer is applied to the surface of the bottom layer by screen printing.
Korzystnie warstwa platyny zawiera część detekcyjną którą stanowi roztwór adrenaliny z dodatkiem barwnika opartego o jony żelaza (II).Preferably, the platinum layer comprises a detection part which is an adrenaline solution with the addition of a dye based on iron (II) ions.
Korzystnie światłowody są światłowodami polimerowymi lub kwarcowymi.Preferably the optical fibers are polymer or quartz optical fibers.
Korzystnie czujnikiem światła jest fotodioda lub fototranzystor.Preferably, the light sensor is a photodiode or a photo transistor.
Korzystnie źródłem światła jest dioda laserowa lub dioda elektroluminescencyjna.Preferably the light source is a laser diode or a light emitting diode.
Biosensor optyczny do detekcji adrenaliny według wynalazku jest urządzeniem miniaturowym, wykonanym z folii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki LTCC. Sensor według wynalazku do oznaczania adrenaliny w roztworach wodnych wyposażony jest w dwa światłowody oraz korpus wykonany z ceramiki, która jest niewrażliwa na substancje chemiczne oraz biologiczne, co umożliwia prowadzenie pomiarów niezależnie od składu chemicznego badanej próbki. Miniaturowy czujnik wykonany jest przy użyciu lasera lub wykrojnika mechanicznego z niskotemperaturowej ceramiki.The optical biosensor for the detection of adrenaline according to the invention is a miniature device made of low-temperature co-fired LTCC ceramic film. The sensor according to the invention for the determination of adrenaline in aqueous solutions is equipped with two optical fibers and a body made of ceramics, which is insensitive to chemical and biological substances, which makes it possible to carry out measurements regardless of the chemical composition of the tested sample. The miniature sensor is made using a laser or a mechanical punch from low-temperature ceramics.
Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach realizacji oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia biosensor optyczny służący do detekcji adrenaliny w widoku z góry i w przekroju A-A, a fig. 2 przedstawia wykres przedstawiający zależność intensywności fluorescencji od stężenia epinefryny w badanej próbce.The subject of the invention is presented in more detail in the embodiments and in the drawing, in which Fig. 1 shows the optical biosensor for the detection of adrenaline in a top view and in A-A section, and Fig. 2 shows a graph showing the dependence of the intensity of fluorescence on the concentration of epinephrine in the test sample.
PL 235 261 B1PL 235 261 B1
P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1
Ceramiczny biosensor fluorescencyjny ma korpus KS wykonany z trzech warstw WD, WS, WG niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, zawiera kanał przepływowy KP wyposażony w warstwę platyny PT pokrytą cienkim filmem polimerowym otrzymanym z 2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny wraz ze zimmobilizowaną lakazą, połączony światłowodem S1 umocowanym w kanale wykonanym w korpusie KS ze źródłem światła ZS w postaci diody elektroluminescencyjnej. Jednocześnie kanał przepływowy KP połączony jest drugim światłowodem S2 z czujnikiem światła CS w postaci fotodiody. Kanał światłowodowy S1 oraz kanał przepływowy KP wykonane są w warstwie środkowej WS, a kanał światłowody S2 w warstwie dolnej WD.The ceramic fluorescent biosensor has a KS body made of three layers of WD, WS, WG of low-temperature co-fired ceramics, it includes a KP flow channel equipped with a platinum PT layer covered with a thin polymer film obtained from 2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine with immobilized lacase, connected with the S1 optical fiber fixed in the channel made in the KS body with the ZS light source in the form of a light-emitting diode. At the same time, the flow channel KP is connected by the second optical fiber S2 to the light sensor CS in the form of a photodiode. The S1 fiber optic channel and the KP flow channel are made in the middle WS layer, and the S2 fiber optic channel in the WD lower layer.
Ceramiczny czujnik fluorescencyjny wykonany jest z surowej folii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, z której wycina się jedną warstwę dolną WD, na której naniesiona jest metodą sitodruku warstwa platyny PT.The ceramic fluorescent sensor is made of a raw low-temperature foil of co-fired ceramics, from which one lower layer of WD is cut, on which a layer of platinum PT is applied by screen printing.
Zgodnie z wynalazkiem, warstwy WD, WS, WG zgrywa się i laminuje za pomocą metody termokompersyjnej w temperaturze 70°C, pod ciśnieniem 5 MPa, przez 10 minut. Zalaminowane warstwy WD, WS, WG wypala się podczas wieloetapowej obróbki termicznej. Kolejno, obróbkę termiczną prowadzi się przez 240 minut i w temperaturze otoczenia (rt) - do 450°C. W temperaturze 450°C wygrzewa się spodnią część obudowy przez 60 minut, kolejno spodnią część obudowy podgrzewa się do temperatury 850°C (60 minut). Następnie, zgodnie z wynalazkiem układ chłodzi się powoli do temperatury otoczenia (rt). W dalszym etapie do kanałów światłowodowych wkleja się światłowody polimerowe przy użyciu kleju epoksydowego.According to the invention, the WD, WS, WG layers are peeled off and laminated using the thermocompression method at a temperature of 70 ° C, under a pressure of 5 MPa, for 10 minutes. The laminated WD, WS, WG layers are burned out during a multi-stage thermal treatment. Subsequently, the thermal treatment is carried out for 240 minutes and at ambient temperature (rt) - up to 450 ° C. At the temperature of 450 ° C, the bottom part of the housing is heated for 60 minutes, then the bottom part of the housing is heated to 850 ° C (60 minutes). Then, according to the invention, the system is cooled slowly to ambient temperature (rt). At a later stage, polymer optical fibers are glued to the optical fibers using epoxy glue.
Roztwór detekcyjny zawiera barwny kompleks tworzony pomiędzy jonami Fe2+ i cząsteczkami epinefryny. Utworzenie kompleksu potwierdza zmiana koloru barwnika z jasnozielonego na-w zależności od pH kolor krwistoczerwony, ciemnofioletowy bądź ciemnogranatowy, po dodaniu do barwnika roztworu chlorowodorku epinefryny. Warstwa enzymatyczna lakazy jest cienkim filmem zaadsorbowanym na matrycy polimerowej poli [2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2ylo)pirydny] pokrywającej warstwę platynową. Następnie roztwory epinefryny o różnych stężeniach mieszane są w stosunku 1:1 z roztworem barwnika i jest to podstawą do detekcji adrenaliny. Im wyższe stężenie adrenaliny w próbce, tym wyższa wartość sygnału. Zaletą układu jest jego duża czułość i fakt, że nadaje się do wykrywania różnych stężeń. Powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi czujnika, na różne stężenia adrenaliny, typują ten materiał do budowy czujników stosowanych w diagnostyce medycznej.The detection solution contains a colored complex formed between Fe 2+ ions and epinephrine molecules. The formation of the complex is confirmed by a change in the color of the dye from light green to - depending on the pH - blood red, dark purple or dark navy blue color after adding epinephrine hydrochloride to the dye. The laccase enzyme layer is a thin film adsorbed on a polymer matrix of poly [2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- ( 5-hexylthiophen-2-yl) pyridine] covering the platinum layer. Then, epinephrine solutions of various concentrations are mixed in a 1: 1 ratio with the dye solution, which is the basis for adrenaline detection. The higher the concentration of adrenaline in the sample, the higher the signal value. The advantage of the system is its high sensitivity and the fact that it is suitable for the detection of various concentrations. The repeatability of the obtained results and different responses of the sensor to different concentrations of adrenaline characterize this material for the construction of sensors used in medical diagnostics.
Działanie miniaturowego ceramicznego czujnika fluorescencyjnego do oznaczania stężenia adrenaliny w roztworach wodnych, polega na tym, że w kanale przepływowym KP wyposażonym w chemoczułą warstwę enzymatyczną zbudowaną z polimeru wytworzonego z 2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny oraz lakazy, umieszcza się próbkę barwnika wraz z adrenaliną, która ulega reakcji enzymatycznej. Próbkę oświetla się diodą, która podczas przepływu próbki wzbudza związki obecne w roztworze. Rejestrowany przez czujnik światła wzrost intensywności fluorescencji jest zatem proporcjonalny do stężenia oznaczanej substancji. Pomiar intensywności fluorescencji wykonuje się za pomocą czujnika światła, a intensywność fluorescencji jest określana wielkością wzrostu napięcia na rezystorze pomiarowym podłączonym do czujnika światła. Rejestrowany wzrost intensywności fluorescencji jest wprost proporcjonalny do stężenia oznaczanej substancji. Limit detekcji dla układu wynosi 2,1 nM.The operation of the miniature ceramic fluorescent sensor for the determination of adrenaline concentration in aqueous solutions is based on the fact that in the KP flow channel equipped with a chemosensitive enzymatic layer made of a polymer made of 2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine and laccases, a sample of the dye is placed along with adrenaline, which undergoes an enzymatic reaction. The sample is illuminated by a diode which excites compounds present in the solution as the sample flows. The increase in fluorescence intensity registered by the light sensor is therefore proportional to the concentration of the analyzed substance. The fluorescence intensity is measured with a light sensor, and the fluorescence intensity is determined by the magnitude of the voltage increase across the measuring resistor connected to the light sensor. The registered increase in the fluorescence intensity is directly proportional to the concentration of the analyzed substance. The detection limit for the system is 2.1 nM.
P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2
Ceramiczny biosensor fluorescencyjny wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że czujnikiem światła CS jest fotodioda, a źródłem światła ZS jest dioda laserowa, ponadto światłowody S1 i S2 są światłowodami kwarcowymi, i przyklejone są klejem epoksydowym do kanału wykonanego w korpusie KS.Ceramic fluorescence biosensor made as in the first example, with the difference that the light sensor CS is a photodiode and the light source ZS is a laser diode, moreover the optical fibers S1 and S2 are quartz fibers, and are glued with epoxy glue to the channel made in the KS body.
P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3
Elektroda enzymatyczna zawierająca tyrozynazę immobilizowaną adsorpcyjnie z dodatkiem czynnika sieciującego (glutaraldehyd) w elektroprzewodzącym materiale wytworzonym z 2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny powstała w wyniku depozycj tyrozynazy na elektrodzie platynowej zmodyfikowanej materiałem przewodzącym. Proces depozycji białka na modyfikowanej elektrodzie pracującej prowadzono za pomocą adsorpcji kowalencyjnej z dodatkiem czynnika sieciującego w buforze fosforanowym o pH 6,8 w ciągu dwóch godzin. Następnie biosensor białkowy według wynalazku wprowadzono do układu optycznego, wykonanego w technologii LTCC. Do pomiaru aktywności wytworzonej warstwy chemoczułej użyto różnych stężeń epineEnzymatic electrode containing adsorption-immobilized tyrosinase with the addition of a cross-linking agent (glutaraldehyde) in an electrically conductive material made of 2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'- yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine resulted from the deposition of tyrosinase on a platinum electrode modified with a conductive material. The protein deposition process on the modified working electrode was carried out by covalent adsorption with the addition of a cross-linking agent in a phosphate buffer at pH 6.8 for two hours. Then, the protein biosensor according to the invention was introduced into the optical system made in the LTCC technology. Various concentrations of epine were used to measure the activity of the produced chemosensitive layer
PL 235 261 B1 fryny jako substratu, wraz z barwnikiem żelaza. Układ pomiarowy w trakcie prowadzonego procesu zmieniał sygnał chemiczny na mierzalny sygnał optyczny (Fig. 2).Frin as a substrate, along with iron dye. During the process, the measurement system changed the chemical signal into a measurable optical signal (Fig. 2).
P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4
Ceramiczny biosensor fluorescencyjny ma korpus KS wykonany z trzech warstw WD, WS, WG niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, zawiera kanał przepływowy KP wyposażony w warstwę platyny PT pokrytą cienkim filmem polimerowym otrzymanym z 2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny wraz ze zimmobilizowaną tyrozynazą, połączony światłowodem S1 umocowanym w kanale wykonanym w korpusie KS ze źródłem światła ZS w postaci diody elektroluminescencyjnej. Jednocześnie kanał przepływowy KP połączony jest drugim światłowodem S2 z czujnikiem światła CS w postaci fotodiody. Kanał światłowodowy S1 oraz kanał przepływowy KP wykonane są w warstwie środkowej WS, a kanał światłowody S2 w warstwie dolnej WD.The ceramic fluorescent biosensor has a KS body made of three layers of WD, WS, WG of low-temperature co-fired ceramics, it includes a KP flow channel equipped with a platinum PT layer covered with a thin polymer film obtained from 2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine with immobilized tyrosinase, connected with the S1 optical fiber fixed in the channel made in the KS body with the ZS light source in the form of a light-emitting diode. At the same time, the flow channel KP is connected by the second optical fiber S2 to the light sensor CS in the form of a photodiode. The S1 fiber optic channel and the KP flow channel are made in the middle WS layer, and the S2 fiber optic channel in the WD lower layer.
Ceramiczny czujnik fluorescencyjny wykonany jest z surowej folii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, z której wycina się jedną warstwę dolną WD, na której naniesiona jest metodą sitodruku warstwa platyny PT.The ceramic fluorescent sensor is made of a raw low-temperature foil of co-fired ceramics, from which one lower layer of WD is cut, on which a layer of platinum PT is applied by screen printing.
Roztwór detekcyjny, według wynalazku, zawiera barwny kompleks tworzony pomiędzy jonami Fe2+ i cząsteczkami epinefryny. Utworzenie kompleksu potwierdza zmiana koloru barwnika z jasnozielonego na - w zależności od pH kolor krwistoczerwony, ciemnofioletowy bądź ciemnogranatowy, po dodaniu do barwnika roztworu chlorowodorku epinefryny. Warstwa enzymatyczna tyrozynazy jest cienkim filmem zaadsorbowanym na matrycy polimerowej poli [2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny] pokrywającej warstwę platynową. Następnie roztwory epinefryny o różnych stężeniach mieszane są w stosunku 1:1 z roztworem barwnika i jest to podstawą do detekcji epinefryny. Im wyższe stężenie epinefryny w próbce, tym wyższa wartość sygnału. Zaletą układu jest jego duża czułość i fakt, że nadaje się do wykrywania różnych stężeń. Powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi czujnika, na różne stężenia epinefryny, typują ten materiał do budowy czujników stosowanych w diagnostyce medycznej.The detection solution according to the invention contains a colored complex formed between Fe 2+ ions and epinephrine molecules. The formation of the complex is confirmed by a change in the color of the dye from light green to - depending on the pH - blood red, dark purple or dark navy blue color, after adding epinephrine hydrochloride to the dye. The tyrosinase enzyme layer is a thin film adsorbed on a polymer matrix of poly [2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- ( 5-hexylthiophen-2-yl) pyridine] covering the platinum layer. Then, epinephrine solutions of various concentrations are mixed in a 1: 1 ratio with the dye solution, which is the basis for epinephrine detection. The higher the concentration of epinephrine in the sample, the higher the signal value. The advantage of the system is its high sensitivity and the fact that it is suitable for the detection of various concentrations. The repeatability of the obtained results and different responses of the sensor to different concentrations of epinephrine characterize this material for the construction of sensors used in medical diagnostics.
Działanie miniaturowego ceramicznego czujnika fluorescencyjnego do oznaczania stężenia adrenaliny w roztworach wodnych, polega na tym, że w kanale przepływowym KP wyposażonym w chemoczułą warstwę enzymatyczną zbudowaną z polimeru wytworzonego z 2-([2,2'-bitiofen]-5-ylo)-6-([2,3'-bitiofen]-5'-ylo)-4-(5-heksylotiofen-2-ylo)pirydny oraz tyrozynazy, umieszcza się próbkę barwnika wraz z adrenaliną, która ulega reakcji enzymatycznej. Próbkę oświetla się diodą, która podczas przepływu próbki wzbudza związki obecne w roztworze. Rejestrowany przez czujnik światła wzrost intensywności fluorescencji jest zatem proporcjonalny do stężenia oznaczanej substancji. Pomiar intensywności fluorescencji wykonuje się za pomocą czujnika światła, a intensywność fluorescencji jest określana wielkością wzrostu napięcia na rezystorze pomiarowym podłączonym do czujnika światła. Rejestrowany wzrost intensywności fluorescencji jest wprost proporcjonalny do stężenia oznaczanej substancji. Limit detekcji dla układu wynosi 2,07 nM.The operation of the miniature ceramic fluorescent sensor for the determination of adrenaline concentration in aqueous solutions is based on the fact that in the KP flow channel equipped with a chemosensitive enzymatic layer made of a polymer made of 2 - ([2,2'-bitiophene] -5-yl) -6 - ([2,3'-bitiophene] -5'-yl) -4- (5-hexylthiophen-2-yl) pyridine and tyrosinase, a sample of the dye is placed along with the adrenaline which undergoes an enzymatic reaction. The sample is illuminated by a diode which excites compounds present in the solution as the sample flows. The increase in fluorescence intensity registered by the light sensor is therefore proportional to the concentration of the analyzed substance. The fluorescence intensity is measured with a light sensor, and the fluorescence intensity is determined by the magnitude of the voltage increase across the measuring resistor connected to the light sensor. The registered increase in the fluorescence intensity is directly proportional to the concentration of the analyzed substance. The detection limit for the system is 2.07 nM.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424462A PL235261B1 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Optical biosensor for adrenaline detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424462A PL235261B1 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Optical biosensor for adrenaline detection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424462A1 PL424462A1 (en) | 2018-11-05 |
| PL235261B1 true PL235261B1 (en) | 2020-06-15 |
Family
ID=63998352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424462A PL235261B1 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Optical biosensor for adrenaline detection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL235261B1 (en) |
-
2018
- 2018-02-02 PL PL424462A patent/PL235261B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL424462A1 (en) | 2018-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Leiner | Luminescence chemical sensors for biomedical applications: scope and limitations | |
| AU711444B2 (en) | A method and apparatus to perform trans-cutaneous analyte monitoring | |
| Tusa et al. | Critical care analyzer with fluorescent optical chemosensors for blood analytes | |
| Ngernsutivorakul et al. | Microfabricated probes for studying brain chemistry: a review | |
| DE10101576B4 (en) | Optical sensor and sensor field | |
| EP2565630A1 (en) | Dye-doped gelatin-coated optical fibers for in situ monitoring of protease activity in wounds | |
| WO2003100469A9 (en) | Internal biochemical sensing device | |
| Schultz | Biosensors | |
| US5376336A (en) | Apparatus for determining the flow of matter passing through a boundary surface | |
| KR20010076415A (en) | A test tool for a multi-item test and the method for producing the same as well as a measuring device for the test tool | |
| Optiz et al. | Theory and development of fluorescence-based optochemical oxygen sensors: oxygen optodes | |
| JP2003287532A (en) | Blood test unit | |
| US11733168B2 (en) | Sensor module for multiparametrically analysing a medium | |
| KR0178397B1 (en) | Apparatus for detection of microorganisms | |
| EP2150176B1 (en) | Implantable concentration sensor and device | |
| Schäferling et al. | Time-resolved fluorescent imaging of glucose | |
| KR101333844B1 (en) | Test element for determining a body fluid and measurement method | |
| Schaffar et al. | Chemically mediated fiberoptic biosensors | |
| PL235261B1 (en) | Optical biosensor for adrenaline detection | |
| Wolfbeis et al. | Recent progress in optical oxygen sensing | |
| Wu et al. | Fiber-optic biological/chemical sensing system based on degradable hydrogel | |
| Porterfield et al. | Noninvasive approaches to measuring respiratory patterns using a PtTFPP-based phase-lifetime self-referencing oxygen optrode | |
| Dixit et al. | Simultaneous single detector measurement of multiple fluorescent sources | |
| Storey et al. | Enhanced sensitivity for quantifying disease markers via raman and machine-learning of circulating biofluids in optofluidic chips | |
| JP3697852B2 (en) | Measuring system |