RU2580288C2 - Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата - Google Patents
Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580288C2 RU2580288C2 RU2013119716/15A RU2013119716A RU2580288C2 RU 2580288 C2 RU2580288 C2 RU 2580288C2 RU 2013119716/15 A RU2013119716/15 A RU 2013119716/15A RU 2013119716 A RU2013119716 A RU 2013119716A RU 2580288 C2 RU2580288 C2 RU 2580288C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- enzyme
- oxidase
- lactate
- microbiosensor
- electrode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биологическим сенсорам и может быть использовано для анализа биологических проб, содержащих глюкозу или лактат. Способ изготовления микробиосенсора на основе гексацианоферрата железа заключается в том, что на рабочий электрод, коаксиально расположенный с электродом сравнения, наносят гексацианоферрат железа, а поверх него наносят фермент-оксидазу, иммобилизованный в матрицу на основе перфторсульфонированного полимера или гамма-аминопропилсилоксана. Достигается надежность и воспроизводимость закрепления фермента на поверхности электрокатализатора при сохранении большей части его активности; а также сопряжение электродной и ферментативной реакций. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к способу приготовления чувствительного элемента микросенсоров для определения глюкозы или лактата, содержащего фермент-оксидазу, иммобилизованную на поверхность электрокатализатора берлинской лазури (БЛ).
Контроль содержания в организме таких ключевых метаболитов, как глюкоза и лактат, есть важная аналитическая задача в связи с ростом заболеваемости диабетом, интересом к изучению стрессовых состояний человека в спортивной медицине, а также для диагностики и лечения широкого спектра заболеваний. Для определения этих двух веществ наиболее распространены методы, использующие ферменты-оксидазы, которые реагируют со своим специфическим субстратом с образованием пероксида водорода.
Среди различных подходов, обеспечивающих работоспособность оксидазных биосенсоров, детектирование пероксида водорода является наиболее эффективным, позволяя определять довольно низкие концентрации данного аналита [3]. На сегодняшний день наиболее эффективным чувствительным электрокатализатором восстановления пероксида водорода является берлинская лазурь [1].
На фиг. 1 приведена конструкция микросенсора на пероксид водорода, описанного в работе [2]. Максимальный диаметр в поперечном сечении не превышает 2 мм, что делает его пригодным для имплантации в живой организм млекопитающего без существенных повреждений. Микросенсор работает по двухэлектродной схеме: рабочий электрод и электрод сравнения расположены коаксиально.
Из патента Риччи и др. известен способ изготовления биосенсора на основе электродов, модифицированных гексацианоферратом железа или берлинской лазурью (Ricci et al., RU 2442130 C2, 10.02.2012; см. пример 5). Однако указанный патент относится к области биосенсоров, а не микробиосенсоров, а следовательно, не обеспечивает возможности имплантации в живые организмы. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чувствительности микробиосенсора по сравнению с указанным аналогом (RU 2442130 С2, 10.02.2012).
Научной группой, включающей в себя авторов данного патента, разработан и опубликован способ иммобилизации ферментов в различные удерживающие матрицы с возможностью дальнейшего сопряжения ферментативной и электродной реакции. Так, в работе [4, 5] описан протокол иммобилизации оксидаз из водно-органических смесей с высоким содержанием органического растворителя. В качестве мембранообразующего агента для глюкозооксидазы выступает полиэлектролит Нафион [4], в случае лактатоксидазы - различные виды силоксанов [5]. Применение указанных методик для изготовления микробиосенсоров оказалось успешным, однако диапазон определяемых датчиками концентраций не покрывал физиологический. Содержание глюкозы в крови составляет от 0.5 до 30 ммоль/л в состоянии тяжелой гипергликемии, лактата - 1 до 10 ммоль/л при интенсивных физических нагрузках. Таким образом, необходима оптимизация состава ферментсодержащих мембран для пролонгирования диапазона определяемых содержаний субстратов.
В связи с этим для глюкозных микробиосенсоров исследовались чувствительность и максимальная определяемая датчиком концентрация в зависимости от концентрации полиэлектролита Нафион растворе фермента перед нанесением на поверхность БЛ (фиг. 2 и 3).
Таким образом, для определения глюкозы физиологических концентраций наиболее всего подходит биосенсор с содержанием полиэлектролита Нафион 0.5%.
В случае лактатных микробиосенсоров в качестве параметра оценки при выборе состава исходного раствора для формирования мембраны был взят коэффициент чувствительности. На фиг. 4 изображена его зависимость от концентрации γ-NH2-Pr-Sil - гамма-аминопропилсилоксана. На ней присутствует явный максимум для концентрации силоксана, равной 1%.
Таким образом, в диапазоне содержаний силоксана 0.3-2% наилучшей чувствительностью и стабильностью обладают датчики со средним содержанием гамма-аминопропилсилоксана.
Пример 1
Изготовление чувствительного элемента микробиосенсора для определения глюкозы с защитой активного центра фермента полиэлектролитом Нафион
Иммобилизация глюкозооксидазы в мембране Нафиона, представляющего собой сополимер политетрафторэтилена и полисульфонилфторидвинилового эфира (фиг. 5), проводилось по следующей методике. На первом этапе коммерческий препарат Нафион концентрации 5% разбавляли абсолютированным изопропиловым спиртом до концентрации Нафион 2%. На втором этапе к полученному раствору полиэлектролита добавляли 25%-й водный раствор аммиака для достижения величины pH раствора полиэлектролита 5.5. Нейтрализованный раствор Нафион далее разбавлялся абсолютированным изопропиловым спиртом до необходимой концентрации.
На третьем этапе готовили раствор для создания ферментсодержащей мембраны Нафион. Исходный раствор фермента составлял 10 мг/мл. К полученному раствору фермента добавляли спиртовой раствор Нафион необходимой концентрации и перемешивали. Концентрация фермента в фермент-полиэлектролитном комплексе составляла 1.5 мг/мл, содержание воды в мембране составляло 15%, Нафион 0.5%.
Аналитические характеристики глюкозных микробиосенсоров, состоящих из модифицированных берлинской лазурью микроэлектродов с иммобилизованной на поверхности электрода оксидазой с оптимальным содержанием полимера:
Пример 2
Изготовление чувствительного элемента микробиосенсора для определения лактата с защитой активного центра фермента гамма-аминопропилсилоксана.
Иммобилизацию лактатоксидазы проводили следующим образом: охлажденный при температуре +4°C раствор гамма-аминопропилсилоксана (полимера (3-аминопропил)триэтоксисилана, фиг. 6) в изопропаноле смешивали со свежеприготовленным водным раствором фермента (содержание лактатоксидазы = 1 мг/мл), и эту смесь наносили на рабочую поверхность микроэлектродов, модифицированных берлинской лазурью. Высушивание мембраны и хранение биосенсоров производили при +4°C.
Аналитические характеристики лактатных микробиосенсоров, состоящих из модифицированных берлинской лазурью микроэлектродов с иммобилизованной на ее поверхности оксидазой с содержанием гамма-аминопропилсилоксана 1%:
Литература
1. Karyakin A.A., Prussian Blue and Its Analogues: Electrochemistry and Analytical Applications. Electroanalysis. (2001), 13, 813-19.
2. I.A. Bolshakov, Т.V. Vygodina, R. Gennis, A.A. Karyakin, and A.A. Konstantinov Catalase Activity of Cytochrome с Oxidase Assayed with Hydrogen Peroxide Sensitive Electrode Microsensor. Biochemistry (Moscow) (2010), 75, 1352-1360.
3. G.G. Guilbault, G.J. Lubrano An enzyme electrode for the amperometric determination of glucose. Analitica chimica acta (1973), 64, 433-455.
4. Arkady A. Karyakin, Elena A. Kotel′nikova, Lilia V. Lukachova, and Elena E. Karyakina Optimal Environment for Glucose Oxidase in Perfluorosulfonated Ionomer Membranes: Improvement of First-Generation Biosensors. Analytical Chemistry (2002), 74, 1597-1603.
5. Eugenia I. Yashina, Anastasiya V. Borisova, Elena E. Karyakina, Olga I. Shchegolikhina, Mikhail Yu. Vagin, Dmitry A. Sakharov, Alexandr G. Tonevitsky and Arkady A. Karyakin Sol-Gel Immobilization of Lactate Oxidase from Organic Solvent: Toward the Advanced Lactate Biosensor. Anal. Chem. Letters (2010), 82 (5), 1601-1604.
Claims (3)
1. Способ изготовления микробиосенсора на основе гексацианоферрата железа, заключающийся в том, что на рабочий электрод, коаксиально расположенный с электродом сравнения, наносят гексацианоферрат железа, а поверх него наносят фермент-оксидазу, иммобилизованный в матрицу на основе перфторсульфонированного полимера или гамма-аминопропилсилоксана.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фермента-оксидазы используют фермент глюкозооксидазу, иммобилизованный в матрицу перфторсульфонированного полимера.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фермента-оксидазы используют фермент лактатоксидазу, иммобилизованный в матрицу гамма-аминопропилсилоксана.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119716/15A RU2580288C2 (ru) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013119716/15A RU2580288C2 (ru) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013119716A RU2013119716A (ru) | 2014-11-10 |
RU2580288C2 true RU2580288C2 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=53380734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013119716/15A RU2580288C2 (ru) | 2013-04-29 | 2013-04-29 | Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580288C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703316C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ изготовления высокостабильного покрытия сенсора на пероксид водорода |
RU2819920C1 (ru) * | 2023-08-01 | 2024-05-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Способ получения рабочего элемента сенсора, модифицированного наночастицами гексацианоферрата никеля, для определения концентрации глюкозы |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2259771A (en) * | 1991-09-20 | 1993-03-24 | Tihomir Paul Obrenovitch | Electrochemical throughflow enzyme biosensor |
RU2049991C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1995-12-10 | Гиндилис Андрей Львович | Способ определения метаболитов в биологических жидкостях, активный элемент для его осуществления |
RU2290062C2 (ru) * | 2001-06-12 | 2006-12-27 | Лайфскен, Инк. | Электрохимический элемент, устройство, система и способ для взятия пробы биологической жидкости и исследования содержащегося в ней анализируемого вещества |
UA48155U (ru) * | 2009-09-04 | 2010-03-10 | Институт Молекулярной Биологии И Генетики Национальной Академии Наук Украины | Амперометрический мультибиосенсор для определения лактата, этанола и глюкозы |
RU2442130C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2012-02-10 | А. Менарини Индустрие Фармачеутике Рьюните С.Р.Л. | Способ изготовления модифицированных электродов, электроды, полученные указанным способом, и энзимные биосенсоры, включающие указанные электроды |
RU2442976C2 (ru) * | 2009-11-30 | 2012-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное Агентство по науке и инновациям | Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода |
RU2444980C2 (ru) * | 2007-03-07 | 2012-03-20 | Эко Терапьютикс, Инк. | Трансдермальная система мониторинга аналита и способы детекции аналита |
-
2013
- 2013-04-29 RU RU2013119716/15A patent/RU2580288C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2259771A (en) * | 1991-09-20 | 1993-03-24 | Tihomir Paul Obrenovitch | Electrochemical throughflow enzyme biosensor |
RU2049991C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1995-12-10 | Гиндилис Андрей Львович | Способ определения метаболитов в биологических жидкостях, активный элемент для его осуществления |
RU2290062C2 (ru) * | 2001-06-12 | 2006-12-27 | Лайфскен, Инк. | Электрохимический элемент, устройство, система и способ для взятия пробы биологической жидкости и исследования содержащегося в ней анализируемого вещества |
RU2442130C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2012-02-10 | А. Менарини Индустрие Фармачеутике Рьюните С.Р.Л. | Способ изготовления модифицированных электродов, электроды, полученные указанным способом, и энзимные биосенсоры, включающие указанные электроды |
RU2444980C2 (ru) * | 2007-03-07 | 2012-03-20 | Эко Терапьютикс, Инк. | Трансдермальная система мониторинга аналита и способы детекции аналита |
UA48155U (ru) * | 2009-09-04 | 2010-03-10 | Институт Молекулярной Биологии И Генетики Национальной Академии Наук Украины | Амперометрический мультибиосенсор для определения лактата, этанола и глюкозы |
RU2442976C2 (ru) * | 2009-11-30 | 2012-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное Агентство по науке и инновациям | Способ приготовления высокостабильного чувствительного элемента сенсора на пероксид водорода |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703316C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ изготовления высокостабильного покрытия сенсора на пероксид водорода |
RU2819920C1 (ru) * | 2023-08-01 | 2024-05-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Способ получения рабочего элемента сенсора, модифицированного наночастицами гексацианоферрата никеля, для определения концентрации глюкозы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013119716A (ru) | 2014-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vadgama | Enzyme electrodes as practical biosensors | |
Mullen et al. | Glucose enzyme electrode with extended linearity: application to undiluted blood measurements | |
Künzelmann et al. | Biosensor properties of glucose oxidase immobilized within SiO2 gels | |
EP1194585B1 (en) | Amperometric sensor | |
Park et al. | Nonenzymatic continuous glucose monitoring in human whole blood using electrified nanoporous Pt | |
Chen et al. | Glucose microbiosensor based on alumina sol–gel matrix/electropolymerized composite membrane | |
Palleschi et al. | Ideal hydrogen peroxide-based glucose sensor | |
Serafín et al. | Electrochemical biosensor for creatinine based on the immobilization of creatininase, creatinase and sarcosine oxidase onto a ferrocene/horseradish peroxidase/gold nanoparticles/multi-walled carbon nanotubes/Teflon composite electrode | |
JPH0679003B2 (ja) | 酵素/電極式中センサー | |
Churchouse et al. | Needle enzyme electrodes for biological studies | |
Lawal et al. | Mediated xanthine oxidase potentiometric biosensors for hypoxanthine based on ferrocene carboxylic acid modified electrode | |
US20150122646A1 (en) | Mediator-less Electrochemical Glucose Sensing Procedure Employing the Leach-proof Covalent Binding of an Enzyme(s) to Electrodes and Products Thereof | |
Palchetti | New trends in the design of enzyme-based biosensors for medical applications | |
Malik et al. | An improved enzyme nanoparticles based amperometric pyruvate biosensor for detection of pyruvate in serum | |
Lin et al. | Immobilized Fullerene C60‐Enzyme‐Based Electrochemical Glucose Sensor | |
US20220187234A1 (en) | Multi-enzymatic biosensors and stabilization of multi-enzymatic biosensors at room temperature | |
Wang et al. | Immobilization of uricase within polystyrene using polymaleimidostyrene as a stabilizer and its application to uric acid sensor | |
Feng et al. | A disposable cholesterol enzyme biosensor based on ferrocene-capped gold nanoparticle modified screen-printed carbon electrode | |
Ferri et al. | A Glucose Biosensor Based on Electro‐Enzyme Catalyzed Oxidation of Glucose Using a HRP‐GOD Layered Assembly | |
Brondani et al. | Development of biosensor based on ionic liquid and corn peroxidase immobilized on chemically crosslinked chitin | |
RU2580288C2 (ru) | Способ изготовления микробиосенсора для определения глюкозы или лактата | |
Cete et al. | A novel biosensor with the use of polypyrrole–poly (sodium-4-styrenesulphonate) as a dopant in the determination of glucose | |
Thévenot | Problems in adapting a glucose-oxidase electrochemical sensor into an implantable glucose-sensing device | |
Gomes et al. | Application of lactate amperometric sol–gel biosensor to sequential injection determination of L-lactate | |
Shi et al. | On‐line biosensors for simultaneous determination of glucose, choline, and glutamate integrated with a microseparation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HC9A | Changing information about author(s) | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160426 |