RU2532841C2 - Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления - Google Patents
Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532841C2 RU2532841C2 RU2011124246/10A RU2011124246A RU2532841C2 RU 2532841 C2 RU2532841 C2 RU 2532841C2 RU 2011124246/10 A RU2011124246/10 A RU 2011124246/10A RU 2011124246 A RU2011124246 A RU 2011124246A RU 2532841 C2 RU2532841 C2 RU 2532841C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cytochrome
- electrode
- variant
- derivative
- immobilized
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title abstract description 17
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 108020002206 Cytochrome c552 Proteins 0.000 claims abstract description 112
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 66
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 14
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- 108010052832 Cytochromes Proteins 0.000 claims abstract description 13
- 102000018832 Cytochromes Human genes 0.000 claims abstract description 13
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 108010058683 Immobilized Proteins Proteins 0.000 claims description 41
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 34
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 claims 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 abstract 3
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 125000003396 thiol group Chemical class [H]S* 0.000 description 35
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 26
- 102100030497 Cytochrome c Human genes 0.000 description 17
- 108010075031 Cytochromes c Proteins 0.000 description 17
- 241000283073 Equus caballus Species 0.000 description 17
- 150000003278 haem Chemical class 0.000 description 16
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 7
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 4
- 102000004144 Green Fluorescent Proteins Human genes 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 4
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 4
- 125000003588 lysine group Chemical group [H]N([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(N([H])[H])C(*)=O 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 3
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 3
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 3
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 3
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 3
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000589499 Thermus thermophilus Species 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 229960000789 guanidine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N guanidinium chloride Chemical compound [Cl-].NC(N)=[NH2+] PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 125000004029 hydroxymethyl group Chemical class [H]OC([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229930182817 methionine Natural products 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 108010034088 zinc cytochrome c Proteins 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K17/00—Carrier-bound or immobilised peptides; Preparation thereof
- C07K17/14—Peptides being immobilised on, or in, an inorganic carrier
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
- G01N33/5438—Electrodes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/761—Biomolecules or bio-macromolecules, e.g. proteins, chlorophyl, lipids or enzymes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
- G01N2333/795—Porphyrin- or corrin-ring-containing peptides
- G01N2333/80—Cytochromes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2610/00—Assays involving self-assembled monolayers [SAMs]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к биохимии. Предложен способ изготовления электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде таким образом, что гидрофобная часть цитохрома, его производного или варианта расположена напротив золотого электрода. Цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. После образования на золотом электроде самоорганизующегося монослоя золотой электрод погружают в раствор, содержащий цитохром с552, его производное или вариант, буферный раствор и от 10 мМ до 30 мМ включительно хлорида калия для связывания цитохрома с552, его производного или варианта с золотым электродом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. Также предложен электрод, полученный вышеуказанным способом. Предложен способ изготовления функционального элемента фотоэлектрического преобразователя. Способ включает стадии образования электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации на золотом электроде цитохрома с552, его производного или варианта. Предложен также функциональный элемент фотоэлектрического преобразователя, полученный вышеуказанным способом. Предложенная группа изобретений обеспечивает повышение стабильности электрода с иммобилизованным белком с сохранением способности переноса электронов цитохрома с552, его производного или варианта для длительного постоянного применения. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
[Настоящее изобретение относится к электроду с иммобилизованным белком и к способу его изготовления и относится к функциональному элементу, в котором применен электрод с иммобилизованным белком, и к способу его изготовления.
Предшествующий уровень техники
В последние годы растет спрос на электроды с иммобилизованным белком. Например, в организме реакция переноса электронов происходит во множестве белковых пар. При изучении ориентации и механизма электронного переноса при образовании комплекса между белковыми парами применяют электрод с иммобилизованным белком. В данном случае электрод с иммобилизованным белком применяют таким образом, чтобы белок иммобилизовался на электроде и только после этого осуществляется специфическое взаимодействие между белком и другим белком, а ток детектируют с помощью электрода с иммобилизованным белком.
В последние годы уделяется большое внимание применению белка в элементе фотоэлектрического преобразования. Например, сообщают о получении фототока на электроде с иммобилизованным белком, в котором на золотом электроде иммобилизован цинковый цитохром с (который получают замещением железа на цинк в лошадином сердечном цитохроме с), и создают элемент фотоэлектрического преобразования, в котором применен электрод с иммобилизованным белком (см. JP 2007-220445). Однако белок нестабилен вне живого организма. Таким образом, является очень важным достижение долгосрочной стабилизации элемента фотоэлектрического преобразования. Однако, насколько известно авторам настоящего изобретения, до сих пор об этом ничего не сообщалось.
Полученный из Thermus thermophilus цитохром с552 в живом организме функционирует в качестве участника переноса электронов подобно лошадиному сердечному цитохрому с. Известно, что цитохром с552 обладает термостабильностью, которая выше, чем у лошадиного сердечного цитохрома с (см. Fee, J.А, и др. Protein Sci. 9, 2074 (2000)). Например, средняя точка денатурации общего белка находится в диапазоне от 50 до 60°С, а для лошадиного сердечного цитохрома с она составляет 85°С. С другой стороны, температуру денатурации цитохрома с552 невозможно измерить в обычном растворе (с верхним пределом температуры 100°С), т.к. она составляет 100°С или выше. Более того, сообщалось, что средняя точка денатурации цитохрома с552 в присутствии 4,2М гидрохлорида гуанидина (денатурирующий агент) составляет от 60 до 70°С.
Поскольку цитохром с552 обладает, как описано выше, высокой термостабильностью, то он подходит в качестве материала для устройств. Хотя цитохром с552 и лошадиный сердечный цитохром с имеют похожие составляющие аминокислоты и похожие трехмерные структуры, они различаются окружением активного центра кармана гема, в котором осуществляется перенос электронов. В частности, в лошадином сердечном цитохроме с остатки лизина, имеющие положительные заряды, распределены по всей молекуле. Хотя количество остатков лизина в цитохроме с552 схоже с их количеством в лошадином сердечном цитохроме с, эти остатки лизина не распределены вокруг кармана гема. Сообщалось, что комплекс цитохрома с552 и его in vivo окислительно-восстановительного партнера образован, главным образом, за счет гидрофобного взаимодействия, в соответствии со структурой комплекса (см. Muresanu, L. и др., J. Biol. Chem. 281, 14503 (2006)). Следовательно, для иммобилизации на электроде цитохрома с552 с сохранением способности переноса электронов требуется найти специфическое условие.
Одним из известных способов для иммобилизации на электроде лошадиного сердечного цитохрома с является применение мономолекулярной пленки (HS(CH2)10COO-, 1-карбокси-10-декантиол). Следовательно, считают возможным применение способа иммобилизации для иммобилизации цитохрома с552. Однако до настоящего времени не был получен ток окислительно-восстановительной реакции в способе иммобилизации цитохрома с552 на электроде путем применения мономолекулярной пленки, которая была использована в способе иммобилизации лошадиного сердечного цитохрома с.
Французская исследовательская группа сообщила, что они успешно получили ток в ходе белковой окислительно-восстановительной реакции путем применения электрода с иммобилизованным белком, в котором цитохром с552 иммобилизовали на серебряном электроде (см. Bemad, S. и др., Eur. Biophys. J. 36, 1039 (2007)). Однако в диаграмме циклической вольтамперометрии, полученной при использовании электрода с иммобилизованным белком, интервал между пиками волны окисления и волны восстановления является значительным, что говорит о существовании проблемы контроля ориентации белка. Кроме того, серебро в качестве материала для электрода подвержено коррозии и окислению даже при использовании в нормальных условиях. В связи с тем, что серебряный электрод не подходит для длительного постоянного применения, предпочтительным является применение вместо серебряного электрода химически стабильного электрода.
Сущность изобретения
Таким образом, задача, которая должна быть решена настоящим изобретением, заключается в создании электрода с иммобилизованным белком для длительного постоянного применения и способа его изготовления, в котором цитохром с552, его производное или вариант, обладающий высокой стабильностью, иммобилизован на химически стабильном золотом электроде, с сохранением способности переноса электронов цитохрома с552, его производного или варианта.
Другая задача, которая должна быть решена настоящим изобретением, заключается в создании функционального элемента, в котором применен электрод с иммобилизованным белком, для длительного постоянного применения, и способа его изготовления, в котором цитохром с552, его производное или вариант, обладающий высокой стабильностью, иммобилизован на химически стабильном золотом электроде с сохранением способности переноса электронов цитохрома с552, его производного или варианта.
Авторы настоящего изобретения провели множество исследований для решения этих задач и неожиданно обнаружили, что цитохром с552 может быть иммобилизован на золотом электроде без ухудшения способности цитохрома с552 переносить электроны, что привело к разработке настоящего изобретения.
В частности, для решения этих задач создан электрод с иммобилизованным белком, который включает золотой электрод и цитохром с552, его производное или вариант, иммобилизованный на золотом электроде.
Настоящее изобретение также представляет собой способ изготовления электрода с иммобилизованным белком, который включает иммобилизацию цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде.
Настоящее изобретение также представляет собой функциональный элемент, который содержит электрод с иммобилизованным белком, включающий золотой электрод и цитохром с552, его производное или вариант, иммобилизованный на золотом электроде.
Настоящее изобретение также представляет собой способ изготовления функционального элемента, который включает стадию создания электрода с иммобилизованным белком посредством иммобилизации цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде.
Изобретение не ограничивает особым образом функциональный элемент при условии, что в нем использован цитохром с552, его вариант или производное. Примеры функционального элемента включают элементы фотоэлектрического преобразования и различные электронные элементы, обладающие функцией фотоэлектрического преобразования.
В настоящем изобретении цитохром с552, его производное или вариант, как правило, иммобилизованы таким образом, чтобы гидрофобная часть была направлена к стороне золотого электрода. Как правило, цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя между ними. Производное цитохрома с552 является цитохромом с552, который имеет химически модифицированный аминокислотный остаток или гем в каркасе цитохрома с552. Вариант цитохрома с552 получают заменой части аминокислотных остатков в каркасе цитохрома с552 на другой аминокислотный остаток.
В настоящем изобретении, созданном так, как описано выше, при использовании электрода с иммобилизованным белком предотвращается появление коррозии, окисления или т.п., поскольку золотой электрод является химически стабильным. Кроме того, способность цитохрома с522, его производного или варианта переносить электроны не ухудшились при иммобилизации на золотом электроде цитохрома с552, его производного или варианта.
В соответствии с настоящим изобретением может быть создан электрод с иммобилизованным белком для длительного постоянного применения, в котором цитохром с522, его производное или вариант, обладающий высокой стабильностью, иммобилизован на химически стабильном золотом электроде, с сохранением способности цитохрома с552, его производного или варианта переносить электроны. Кроме того, с помощью электрода с иммобилизованным белком созданы различные функциональные элементы с высокой производительностью.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является схематическим чертежом, иллюстрирующим электрод с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения.
Фиг.2 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру цитохрома с552, использованного в электроде с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением изобретения.
Фиг.3 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру цитохрома с552, использованного в электроде с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением изобретения.
Фиг.4 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру лошадиного сердечного цитохрома с.
Фиг.5 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру лошадиного сердечного цитохрома с.
Фиг.6 является схематическим чертежом, иллюстрирующим детали структуры цитохрома с552 из электрода с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением изобретения.
Фиг.7 является схематическим чертежом, иллюстрирующим детали структуры цитохрома с552 из электрода с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением изобретения.
Фиг.8 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру самоорганизующегося монослоя в электроде с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением изобретения.
Фиг.9 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной в примере с помощью электрода с иммобилизованным цитохромом с552.
Фиг.10 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной в примере с помощью электрода с иммобилизованным цитохромом с552.
Фиг.11 является схематическим чертежом, демонстрирующим ежедневное изменение в значениях тока в примере с электродом с иммобилизованным цитохромом с552 при хранении его в белковом растворе при комнатной температуре.
Фиг.12 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной в примере с помощью электрода с иммобилизованным цитохромом с552.
Фиг.13 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной в примере с помощью электрода с иммобилизованным цитохромом с552.
Фиг.14 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной на электродах с иммобилизованным цитохромом с552, которые получены изменением концентрации KCl в растворе цитохрома с552.
Фиг.15 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной на электродах с иммобилизованным цитохромом с552, которые получены изменением содержания HS(CH2)10CH2OH, использованного при образовании самообразующегося монослоя.
Фиг.16 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной на электродах с иммобилизованным цитохромом с552, которые получены изменением содержания HS(СН3)10CH2OH, использованного при получении самообразующегося монослоя.
Фиг.17 является схематическим чертежом, полученным нанесением значений тока в пиках диаграмм циклической вольтамперометрии осуществленных с помощью электродов с иммобилизованным цитохромом с552, полученных изменением содержания HS(СН3)10CH2OH в материале, использованном при образовании самоорганизующегося монослоя относительно содержания HS(СН3)10CH2OH.
Фиг.18 является схематическим чертежом, иллюстрирующим результаты циклической вольтамперометрии, осуществленной на электродах с иммобилизованным цитохромом с552, полученных изменением длины гидрофобного и гидрофильного тиолов, использованных при образовании самоорганизующегося монослоя.
Фиг.19 является схематическим чертежом, иллюстрирующим структуру элемента фотоэлектрического преобразования в соответствии со вторым воплощением изобретения.
Осуществление изобретения
Наилучшие режимы осуществления изобретения будут описаны ниже.
Вначале будет приведено первое воплощение (электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления), а затем
второе воплощение (элемент фотоэлектрического преобразования)
Первое воплощение
Электрод с иммобилизованным белком
Фиг.1 иллюстрирует электрод с иммобилизованным белком в соответствии с первым воплощением.
Как показано на фиг.1, в электроде с иммобилизованным белком, цитохром с552 13 иммобилизован на золотом электроде 11 с расположенным между ними самоорганизующимся монослоем (СОМ) 12. В данном случае цитохром с552 13 иммобилизован таким образом, чтобы гидрофобная часть 13а находилась на стороне золотого электрода 11. В геме 13b цитохрома с552 13 в качестве центрального металла координируется железо (Fe).
Фиг.2,А схематически иллюстрирует структуру цитохрома с552. На фиг.2,А показана схемная модель гема цитохрома с552 и его осевые лигандные остатки гистидина (His), метионина (Met) и лизина (положительно заряженные аминокислоты). Фиг.2,А является фронтальным видом гема цитохрома с552, который ориентирован так, чтобы осевой лигандный гистидин (His) располагался на правой стороне. Фиг.2,В является диаграммой распределения заряда на поверхности цитохрома с552, представленного на фиг.2,А. Фиг.3,А является чертежом цитохрома с552, наблюдаемого с обратной стороны гема. Фиг.3,В является диаграммой распределения заряда на поверхности цитохрома с552, представленного на фиг.3,А.
Для сравнения на фиг.4,А представлен чертеж лошадиного сердечного цитохрома с, наблюдаемый с фронтальной стороны гема, а фиг.4,В является диаграммой распределения заряда на поверхности лошадиного сердечного цитохрома с, представленного на фиг.4,А. Фиг.5,А является чертежом лошадиного сердечного цитохрома с, наблюдаемого с фронтальной стороны гема, а фиг.5,В является диаграммой распределения заряда на поверхности лошадиного сердечного цитохрома с, представленного на фиг.5,А.
На фиг.4,В и 5,В показано, что лошадиный сердечный цитохром с имеет положительные заряды, которые распределены по всей молекуле. С другой стороны, на фиг.2,В и 3,В показано, что цитохром с552 имеет положительные заряды, сконцентрированные в задней части гема. Кроме того, фронтальная часть гема в цитохроме с552 занята гидрофобными остатками и нейтральными полярными остатками. Гидрофобная часть 13 а цитохрома с552 13 соответствует фронтальной части гема.
На фиг. 6 схематически показан цитохром с552 13, иммобилизованный на золотом электроде 11 с расположенным между ними самоорганизующимся монослоем 12. На фиг.6 осевой лигандный гистидин присутствует во фронтальной части цитохрома с552 13, а остатки лизина показаны в реберной модели.
Фиг.7 является чертежом цитохрома с552 13, иммобилизованного на золотом электроде 11 с расположенным между ними самоорганизующимся монослоем 12, который наблюдается со стороны золотого электрода 11, где осевой лигандный гистидин присутствует на правой стороне (фронтальная часть гема). На фиг.7 аминокислотные боковые цепи представлены реберной моделью.
Самоорганизующийся монослой 12 состоит из трех частей. Первая часть является связывающей функциональной группой (такой как тиольная группа (-SH)), которая реагирует с атомом на поверхности золотого электрода 11, на котором должен быть иммобилизован самоорганизующийся монослой. Вторая часть, как правило, является алкильной цепью. Двухмерная регулярная структура самоорганизующегося монослоя 12 создана главным образом ван-дер-ваальсовыми силами между алкильными цепями. Соответственно, как правило, в случае, когда число углеродов в алкильных цепях достаточно большое, образуется стабильная, высокоплотная и в высокой степени ориентированная пленка. Третьей частью является концевая группа. При применении концевой группы в качестве функциональной группы твердая поверхность функционализируется.
Самоорганизующийся монослой 12 образован с помощью, например, гидрофобного и гидрофильного тиолов. В соответствии с соотношением гидрофобного и гидрофильного тиолов меняется легкость соединения между цитохромом с552 13 и золотым электродом 11 . Примеры гидрофобной группы гидрофильного тиола включают -ОН, -NH2, SO3 -, OSO3 -, СОО- и NH4 +. Гидрофобный и гидрофильный тиолы могут быть выбраны в соответствии с необходимостью.
Предпочтительным примером комбинации гидрофобного и гидрофильного тиолов является комбинация HS(СН2)nCH3 (n=5, 8, 10) в качестве гидрофобного тиола и HS(CH2)nCH2OH (n=5, 8, 10) в качестве гидрофильного тиола. Конкретно, например, гидрофобным тиолом является 1-ундекантиол(HS(СН2)10СН3), а гидрофильным тиолом является 1-гидрокси-11-ундекантиол (HS(CH2)10CH2OH). Другим примером комбинации гидрофобного и гидрофильного тиолов является комбинация HS(СН2)mCH3 в качестве гидрофобного тиола и HS(CH2)nCH2OH в качестве гидрофильного тиола (где m<n, m равно, например, пяти или больше, а n равно, например, 10 или меньше). Конкретно, например, гидрофобным тиолом является HS(CH2)9СН3), а гидрофильным тиолом является HS(CH2)10CH2OH.
На фиг.8 схематически показана структура самоорганизующегося монослоя 12, образованного с помощью гидрофобного и гидрофильного тиолов. Как показано на фиг.8, сторона тиольной группы (-SH) гидрофобного тиола 12а и гидрофильный тиол 12b связаны с поверхностью золотого электрода 11. Кроме того, сторона гидрофобных групп гидрофобного тиола 12а и сторона гидрофильных групп гидрофобного тиола 12b (показанной кружками на фиг.8) связаны с гидрофобной частью 13а цитохрома с552 13.
Способ получения электрода с иммобилизованным белком
Далее описан пример способа получения электрода с иммобилизованным белком.
Во-первых, золотой электрод 11 погружают в раствор, полученный смешиванием гидрофобного и гидрофильного тиолов, в заранее определенном соотношении (с использованием, например, этанола в качестве растворителя) для образования самоорганизующегося монослоя 12 на поверхности золотого электрода 11, как показано на фиг. 1.
Затем золотой электрод, на котором образован самоорганизующийся монослой 12, погружают в раствор, содержащий цитохром с552 13, буферный раствор и, при необходимости, соль, такую как хлорид калия (KCl). В результате цитохром с552 абсорбируется и иммобилизуется на самоорганизующемся монослое 12, так что гидрофобная часть 13 а располагается к стороне золотого электрода 11.
Таким образом изготовляют целевой электрод с иммобилизованным белком.
Пример
Будет описан пример электрода с иммобилизованным белком (который в дальнейшем в этом документе называется электродом с иммобилизованным цитохромом с552).
1. Получение образца
Готовили 0,1 мМ раствор, полученный смешиванием 1-ундекантиола (HS(СН2)10СН3) в качестве гидрофобного тиола и 1-гидрокси-11-ундекантиола (HS(CH2)10CH2OH) в качестве гидрофильного тиола в соотношении 25:75 в этаноле. Чистый золотой капельный электрод или золотой плоский электрод затем погружают в раствор и оставляют в нем при комнатной температуре на один день. Таким образом на поверхности золотого капельного электрода или золотого плоского электрода образуется самоорганизующийся монослой.
Электрод промывают ультрачистой водой, погружают в 50 мкМ раствор цитохрома с552 (10 мМ буферный раствор трис-соляной кислоты (рН 7,6) и 50 мМ KCl) и выдерживают при комнатной температуре в течение 30 минут или дольше. Таким образом, получают электрод с иммобилизованным цитохромом с552, в котором цитохром с552 иммобилизован на поверхности золотого капельного электрода или золотого плоского электрода с самоорганизующимся монослоем, расположенным между ними.
При использовании электрода с иммобилизованным цитохромом с552, полученным как описано выше, проводили циклическую вольтамперометрию. Результаты представлены на фиг.9 и 10. На фиг.9 и 10 I служит для обозначения тока (А), а Е указывает потенциал (V) для контрольного электрода (Ag/AgCl) (такой же применяется далее). Из фиг.9 и 10 понятно, что изображены типичные диаграммы адсорбционной циклической вольтамперометрии без разделения пиков. Диаграмма циклической вольтамперометрии, представленная на фиг.9, демонстрирует результаты измерения, проведенного при скоростях развертки потенциала, варьирующих в диапазоне от 10 до 100 мВ/с с шагом 10 мВ/с. Более того, диаграмма циклической вольтамперометрии, представленная на фиг.10, демонстрирует результаты измерения, проведенного при скоростях развертки потенциала, варьирующих в диапазоне от 100 до 1000 мВ/с с шагом 100 мВ/с.
Из фиг.9 и 10 понятно, что в электроде с иммобилизованным цитохромом с552, не происходит разделения пиков в диапазоне скорости развертки потенциала от 10 до 1000 мВ/с. Это означает, что карман гема цитохрома с552 оптимально координирован по отношению к золотому электроду в электроде с иммобилизованным цитохромом с552.
На фиг.11 показано ежедневное изменение значений тока (анодный ток Ipa и катодный ток Ica), происходящее при хранении электрода с иммобилизованным цитохромом с552 в белковом растворе при комнатной температуре. Как продемонстрировано на фиг.11, электрод с иммобилизованным цитохромом с552 дает схожее значение тока окислительно-восстановительной реакции даже после хранения в белковом растворе при комнатной температуре в течение одного месяца. В подобном эксперименте при использовании лошадиного сердечного цитохрома с значение тока уменьшалось понемногу с течением времени, и в диаграмме циклической вольтамперометрии произошло разделение пиков.
Далее приведено описание данных, полученных при сравнении случаев, когда направление гема в цитохроме с552 в электроде с иммобилизованным цитохромом с552 противоположно направлению гема цитохрома с552 в электроде с иммобилизованным цитохромом с552 в приведенном примере, т.е. для золотого электрода. Более конкретно, будет дано описание данных для случая, когда цитохром с522 иммобилизован на золотом электроде с помощью самоорганизующегося монослоя, имеющего отличную концевую часть, т.е. в случае, когда цитохром с522 иммобилизован в неправильной ориентации.
Конкретно, проводили циклическую вольтамперометрию на электроде с иммобилизованным цитохромом с552, в котором цитохром с552 иммобилизован на золотых электродах с помощью тиолов (HS(CH2)10R), имеющих 10 атомов углерода и различные концевые части (-R). Итоговые диаграммы циклической вольтамперометрии представлены на фиг. 12, где 10 мМ раствор фосфата натрия (рН 7,0) использовали в качестве буферного раствора, а скорость развертки потенциала составляла 50 мВ/с.
Хотя на фиг.12 видны пики окисления-восстановления белка или чего-либо в этом роде в случае, когда (-R) был -СОО-, после повторения цикла окисления-восстановления, пики исчезали. Следовательно, понятно, что в случае, когда цитохром с552 иммобилизован на золотом электроде в неправильной ориентации, функция цитохрома с552 не поддерживается.
Далее описаны результаты циклической вольтамперометрии, проведенной при изменении концентрации KCl в растворе цитохрома с552, использованном при получении вышеописанного электрода с иммобилизованным с552.
Во время измерения в качестве буферного раствора применяли 10 мМ раствор фосфата натрия (рН 7,0) и устанавливали скорость развертки потенциала 50 мВ/с. Применяли электроды с иммобилизованным цитохромом с552, в каждом из которых цитохром с552 иммобилизовали на золотом капельном электроде с расположенным в промежутке самоорганизующимся монослоем, образованным с помощью HS(СН2)10СН3 и HS(СН3)10CH2OH таким же образом, как описано выше. При этом диаметр золотого капельного электрода составил 2,5 мм.
Итоговые диаграммы циклической вольтамперометрии представлены на фиг.13. При этом в качестве буферного раствора в растворе цитохрома с552 применяли 10 мМ буферный раствор трис-соляная кислота (рН 7,6). Поскольку концентрация KCl в растворах цитохрома с552, способных иммобилизовать цитохром с552, находится в диапазоне от 0 до 200 мМ, циклическую вольтамперометрию проводили при изменении концентрации KCl в этом диапазоне.
Фиг.14 является графиком, который получен интеграцией катодного тока (нисходящий пик) диаграммы циклической вольтамперометрии, представленной на фиг.13, для получения общего количества заряда с последующим нанесением на график количества относительно концентрации KCl, Из фиг.14 понятно, что оптимум концентрации KCl находится в диапазоне от 10 до 30 мМ. Когда концентрация попадает в пределы оптимального диапазона, количество иммобилизации цитохрома с552 в около 1,5 раза больше, чем в случае, когда раствор цитохрома с552, не содержащий KCl, т.е. когда концентрация KCl равна 0 мМ, или в случае, когда концентрация KCl равна 50 мМ или выше. В случае, когда концентрация KCl выше 100 мМ, возникает десорбция цитохрома с552 и самоорганизующегося монослоя.
Далее получали самоорганизующиеся монослои при изменении соотношения между HS(СН2)10СН3 и HS(CH2)10CH2OH в этанольном растворе, который использовали для образования самоорганизующегося монослоя. Затем осуществляли циклическую вольтамперометрию на электродах с иммобилизованным цитохромом, образованных иммобилизацией цитохрома с552 с самоорганизующимся монослоем в промежутке. При этом во время измерения в качестве буферного раствора применяли 10 мМ раствор фосфата натрия (рН 7,0) и устанавливали скорость развертки потенциала 50 мВ/с.
Итоговые диаграммы циклической вольтамперометрии представлены на фиг.15. Цифрами в сноске представлены соотношения ([HS(СН2)10СН3]/[HS(СН2)10CH2OH]). Например, (20/80) означает, что HS(СН2)10СН3 составляет 20%, a HS(CH2)10CH2OH составляет 80%.
На основе результатов, представленных на фиг.15, была проведена проверка посредством тонкого изменения содержания HS(CH2)10CH2OH в общей смеси HS(СН2)10СН3 и HS(CH2)10CH2OH с шагом 5% в диапазоне от 60% до 95% включительно. Результаты представлены на фиг.16.
Фиг.17 является графиком, полученным путем нанесения значений тока при пиках окисления-восстановления в результатах, представленных на фиг.15 и 16 относительно содержания HS(CH2)10CH2OH. Из фиг.17 понятно, что цитохром с552 прекрасно иммобилизуется, если содержание HS(CH2)10CH2OH попадает в диапазон от 60% до 90% включительно. Хотя детали не описаны, другими проведенными экспериментами подтверждается, что цитохром с552 прекрасно иммобилизуется, если содержание HS(CH2)10CH2OH попадает в диапазон от 60% до 90% включительно во всех случаях, когда гидрофобным тиолом является HS(СН2)nCH3 (n=5, 8, 10), а гидрофильным тиолом является HS(CH2)nCH2OH (n=5, 8, 10).
Далее будут описаны результаты циклической вольтамперометрии, проведенной при изменении длины гидрофобных и гидрофильных тиолов, использованных при образовании самоорганизующихся монослоев. Конкретно, самоорганизующиеся монослои образованы при использовании комбинаций HS(СН2)5СН3 или HS(СН2)10СН3 в качестве гидрофобного тиола, имеющих концевую часть в виде метильной группы и число атомов углерода, равное пяти или 10, и HS(CH2)10CH2OH или HS(CH2)5CH2OH, имеющих концевую часть в виде гидроксиметильной группы и число атомов углерода, равное пяти или 10. Затем иммобилизовали цитохром с552 на золотом электроде с самоорганизующимся монослоем в промежутке. Циклическую вольтамперометрию проводили с помощью электродов с иммобилизованным цитохромом с552, полученным, как описано выше. На фиг. 18 представлены полученные диаграммы циклической вольтамперометрии.
В кривых (1), (2), (3), и (7), представленных на фиг.18, пики, полученные из белка, появляются вокруг 0 В. Это говорит о том, что даже когда число атомов углерода гидрофобного и гидрофильного тиолов изменяется, цитохром с552 иммобилизован в схожей ориентации, если поддерживается баланс между метильной группой гидрофобного тиола и гидроксильной группой гидрофильного тиола в гидрофобном и гидрофильном тиолах, использованных при образовании самоорганизующегося монослоя, т.е. поддерживается баланс между распределениями гидрофобной и гидрофильной групп на поверхности самоорганизующегося монослоя. Что касается гидрофильного тиола, прекрасный результат был получен в случае, когда число атомов углерода гидрофильной группы равно 10 или более, по сравнению со случаем, когда число атомов углерода равно пяти.
Как описано выше, в соответствии с первым воплощением цитохром с552 13, обладающий высокой стабильностью, иммобилизован на химически стабильном золотом электроде 11 с расположенным в промежутке самоорганизующимся монослоем 12 так, чтобы гидрофобная часть 13 а располагалась к стороне золотого электрода 11. Таким образом создан электрод с иммобилизованным белком для длительного постоянного применения, в котором цитохром с552 иммобилизован на золотом электроде 11, при сохранении его способности переносить электроны.
Второе воплощение
Элемент фотоэлектрического преобразования
Как показано на фиг.19, элемент фотоэлектрического преобразования имеет электрод с иммобилизованным белком, в котором цитохром с552 иммобилизован на золотом электроде 11 с расположенным в промежутке самоорганизующимся монослоем 12 по аналогии с первым воплощением. Кроме того, зеленый флюоресцентный белок (GFP) электростатически связан с цитохромом с552 13.
В элементе фотоэлектрического преобразования, когда свет (hν) проникает извне, то он поступает на зеленый флюоресцентный белок 14, и электроны в зеленом флюоресцентном белке 14 приходят в возбужденное состояние. Возбужденные электроны переходят на цитохром с552 и извлекаются в виде фототока, текущего извне к золотому субстрату 11. Таким образом, осуществляется фотоэлектрическое преобразование.
Остальные детали аналогичны первому воплощению.
В соответствии со вторым воплощением реализован новый элемент фотоэлектрического преобразования при использовании электрода с иммобилизованным белком с длительным постоянным применением.
Хотя воплощения настоящего изобретения были описаны выше на конкретных примерах, изобретение не ограничено упомянутыми выше воплощениями и возможны различные модификации, основанные на технической идее изобретения.
Например, значения, структуры, конфигурации, формы, материалы и т.п., описанные в воплощениях выше, являются просто примерами, и по мере необходимости могут быть применены различные значения, структуры, конфигурации, формы, материалы и т.п.
Claims (6)
1. Электрод с иммобилизованным белком, содержащий золотой электрод и цитохром с552, его производное или вариант, иммобилизованный на золотом электроде таким образом, что гидрофобная часть цитохрома, его производного или варианта расположена напротив золотого электрода, и цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними, причем самоорганизующийся монослой образован из гидрофобного и гидрофильного тиолов, гидрофобным тиолом является HS(СН2)nCH3 (n=5, 8, 10), а гидрофильным тиолом является HS(CH2)nCH2OH (n=5, 8, 10) и содержание HS(CH2)nCH2OH в самоорганизующемся монослое составляет от 60% до 90% включительно.
2. Электрод с иммобилизованным белком по п.1, в котором гидрофобным тиолом является HS(СН2)10СН3, а гидрофильным тиолом является HS(CH2)10CH2OH.
3. Электрод с иммобилизованным белком по п.1, в котором гидрофобным тиолом является HS(СН2)mCH3, а гидрофильным тиолом является HS(CH2)nCH2OH (m<n).
4. Способ изготовления электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде таким образом, что гидрофобная часть цитохрома, его производного или варианта расположена напротив золотого электрода, и цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними, и после образования на золотом электроде самоорганизующегося монослоя золотой электрод погружают в раствор, содержащий цитохром с552, его производное или вариант, буферный раствор и от 10 мМ до 30 мМ включительно хлорида калия для связывания цитохрома с552, его производного или варианта с золотым электродом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними.
5. Функциональный элемент фотоэлектрического преобразователя, содержащий электрод с иммобилизованным белком, который включает золотой электрод, и иммобилизованный на золотом электроде цитохром с552, его производное или вариант по пп.1-3.
6. Способ изготовления функционального элемента фотоэлектрического преобразователя по п.5, включающий стадии образования электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации на золотом электроде цитохрома с552, его производного или варианта.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008-322199 | 2008-12-18 | ||
| JP2008322199A JP5233650B2 (ja) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | タンパク質固定化電極およびその製造方法ならびに機能素子およびその製造方法 |
| PCT/JP2009/070674 WO2010071071A1 (ja) | 2008-12-18 | 2009-12-10 | タンパク質固定化電極およびその製造方法ならびに機能素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011124246A RU2011124246A (ru) | 2013-01-27 |
| RU2532841C2 true RU2532841C2 (ru) | 2014-11-10 |
Family
ID=42268741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124246/10A RU2532841C2 (ru) | 2008-12-18 | 2009-12-10 | Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8609438B2 (ru) |
| EP (1) | EP2360466A4 (ru) |
| JP (1) | JP5233650B2 (ru) |
| KR (1) | KR20110094304A (ru) |
| CN (1) | CN102282461B (ru) |
| BR (1) | BRPI0923356A2 (ru) |
| RU (1) | RU2532841C2 (ru) |
| WO (1) | WO2010071071A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5444747B2 (ja) | 2009-02-17 | 2014-03-19 | ソニー株式会社 | カラー撮像素子およびその製造方法ならびに光センサーおよびその製造方法ならびに光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器 |
| JP2011100759A (ja) * | 2009-11-04 | 2011-05-19 | Sony Corp | 多層透明受光素子および電子機器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2157521C2 (ru) * | 1996-05-10 | 2000-10-10 | Би Джи плс | Прямая электрохимия ферментов |
| JP2007220445A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sony Corp | 光電変換素子、半導体装置および電子機器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10280182A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タンパク質固定修飾電極 |
| JP4524395B2 (ja) * | 2004-05-31 | 2010-08-18 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | チオール基又はスルフィド基含有化合物の検出、濃度測定方法 |
| NO321280B1 (no) | 2004-07-22 | 2006-04-18 | Thin Film Electronics Asa | Organisk, elektronisk krets og fremgangsmate til dens fremstilling |
| JP4561451B2 (ja) * | 2005-04-15 | 2010-10-13 | セイコーエプソン株式会社 | 多型検出方法および多型検出用キット |
| JP5007555B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2012-08-22 | ソニー株式会社 | タンパク質の固定化方法及びこれを用いたバイオセンサー |
| JP5444747B2 (ja) * | 2009-02-17 | 2014-03-19 | ソニー株式会社 | カラー撮像素子およびその製造方法ならびに光センサーおよびその製造方法ならびに光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器 |
| JP5446414B2 (ja) * | 2009-04-16 | 2014-03-19 | ソニー株式会社 | 光電変換素子 |
-
2008
- 2008-12-18 JP JP2008322199A patent/JP5233650B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-12-10 CN CN200980154795.9A patent/CN102282461B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-12-10 RU RU2011124246/10A patent/RU2532841C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-12-10 KR KR1020117013249A patent/KR20110094304A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-12-10 EP EP09833374.3A patent/EP2360466A4/en not_active Withdrawn
- 2009-12-10 US US13/139,461 patent/US8609438B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-12-10 WO PCT/JP2009/070674 patent/WO2010071071A1/ja active Application Filing
- 2009-12-10 BR BRPI0923356-3A patent/BRPI0923356A2/pt not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2157521C2 (ru) * | 1996-05-10 | 2000-10-10 | Би Джи плс | Прямая электрохимия ферментов |
| JP2007220445A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sony Corp | 光電変換素子、半導体装置および電子機器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SOPHIE BERNAD AND ET AL., Kinetics of the electron transfer reaction of Cytochrome c552 adsorbed on biomimetic electrode studied by time-resolved surface-enhanced resonance Raman spectroscopy and electrochemistry \ Eur Biophys J, 2007, pages: 1039-1048. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BRPI0923356A2 (pt) | 2015-07-21 |
| EP2360466A4 (en) | 2014-05-14 |
| EP2360466A1 (en) | 2011-08-24 |
| KR20110094304A (ko) | 2011-08-23 |
| JP5233650B2 (ja) | 2013-07-10 |
| US20120103798A1 (en) | 2012-05-03 |
| US8609438B2 (en) | 2013-12-17 |
| RU2011124246A (ru) | 2013-01-27 |
| WO2010071071A1 (ja) | 2010-06-24 |
| CN102282461A (zh) | 2011-12-14 |
| CN102282461B (zh) | 2014-12-24 |
| JP2010145216A (ja) | 2010-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rad et al. | A review on glucose and hydrogen peroxide biosensor based on modified electrode included silver nanoparticles | |
| Wang et al. | Co/Co3O4 nanoparticles coupled with hollow nanoporous carbon polyhedrons for the enhanced electrochemical sensing of acetaminophen | |
| Xiao et al. | Nanocomposites: from fabrications to electrochemical bioapplications | |
| US7122106B2 (en) | Electrosynthesis of nanofibers and nano-composite films | |
| Dong et al. | Exploiting multi-function metal-organic framework nanocomposite Ag@ Zn-TSA as highly efficient immobilization matrixes for sensitive electrochemical biosensing | |
| Wang et al. | One-step unipolar pulse electrodeposition of nickel hexacyanoferrate/chitosan/carbon nanotubes film and its application in hydrogen peroxide sensor | |
| Skunik et al. | Phosphomolybdate-modified multi-walled carbon nanotubes as effective mediating systems for electrocatalytic reduction of bromate | |
| Deng et al. | A biofuel cell with enhanced performance by multilayer biocatalyst immobilized on highly ordered macroporous electrode | |
| Wang et al. | High-sensitive electrochemical sensor of Sudan I based on template-directed self-assembly of graphene-ZnSe quantum dots hybrid structure | |
| Valentini et al. | Nanomaterials and analytical chemistry | |
| Zheng et al. | DNA as a linker for biocatalytic deposition of Au nanoparticles on graphene and its application in glucose detection | |
| Tang et al. | An enhanced biosensor for glutamate based on self-assembled carbon nanotubes and dendrimer-encapsulated platinum nanobiocomposites-doped polypyrrole film | |
| Zhang et al. | Gold Nanoparticle‐Based Mediatorless Biosensor Prepared on Microporous Electrode | |
| RU2532841C2 (ru) | Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления | |
| Siriviriyanun et al. | Advantages of electrodes with dendrimer-protected platinum nanoparticles and carbon nanotubes for electrochemical methanol oxidation | |
| Li et al. | Fabrication of a nanobiocomposite film containing heme proteins and carbon nanotubes on a choline modified glassy carbon electrode: Direct electrochemistry and electrochemical catalysis | |
| Cui et al. | Biosensors based on carbon nanotubes/nickel hexacyanoferrate/glucose oxidase nanocomposites | |
| JP2001141695A (ja) | 修飾電極、それを用いたセンサおよび検出方法 | |
| Lee et al. | Fabrication and electrocatalysis of self-assembly directed gold nanoparticles anchored carbon nanotubes modified electrode | |
| Shin et al. | Electrocatalytic characteristics of electrodes based on ferritin/carbon nanotube composites for biofuel cells | |
| Zhu et al. | Long-range interfacial electron transfer and electrocatalysis of molecular scale Prussian Blue nanoparticles linked to Au (111)-electrode surfaces by different chemical contacting groups | |
| Tran Nhu et al. | Development of a non-enzyme sensor to detect glucose based on the modification of copper electrode | |
| Miao et al. | Immobilization of Prussian blue nanoparticles onto thiol SAM modified Au electrodes for electroanalytical or biosensor applications | |
| Chen et al. | Multilayer assembly of hemoglobin and colloidal gold nanoparticles on multiwall carbon nanotubes/chitosan composite for detecting hydrogen peroxide | |
| Kovacs et al. | Influence of SAM structure on direct electron transfer at Au electrodes modified with cellobiose dehydrogenase from Neurospora crassa |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151211 |