UA118786C2 - Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові - Google Patents
Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові Download PDFInfo
- Publication number
- UA118786C2 UA118786C2 UAA201609967A UAA201609967A UA118786C2 UA 118786 C2 UA118786 C2 UA 118786C2 UA A201609967 A UAA201609967 A UA A201609967A UA A201609967 A UAA201609967 A UA A201609967A UA 118786 C2 UA118786 C2 UA 118786C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- glucose
- creatinine
- membrane
- urea
- selective
- Prior art date
Links
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000008103 glucose Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N creatinine Chemical compound CN1CC(=O)NC1=N DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229940109239 creatinine Drugs 0.000 claims abstract description 45
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 claims abstract description 20
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 108010046334 Urease Proteins 0.000 claims abstract description 11
- 108030003307 Creatinine deaminases Proteins 0.000 claims abstract description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 17
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 17
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 17
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 claims description 14
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 claims description 14
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 claims description 11
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 claims description 9
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 claims description 9
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 claims description 9
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000000832 lactitol Substances 0.000 claims description 7
- VQHSOMBJVWLPSR-JVCRWLNRSA-N lactitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]([C@H](O)CO)O[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O VQHSOMBJVWLPSR-JVCRWLNRSA-N 0.000 claims description 7
- 235000010448 lactitol Nutrition 0.000 claims description 7
- 229960003451 lactitol Drugs 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 2
- 229920002491 Diethylaminoethyl-dextran Polymers 0.000 claims 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 208000007342 Diabetic Nephropathies Diseases 0.000 description 10
- 208000033679 diabetic kidney disease Diseases 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N creatine Chemical compound NC(=[NH2+])N(C)CC([O-])=O CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 5
- 238000001631 haemodialysis Methods 0.000 description 5
- 230000000322 hemodialysis Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 108010029444 creatinine deiminase Proteins 0.000 description 4
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 3
- 229960003624 creatine Drugs 0.000 description 3
- 239000006046 creatine Substances 0.000 description 3
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 3
- 206010067584 Type 1 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 2
- HLVXFWDLRHCZEI-UHFFFAOYSA-N chromotropic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC(O)=C2C(O)=CC(S(O)(=O)=O)=CC2=C1 HLVXFWDLRHCZEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002218 hypoglycaemic effect Effects 0.000 description 2
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N thymol Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1O MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000001072 type 2 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 2
- GRYSXUXXBDSYRT-WOUKDFQISA-N (2r,3r,4r,5r)-2-(hydroxymethyl)-4-methoxy-5-[6-(methylamino)purin-9-yl]oxolan-3-ol Chemical compound C1=NC=2C(NC)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1OC GRYSXUXXBDSYRT-WOUKDFQISA-N 0.000 description 1
- ZCUQOPGIJRGJDA-UHFFFAOYSA-N 1-naphthalen-1-ylethane-1,2-diamine Chemical compound C1=CC=C2C(C(N)CN)=CC=CC2=C1 ZCUQOPGIJRGJDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 102000004420 Creatine Kinase Human genes 0.000 description 1
- 108010042126 Creatine kinase Proteins 0.000 description 1
- 208000002249 Diabetes Complications Diseases 0.000 description 1
- 206010012655 Diabetic complications Diseases 0.000 description 1
- 102000005548 Hexokinase Human genes 0.000 description 1
- 108700040460 Hexokinases Proteins 0.000 description 1
- 208000013016 Hypoglycemia Diseases 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 238000007375 Jaffe assay Methods 0.000 description 1
- 208000001647 Renal Insufficiency Diseases 0.000 description 1
- 229920000439 Sulodexide Polymers 0.000 description 1
- 239000005844 Thymol Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004082 amperometric method Methods 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- RJGDLRCDCYRQOQ-UHFFFAOYSA-N anthrone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3CC2=C1 RJGDLRCDCYRQOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003544 deproteinization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- FSEUPUDHEBLWJY-HWKANZROSA-N diacetylmonoxime Chemical compound CC(=O)C(\C)=N\O FSEUPUDHEBLWJY-HWKANZROSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 206010061989 glomerulosclerosis Diseases 0.000 description 1
- 230000002641 glycemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 208000017169 kidney disease Diseases 0.000 description 1
- 201000006370 kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 1
- ZWLUXSQADUDCSB-UHFFFAOYSA-N phthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1C=O ZWLUXSQADUDCSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N picric acid Chemical compound OC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004313 potentiometry Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229960003491 sulodexide Drugs 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 229960000790 thymol Drugs 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 239000002441 uremic toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000925 very toxic Toxicity 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Винахід належить до галузі медицини. Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові складається з трьох потенціометричних біосенсорів. Перший потенціометричний біосенсор має два рН-чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі глюкозооксидази, селективна до глюкози, на другий нанесена референтна мембрана. Другий потенціометричний біосенсор також має два рН-чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі креатиніндеамінази, селективна до креатиніну, на другий нанесена референтна мембрана. Третій потенціометричний біосенсор також складається з двох рН-чутливих польових транзисторів, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі рекомбінантної уреази, селективна до сечовини, на другий нанесена референтна мембрана. Вказані три біосенсори оптимізовані для одночасної роботи та призначені для підключення до аналого-цифрового іонно-сенсорного вимірювача параметрів рідких середовищ. Винахід забезпечує підвищення селективності аналізу, високу відтворюваність сигналу з похибкою вимірювання не більше 3 %, розширення лінійних діапазонів роботи мультибіосенсорної системи.
Description
Винахід належить до галузі медицини. Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові складається з трьох потенціометричних біосенсорів.
Перший потенціометричний біосенсор має два рН-чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі глюкозооксидази, селективна до глюкози, на другий нанесена референтна мембрана. Другий потенціометричний біосенсор також має два рін- чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі креатиніндеамінази, селективна до креатиніну, на другий нанесена референтна мембрана.
Третій потенціометричний біосенсор також складається з двох рН-чутливих польових транзисторів, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі рекомбінантної уреази, селективна до сечовини, на другий нанесена референтна мембрана. Вказані три біосенсори оптимізовані для одночасної роботи та призначені для підключення до аналого-дифрового іонно-сенсорного вимірювача параметрів рідких середовищ. Винахід забезпечує підвищення селективності аналізу, високу відтворюваність сигналу з похибкою вимірювання не більше 3 95, розширення лінійних діапазонів роботи мультибіосенсорної системи. о о о мпв 0 АК 2 ше ЗШ З кер ту с. НН. я ЗІ
З зон М ЗО о. ООН хе й
От ще се КЕ З З дит Ум ОБ : о - БАЗІ оо о 00 ще
З и : З Ну С ї НО т с с. 6 ші щ ші -з КАК
Фіг. 1
Пропонований винахід належить до галузі медицини та охорони здоров'я і може бути використаний з метою вивчення стану нирок під час процедури гемодіалізу у хворих на цукровий діабет (ЦД), а саме визначення вмісту глюкози креатиніну та сечовини в сироватці крові хворих на ниркову недостатність спричинену ЦД, а більш конкретно до мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові.
Широка розповсюдженість ЦД у всьому світі призвела до стрімкого збільшення числа пацієнтів з хронічними діабетичними ускладненнями, серед яких діабетичне враження нирок - діабетична нефропатія (ДН). Терміном "діабетична нефропатія" визначають хронічне ускладнення ЦД, яке відмічають в одній третій хворих. Захворювання характеризується специфічним враженням ниркової паренхіми, що призводить до формуванням вузликового чи дифузного гломерулосклерозу. Частота розвитку ДН коливається від 25 до 40 95 при ЦД 1 типу і від 12 до 26 95 при ЦД 2 типу 1-3). В США і Японії ДН займає перше місце за розповсюдженням серед всіх захворювань нирок (35-40 95). В країнах Європи хворі на ДН складають 20-25 95 кількості пацієнтів, що потребують гемодіалізу |41.
Значною проблемою у хворих на ЦД є контроль глікемії. Негативними є як високі, так і низькі концентрації глюкози. Особливо небезпечною є гіпоглікемія, що може розвиватися під час процедури гемодіалізу, внаслідок видалення глюкози із кровотоку. Використання глюкозовмісних розчинів, постійний моніторинг рівня глюкози в крові під час сеансів рекомендовані для зниження ризику розвитку гіпоглікемічних станів у хворих на цукровий діабет, які перебувають в умовах хронічного гемодіалізу (5, 6). Крім того, для контролю ефективності процедури гемодіалізу та для зменшення часу перебування пацієнта в незручних умовах, необхідний постійний контроль основних уремічних токсинів - сечовини та креатиніну І7- 9.
В сучасній лабораторній діагностиці для кількісного аналізу зазначених метаболітів існують колориметричні методи аналізу. Наприклад, для колориметричного визначення глюкози використовують кольорові реакції між глюкозою та концентрованою сірчаною кислотою; глюкозою, концентрованою сірчаною кислотою і антроном чи а-нафтолом, чи тимолом, або ж хромотроповою кислотою. Для сечовини колориметричними реагентами є діацетилмонооксим, фталальдегід, нафтилетилендіамін, хромотропова кислота (19). Найпоширенішим
Зо колориметричним визначенням креатиніну є реакція Яффе з використанням пікринової кислоти (11-13). Проте, наведені методи є досить складними у використанні: необхідний контроль температури, рН, що значно сповільнює аналіз, крім того, існує велика кількість інтерферентів, взаємодія з якими призводить до хибних результатів. Необхідно проводити додаткову обробку біозразків: адсорбцію, екстракцію, діаліз, депротеїнізацію, використовувати ферменти, щоб видалити інтерферуючі речовини. Деякі речовини, що використовують в кольорових реакціях є дуже токсичними, деякі вибухонебезпечні. Даний шлях призводить до зниження точності та підвищення вартості аналізу зазначених метаболітів.
Окрім колориметричного визначення концентрацій глюкози, сечовини та креатиніну існує друга група методів більш специфічних, які грунтуються на ферментативних реакціях з колориметричною детекцією. Для глюкози відомі найпоширеніші два методи: глюкозооксидазний та гексокіназний. Для сечовини всі сучасні ферментативні методи грунтуються на використанні ферменту уреази. Метод складається з двох етапів. На першому при гідролізі сечовини утворюється іон амонію, концентрацію якого (другий етап) визначають з використанням послідовних ферментативних реакцій, потенціометричних методів чи технології "сухої хімії" (14).
У ферментативних колориметричних методах визначення креатиніну використовують креатиніназу, що каталізує гідроліз креатиніну до креатину, який потім визначають в креатинкіназній реакції.
Ферментативні оптичні методи є специфічними і чутливими, але їх застосування для визначення концентрацій глюкози, сечовини і креатиніну обмежене нестійкістю ферментів при зберіганні та експлуатації, складністю методики аналізу, а також високою вартістю обладнання і затратних матеріалів, крім того, необхідна наявність висококваліфікованого персоналу. До того ж неможливість одночасного аналізу всіх трьох метаболітів в польових умовах.
На сьогоднішній день існує декілька мультибіосенсорних систем для аналізу сечовини, креатиніну та глюкози (15, 16). В основі роботи першої системи лежать ЕІ5-сенсори, в процесі іммобілізації використовують мікросферовий альгінат як носіїв ферментів (15). Описана мультибіосенсорна система дуже складна у виробництві та проведенні аналізу. Сама сенсорна система громіздка за рахунок використання багатошарового принципу конструкції. Друга мультибіосенсорна система є найбільш близькою до запропонованої заявки (16). Однак, 60 описана мультибіосенсорна система, працює з використанням амперметричного методу аналізу, що свідчить про погану селективність аналізу відносно електроактивних речовин. Крім того, дана мультибіосенсорна система характеризується вузьким лінійним діапазоном визначення креатиніну, глюкози, сечовини в діапазонах 0,2-5; 0,2-10; ії 0,5-20 мМ, відповідно.
Крім того, система була слабо відтворена в межах 5-8595 від відносного стандартного відхилення.
В основу запропонованого винаходу поставлено задачу створення такої мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини, яка б дозволила з більшою селективністю без впливу електороактивних речовин, кращою відтворюваністю з похибкою вимірювання менше 3 95 від відносного стандартного відхилення та ширшим лінійним діапазоном роботи визначати концентрації глюкози, креатиніну та сечовини в зразках сироватки крові.
Поставлена задача вирішується запропонованою мультибіосенсорною системою для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові, що складається з трьох потенціометричних біосенсорів, перший з яких має два рН-чутливих польових транзистори (рн-
ПТ), на один з яких нанесена робоча мембрана на основі глюкозооксидази, селективна до глюкози, на другий нанесена референтна мембрана, другий біосенсор, також має два рн- чутливих польових транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі креатиніндеамінази, селективна до креатиніну, на другий нанесена референтна мембрана, третій біосенсор також складається з двох рН-чутливих польових транзисторів, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі рекомбінантної уреази, селективна до сечовини, на другий нанесена референтна мембрана, а вказані три біосенсори оптимізовані для одночасної роботи та призначені для підключення до аналого-цифрового іонно-сенсорного вимірювача параметрів рідких середовищ.
Використання в роботі перетворювачів на основі рН-чутливих польових транзисторів, дозволяло проводити більш селективний аналіз зразків за рахунок нівелювання впливу електроактивних речовин. Використання в роботі методу іммобілізації ферментів в парах глутарового альдегіду дало можливість розробити мультибіосенсорну систему, що характеризувалась високою відтворюваністю сигналу з похибкою вимірювання не більше З 95, а використання в складі одного з біосенсорів рекомбінантної уреази розширило лінійний діапазон роботи мультибіосенсорної системи. Також в роботі підібрано оптимальний склад робочих
Зо (ферментних) та референтних мембран усіх трьох біосенсорів для можливості їх одночасної роботи(концентрацію речовин в мембранах вибрано з метою отримання приблизно однакових за величиною та швидкістю відгуків). Далі було оптимізовано параметри буферного розчину (рН, іонна сила та буферна ємність) для одночасного функціонування трьох біосенсорів в складі біосенсорної системи.
В основі роботи мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові лежать реакції ферментативного гідролізу:
Глюкозооксидаза
В-О-глюкозажО» НО -» О-глюконолактонНгО» (1) у р-глюконова кислотатнНго -- Залишок (2) кислоти НУ
Уреаза
Сечовинат2НгО НІ -» 2МНАНСОз.- (3)
Креатиніндеїміназа
Креатинін-НгО Не -» М-метилгідантоїн-МНа" (4)
В ході ферментативних реакцій (1-4) змінюється концентрація протонів, що призводить до зміни рН розчину та відповідно, виникненню сигналу, який ми і реєструємо на рн-пт.
Суть винаходу пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 показано зовнішній вигляд трьох потенціометричних біосенсорів в складі мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові; на фіг.2 показано блок-схему портативної потенціометричної біосенсорної системи для визначення концентрації глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові; на фіг. З показано типові відгуки мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові на додавання субстратів; на фіг. 4 наведено графіки залежності величин відгуків мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові від концентрації відповідних субстратів.
на фіг. 5 наведено графіки відтворюваності відгуків мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові.
Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові складається з трьох потенціометричних біосенсорів 1,2,3 (ПБ) (Фіг. 1) на основі РН-ПТ. Перший біосенсор 1 (ПБ) має два рнН-ПТ (зигзагоподібні області затворів) - 4, 5 (303). На 4 (303) нанесено робочу мембрану з глюкозооксидозою, селективною до глюкози. Другий біосенсор 2 (ПБ) також має два рн-ПТ (зигзагоподібні області затворів) - 6, 7 (303), на 6-й (303) нанесено робочу мембрану з креатиніндеіміназою селективною до креатиніну. Третій біосенсор З (ПБ) також має два рнН-ПТ (зигзагоподібні області затворів) - 8, 9 (303), на 8 (303) нанесено робочу мембрану з рекомбінантною уреазою, селективною до сечовини. На другий транзистор 5, 7, 9 (303) усіх трьох біосенсорів (1, 2, 3) (ПБ) нанесено типові референтні мембрани на основі сироваткового альбуміну бика. Зигзагоподібна геометрія затворних областей транзисторів має відношення довжини каналу до його ширини рівним 100, що забезпечує достатній рівень крутизни перехідної характеристики. р--дифузійні з контактами до стоку і витоку кожного з транзисторів виведені на край чипа, як і виводи до вбудованих мікроелектродів порівняння.
Алюмінієві контактні площини до усіх транзисторних виходів, виведені на край кожного з чипів 10 (АК). Вказана мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові 11 (МС) (Фіг. 2) вмонтована до спеціальної вимірювальної комірки 12 (ВК) з під'єднаним електродом порівняння 13 (ЕП). Сама вимірювальна комірка 12 (ВК) встановлена на магнітну мішалку 14 (ММ) для постійного перемішування в ході аналізу. Під час вимірювання мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини 11 (МС) підключена до відповідних входів аналого-дифрового іонно-сенсорного вимірювача параметрів рідких середовищ 15 (АВ), розробленого та виготовленого в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є.
Лашкарьова НАН України І17)Ї), що працює по схемі прямого вимірювання струму в каналі польових транзисторів з активним навантаженням. Виходи приладу 15 (АВ) підключені до відповідних входів персонального комп'ютера 16 (ПК).
Пропонована мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові працювала наступним чином. Попередньо виготовляли біоселективні мембрани.
Для створення гелю для ферментної мембрани першого біосенсора (чутливого до глюкози)
Зо готували розчин з вмістом 20 95 глюкозооксидази, 20 95 сироваткового альбуміну бика (БСА), 10 95 гліцерину у 20 мМ фосфатному буфері, рН 7,4. Гель для ферментної мембрани другого біосенсора (чутливого до креатиніну) робили таким же чином, але замість глюкозооксидази додавали 2095 креатиніндеіїмінази, 0,295 ДЕАЕ-декстрану та 295 лактитол. Гель для ферментної мембрани третього біосенсора (чутливого до сечовини) робили з 10 95 рекомбінантної уреази, 10 95 БСА, 10 95 гліцерину, 0,2 95 ДЕАЕ-декстрану та 2 95 лактитолу.
Концентрація усіх компонентів мембран підбиралась експериментально для досягнення можливості одночасного функціонування усіх біосенсорів в складі мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові. До складу гелів додавався гліцерин для стабілізації ферментів при іммобілізації та запобігання передчасному підсиханню біомембран, нанесених на поверхні перетворювачів. В свою чергу, сироватковий альбумін бика,
ДЕАЕ-декстран та лактитол в складі ферментних мембран відігравали роль стабілізуючих агентів для ферментів. Далі, на робочі поверхні перетворювачів наносили приготовлені заздалегідь гелі і витримували в парах глутарового альдегіду (ГА) 10-30 хвилин.
Таким чином, ферментна мембрана, нанесена на робочу область першого біосенсора складалась з 20 мМ фосфатного буфера, рН 7,4, та з наступних інгредієнтів у такому їх співвідношенні (у мас 95): 15-25 глюкозооксидаза, 15-25 БСА, 5-15 гліцерин.
Ферментна мембрана, нанесена на робочу область другого біосенсора складалась з 20 мМ фосфатного буфера, рН 7,4, та з наступних інгредієнтів у такому їх співвідношенні (у мас Ос): 15-25 креатиніндеїміназа, 15-25 БСА, 5-15 гліцерин, 1-2,5 лактитол, 0,1-0,3 ДЕАЕ-декстран.
Ферментна мембрана, нанесена на робочу область третього біосенсора складалась з 20 мМ фосфатного буфера, рН 7,4, та з наступних інгредієнтів у такому їх співвідношенні (у мас Об): 5-15 рекомбінантна уреаза, 60 5-15 БСА, 5-15 гліцерин,
1-2,5 лактитол, 0,1-0,3 ДЕАЕ-декстран.
Ідентичні референтні мембрани наносились на робочі області обох біосенсорів, і складались з 20 мМ фосфатного буфера, рН 7,4, та з наступних інгредієнтів у такому їх співвідношенні (у мас 95): 15-45 БСА, 5-15 гліцерин.
Співвідношення компонентів біоселективних мембран біосенсорної системи було отримано експериментально. Його підібрали для покращення аналітичних характеристик біосенсорів, таких як селективність, чутливість, операційна стабільність, забезпечення можливості їх роботи в єдиному циклі та ін.
Після іммобілізації в парах ГА усі три біосенсори в складі мультибіосенсорної системи висушували 15 хвилин на повітрі за кімнатної температури. Перед початком роботи для видалення надлишку глутарового альдегіду та незв'язаних компонентів мембран біосенсори відмивали протягом 10-20 хвилин у робочому буфері, в якому і проводились подальші досліди.
Мультибіосенсорну систему для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові, заздалегідь під'єднану до портативного потенціометричного приладу, поміщали до вимірювальної комірки об'ємом 1 мл, заповненої 5 мМ фосфатним буфером, рН 7,4, та витримували декілька хвилин для отримання стабільних базових ліній. Потім додавали певну аліквоту модельного розчину глюкози, отримували сигнал біосенсора на основі глюкозооксидази. Далі додавали певну аліквоту модельного розчину креатиніну, отримували сигнал другого біосенсора на основі креатиніндеіїмінази. Потім додавали певну аліквоту модельного розчину сечовини, отримували сигнал другого біосенсора на основі рекомбінантної уреази. Сигнали від мультибіосенсорної системи автоматично обробляються комп'ютером і виводяться у графічному вигляді. Графічне зображення відгуків мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини на додавання субстратів наведено на фіг. 3.
Приклад аналізу вмісту глюкози, сечовини та креатиніну в розчині. Визначення концентрації глюкози, креатиніну та сечовини проводили в 5 мМ фосфатному буферному розчині, рН 7,4, при кімнатній температурі. Робочий буфер вибирався з урахуванням залежностей роботи кожного з
Зо трьох біосенсорів від параметрів розчину. Використовувалась робоча комірка відкритого типу об'ємом 1 мл з інтенсивним перемішуванням. Перед початком роботи датчики з іммобілізованими мембранами деякий час (приблизно 20-30 хв.) відмивали від надлишків незв'язаного ГА до стабілізації базової лінії. Концентрацію субстратів змінювали, додаючи певні аліквоти вихідних концентрованих розчинів глюкози, сечовини та креатиніну. Після отримання кожного відгуку мультибіосенсорну систему відмивали від продукту, змінюючи робочий буфер мінімум З рази кожні 2 хв. Шляхом додавання різної кількості модельних концентрованих розчинів глюкози, креатиніну та сечовини було побудовано калібрувальні криві для визначення концентрації усіх трьох субстратів (Фіг. 4).
Визначення концентрацій глюкози, креатиніну та сечовини в аналізованих зразках сироватки крові здійснювали за калібрувальною кривою (Фіг.4). Додавали аліквоту проби до вимірювальної комірки та отримували відгуки мультибіосенсорної системи для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини. Далі за калібрувальними кривими вираховували концентрацію відповідного аналіту в невідомій пробі. Як і очікувалось, запропонована мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові, виходячи з експериментальних даних, була більш селективною порівняно з відомим амперметричним аналогом (16), оскільки слабко чутлива до електроактивних речовин. Також, мультибіосенсорна система характеризувалась ширшим, ніж у найбільш близького до запропонованої заявки мультибіосенсора лінійним діапазоном визначення концентрацій глюкози, креатиніну та сечовини в діапазонах з 0,08 до 1
ММ, з 0,08 до 2 мМ та 0,5 до 10 мМ, відповідно. Крім того, заявлена мультибіосенсорна система була добре відтворюваною в межах 1,5-3 95 від відносного стандартного відхилення (Фіг. 5), що порівняно з відомим мультибіосенсором, приблизно, в 3-5 разів краще.
Джерела інформації: 1. Бабенко А.Ю., Байрашева В.К. Диабетическая нефропатия // Медицинский совет.-2015.-
Мо 7.- б. 32-43. 2. Каджарян В.Г., Капшитарь Н.И., Бидзиля ПП., Соловьюк А.О. Оценка зффективности терапии сулодексидом дибетической нефропатии ІІ стадии у пациентов с сахарньім диабетом 2 типа // Запорожский медицинский журнал - 2013. - Мо 4(79). - с. 85-89. 3. Майданник В.Г., Бурлака Є.А. Стан метаболічно-гіпоксичних порушень при діабетичній нефропатії у дітей // Експериментальна та клінічна фізіологія і біохімія.-2015.-Мо 4.-с 47-55.
4. Готье СВ. Сахарньй диабет 1 типа, диабетическая нефропатия: возможности трансплантологии // Вестник РАМН.-2012. - Мо 1. - с. 54-60. 5. Мотійвиди УУада М., Могі К., Макадамжа С, бама 9., Китеда У., ЗНоїі Т., Етоїо М., Мазаакі
Іпаба М. Іпргомед Спіусетіс Сопіго! м/п Тепеїідіїріїп іп Райепів м/йй Туре 2 Оіареїгез Меїїйив оп
Нетодаіа|!увів: Емаїнайоп Бу Сопіїпноие (з3исобзе Мопіогіпу // Уойгтта! ої Оіабеїє5 апа їв
Сотріїсайоп5.-2015. - Мої. 29. - Р. 1310-1313. 6. Абеа М., Нідиснів Т., Могіиспіа М., Окатигаа М., Теї В., Мадигаа С, ТаКавпіта Н., Кікиспіс
Е., Тотітай Н., ОКада К. ЕпПісасу апа заїеїу ої захадіїрійп, а адірерііау! реріїдазе-4 іппірйог, іп
Ппетодіаїувзів раїепів м/п аіареїйс перпгораїну: А гапдотігей ореп-іареї ргозресіїме па! // Оіареїе5
Везеагсі апа Сіїпіса! Ргасіїсе.-2016. - Мої. 116. - Р. 244-252. 7. Віоапа|уїса! 5убвівт ог сопігої! ої петодіаїувів еаїтепі Базей оп роїепіотеїйіс Біозепзог
Ттог игєа апа сгеаїйіпіпе / А. НадотвкКа, В. Копсекі, К. РуггупвкКа Цеї а!) // Апауїїса Спітіса Асіа.- 2004. - Мої. 523. - Р. 193-200. 8. Сшієїтег М. ВіоєЇІесігопіс юпдие ог Ше 5ітинапеоив5 аеєїептіпаїйоп ої игеа, стеаїйіпіпе апа аїКаїїпе іопбе іп сіїпісаї ватрієз / М. Сашіієте, 5. АїІедгеї, М.деі! Майе // Віозепвзогв апа
ВіовІесігопісв.-2008. - Мої. 23. - Р. 795-802. 9. Меазигтетепі ої цгєа, сгеєаїйіпіпе апа цигеа (0 сгеаїїпіпе гайо ибіпд епгуте Бразей спетісаї! ситепі сопуеуог (ССС) / Р. РооКаіїуашдот, Р. бееіапап, Е.). Піддеу Геї ад // бепзогїв апа
Асіцайог:5 В.-2011. - Мої. 153. - Р. 453-459. 10. дижієм/іс: М., АІеагеї 5., АІтігаї! 9)., Сагсіа М., Рабгедаз Е., Оемеіортенпі ої а Бірагатеїгіс
Біоапа!узег ог сгєаййпіпе апа цгеа. Маїїданйоп ої Ше аеїептіпайоп ої Біоспетіса! рагатеїет5 аззосіаїей мій петодіаїувів // Апаїувзі.-1998. - Мої. 123. - Р. 1321-1327. 11. хане М. Обег деп Мієдегт5снпіад, меїЇсНнеп РіКіпзацге іп поттаієт Нат еггецді ипа ибег єіпе пеце ВеакКіоп дез Кугєаїїпіп5 / М. дане // 7ейвсний тег рпузіоіодізсне Спетіє.-1886.-Мо1І.10.-Р. 391- 400. 12. Кнап О.Р. А підніу взепзййме атреготеїйнс сгеєаїййпіпе зепзог / С... Кпап, МУ. М/егпеї //
Апа|місасСнітіса Асіа.-1997.-Мої. 351. -Р. 151-158. 13. Кіпат А.). Стеаїйіпіпе Біозепзогв: ргіпсіріє5 апа девідпв / А.У. КіПага, 5.М. Зтуїй // Ттепав іп
ВіоїесппоІоаду.-2000. - Мої. 18, Мо 10. - Р. 433-437.
Коо) 14. пир:/Лимли еттатедіса.5рр.ги/лад 2007/5Іеривпіма.піт 15. п М.-Н., Мапа 5.-Н., Ми М--Н., Рап Т.-М, Гаї С.-5., І йо У.-О0., Сніои С.-0. Іпівагаййпд 5о1їїд- віаїе зепзог апа тістойцшідіс демісе5 Тог діисозе, цгєа апа сгеаїйпіпе деїесіюп базей оп епгуте- саітуїпд аЇдіпаїе тістореадз // Віозеп5ої5 апа ВіоєЇІесітопісв.-2013. - Мої. 43. -Р. 328-335. 16. Виї С.-5., Одамжа Н.-І, Бопотоїю К., Ка У. Мийтипсїйопаї! Пом/-іпіесіоп Бріозепзог ог Те вітийапеоиб5 теазигетепі ої сгеаїййпіпе, діисозе апа игєа // Віозсі. Віоїеспи. Віоспет.-1993.-Мої. 57.-Р. 191-194. 17. О.Л. Кукла, О.С. Павлюченко, О.В. Бушма, Ю.В. Голтвянський, С.В. Дзядевич, О.П.
Солдаткін, Патент України на корисну модель "Аналого-дцифровий іонно-сенсорний вимірювач параметрів рідких середовищ", ОА Мо 48359 МПК СОМ 27/26, 27/27, заявл.26.10.2009, опубл. 10.03.2010, Бюл. Мо 5.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові, що45 складається з трьох потенціометричних біосенсорів, перший з яких має два рН-чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі глюкозооксидази (ГОД), селективна до глюкози, на другий нанесена референтна мембрана, другий біосенсор також має два рН-чутливі польові транзистори, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі креатиніндеамінази (КД), селективна до креатиніну, на другий нанесена референтна мембрана,50 третій біосенсор також складається з двох рН-чутливих польових транзисторів, на один з яких нанесена робоча мембрана на основі рекомбінантної уреази (РУ), селективна до сечовини, на другий нанесена референтна мембрана, а вказані три біосенсори оптимізовані для одночасної роботи шляхом підбору параметрів буферного розчину, а саме 5 мМ фосфатний буфер з рн 7,4, та оптимального складу ферментних та референтних мембран, причому ферментна55 мембрана, селективна до глюкози, містить 15-25 мас. 95 ГОД, 15-25 мас. 95 сироваткового альбуміну бика (БСА), 5-15 мас. 95 гліцерину в 20 мМ фосфатному буфері з рН 7,4, ферментна мембрана, селективна до сечовини, містить 5-15 мас. 95 РУ, 5-15 мас. 95 БСА, 5-15 мас. 905 гліцерину, 1-2,5 мас. 95 лактитолу, 0,1-0,3 мас.9о діетиламіноетилдекстрану (ДЕАЕ-декстран) в 20 мМ фосфатному буфері з рН 7,4, ферментна мембрана, селективна до креатиніну, містить60 15-25 маб. 90 КД, 15-25 мас. 95 БСА, 5-15 мас. 95 гліцерину, 1-2,5 мас. 95 лактитолу, 0,1-0,3 мас.до ДЕАЕ-декстрану в 20 мМ фосфатному буфері з рН 7,4, та референтні мембрани містять 15- 45 мас. 95 БСА, 5-15 мас. 95 гліцерину в 20 мМ фосфатному буфері з рН 7,4.ШЕ. Ай шо тан нн. о. шини нн. ЯН Б/З 0З/ ин. МК пох 5 ств . ТЕН св -е- МНАК;Фіг. 1 є 1 М в ШИ ПЕВ ВВВ ЕМ я ПЕ ЕЕВВИ -и: МОМ В я, екю ве ІФіг. 2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201609967A UA118786C2 (uk) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201609967A UA118786C2 (uk) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA118786C2 true UA118786C2 (uk) | 2019-03-11 |
Family
ID=65656230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201609967A UA118786C2 (uk) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA118786C2 (uk) |
-
2016
- 2016-09-29 UA UAA201609967A patent/UA118786C2/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Eggenstein et al. | A disposable biosensor for urea determination in blood based on an ammonium-sensitive transducer | |
| Soldatkin et al. | Creatinine sensitive biosensor based on ISFETs and creatinine deiminase immobilised in BSA membrane | |
| Radomska et al. | Creatinine biosensor based on ammonium ion selective electrode and its application in flow-injection analysis | |
| Zhang et al. | A homocysteine biosensor with eggshell membrane as an enzyme immobilization platform | |
| Sahney et al. | A comparative study of immobilization techniques for urease on glass-pH-electrode and its application in urea detection in blood serum | |
| JPS63294799A (ja) | グルコ−ス及び１，５−アンヒドログルシト−ルの同時測定法 | |
| FI57782C (fi) | Foerfarande och reagens foer enzymkinetisk koncentrationsbestaemning hos ett substrat | |
| Soldatkin et al. | Application of enzyme/zeolite sensor for urea analysis in serum | |
| Kucherenko et al. | Novel multiplexed biosensor system for the determination of lactate and pyruvate in blood serum | |
| CN102692411B (zh) | 一种测定糖化血红蛋白百分比的试剂 | |
| Campanella et al. | Enzyme sensor for the determination of choline-containing phospholipids in some biological fluids | |
| Correia et al. | Array of potentiometric sensors for simultaneous analysis of urea and potassium | |
| JP4622836B2 (ja) | 分析装置 | |
| CN111315894B (zh) | 用酶组合物检测肌酸水平 | |
| Wang et al. | A moving-part-free protamine-sensitive polymeric membrane electrode for sensitive biomedical analyses | |
| Vadgama et al. | Determination of urea in blood plasma by enzyme-pH electrode | |
| Campanella et al. | Salicylic acid determination in cow urine and drugs using a bienzymatic sensor | |
| UA118786C2 (uk) | Мультибіосенсорна система для аналізу глюкози, креатиніну та сечовини в сироватці крові | |
| US20180355402A1 (en) | Diagnostic strip for determining the amount of sarcosine, creatinine and hydrogen peroxide in a biological or environmental sample | |
| Han et al. | Clinical determination of glucose in human serum by a tomato skin biosensor | |
| CA3057963A1 (en) | Methods and devices for the separation, detection and measurement of molecules in liquid samples | |
| Karakuş et al. | Potentiometric bienzymatic biosensor based on PVC membrane containing palmitic acid for determination of creatine | |
| Koncki et al. | Enzymatically modified ion-selective electrodes for flow injection analysis | |
| JPH06194365A (ja) | 分析要素及び分析物の検出方法 | |
| RU155697U1 (ru) | Устройство для определения содержания компонентов бродильных и ферментационных сред |