Глюкоза ферментный электрод для определения

В последние годы благодаря использованию ферментов функции ионселективных электродов удалось существенно расширить и сделать их применимыми для быстрого клинического анализа на глюкозу, мочевину, аминокислоты и другие метаболиты. Такие электроды называются ферментными электродами или электрохимическими сенсорами. Создание электродов с указанными свойствами оказывается возможным благодаря тому, что ряд ферментов обладает высокой специфичностью, т. е. способностью катализировать превращения одного единственного вещества из многих сотен и даже тысяч веществ близкой химической природы. Если, например, фермент катализирует реакцию, в ходе которой изменяется pH среды, то рН-чувствительный электрод, покрытый пленкой геля или полимера, содержащей этот фермент, позволит провести количественное определение только того вещества, которое превращается под действием данного фермента. Из мочевины в присутствии фермента уреазы образуются ионы МН+. Если ионселективный электрод, чувствительный к ионам ЫН , покрыть пленкой, содержащей уреазу, то при помощи его можно количественно определять мочевину. Ферментные электроды — один из примеров возрастающего практического использования ферментов в науке и технике. [c.138]

В одной из конструкций ферментного электрода для определения глюкозы в качестве чувствительного элемента применяют стеклянный рН-электрод, регистрирующий изменение концентрации глюконовой кислоты, образующейся в результате ферментативной реакции [c.216]

Результаты анализа, полученные при определении глюкозы в крови ферментным электродом, хорошо согласуются с данными, полученными анализом с применением о-толуидина [506] максимальная разность результатов составляет 5%. [c.173]

Метод, предложенный для определения глюкозы в крови (проба 0,1 мл) с ферментным электродом на глюкозу, прост, достаточно чувствителен и селективен и занимает мало времени, поэтому его можно с успехом применять в лабораториях клиник и больниц, т. е. там, где необходимо быстрое выполнение анализа. [c.174]

Примером различных конструктивных решений ферментного электрода могут служить электроды для определения глюкозы. Ферментативная реакция окисления глюкозы может быть записана так [c.130]

В амперометрических ферментных электродах используют, как правило, окислительно-восстановительные ферменты, относящиеся к классу оксидаз, и катализирующие окисление различных субстратов кислородом. При этом в процессе реакции происходит потребление кислорода, а продуктом является пероксид водорода или вода. К одному из наиболее ценных соединений, анализ которого важен в медицине, микробиологической или пищевой промышленности, относится глюкоза. Ее определение с использованием ферментного электрода основано на реакции окисления глюкозы кислородом или искусственным акцептором электронов, катализируемое глюкозооксидазой. В процессе ферментативной реакции, протекающей в тонкой пленке иммобилизованной глюкозооксидазы, непосредственно контактирующей с электрохимическим детектором, в системе изменяются такие параметры, как pH раствора, концентрация кислорода и пероксида водорода. Причем их изменение происходит в строгом соответствии с определяемой концентрацией глюкозы, что позволяет ее количественно определить по соответствующему калибровочному графику. В соответствии с этим можно выбрать тот или иной способ детекции. Изменение концентрации кислорода регистрируется кислородным электродом, отделенным от исследуемого раствора проницаемой для газов мембраной. Электрохимическая реа Сция происходит при потенциале электрода, соответствующем предельному диффузионному току кислорода. При регистрации пероксида водорода в конструкции электрода отсутствует полупроницаемая мембрана и анализ глюкозы проводят при потенциале электроокисления пероксида водорода. [c.81]

Если обратить полярность классического амперометрического кислородного электрода и превратить его в анод с положительным потенциалом около 0,6 В, то он становится совершенно нечувствителен к кислороду, но зато дает отклик на пероксид водорода, который окисляется до воды. На платиновом аноде окисляется также аскорбиновая кислота, однако лишь немногие другие вещества присутствуют в физиологических жидкостях в количествах, достаточных чтобы влиять на ток в области, соответствующей катодному току кислородного электрода. Чувствительность этого анода к пероксиду водорода казалась привлекательной, но поскольку каталаза имеется почти всюду, биосенсор для определения пероксида водорода не представляет особой ценности, за исключением случаев измерения активности каталазы или пероксидазы. Поэтому считалось, что белки только загрязняют поверхность платины. Так, первое в моей практике использование платинового катода было связано с настоятельной необходимостью удержать белки и клетки крови вдали от поверхности платины. Думаю, что размышления о том, как уберечь платиновый анод от каталазы, и привели меня к идее использовать одну и ту же мембрану для того, чтобы одновременно удерживать каталазу вдали, а другие ферменты (все они представляют собой белки с большими молекулами) вблизи платины. В первом ферментном электроде фермент помещался, как начинка сандвича, между двумя мембранами, поскольку все еще опасались загрязнения поверхности платины белками и коферментами. Но я также добавлял фермент непосредственно в электролит между анодом и катодом, и электрод хорошо работал при определении глюкозы. [c.15]

С помощью описанных выше установки и программного обеспечения проведено большое число повторных опытов с целью сравнения различных СОВ-мембран и электродов. На рис. 35.6 показаны типичные результаты опытов по проверке воспроизводимости и линейности при высоких концентрациях глюкозы. Ферментную ацетилцеллюлозную мембрану размещали в проточной ячейке. При ступенчатом увеличении концентрации глюкозы (7 раз по 5 мМ) получаются стационарные сигналы, приведенные на рис. 35.6, а. Уровни этих сигналов, определенные с помощью программы [c.564]

Определение высокоспецифично (на электроде реакция идет только с глюкозой) и осуществляется в течение 1 мин. На базе такого ферментного электрода создан автоматический анализатор глюкозы. При помощи ферментных электродов определяют сахарозу, мочевину, этиловый спирт, анализируют загрязнение среды остаточными пестицидами и т. п. [c.145]

В амперометрических ферментных датчиках чаще всего применяются ФАД-зависимые оксидазы для определения глюкозы, холестерина, аминокислот и т. д. в сочетании с Ог- или НгОг-электрода ми. [c.93]

Для изготовления ферментных рН-электродов Нильсон и др. [40] использовали обычные стеклянные рН-электроды, на которые наносили либо фермент, удерживаемый в полиакриламидном геле, либо слой жидкости, удерживаемый внутри целлофановой мембраны. При определении глюкозы по концентрации глюконовой кислоты, образующейся в реакции (9.8), рН-функция сенсора почти линейна в интервале от 10 до 10 моль/л, причем при десятикратном изменении концентрации глюкозы pH меняется на 0,85. Разработаны также электроды этого типа для определения мочевины и пенициллина. Для контроля ионной силы и pH используют разбавленный (1 мМ) фосфатный буферный раствор с pH 6,9 и 0,1 М раствор сульфата натрия. [c.128]

И. ф. применяют в произ-ве Ь-аминокислот, 6-аминопенициллановой к-ты, из к-рой получают полусинтетич. пенициллины, в синтезе преднизолона, для удаления лактозы из продуктов питания, используемых больными с лакгазной недостаточностью, в изготовлении ферментных электродов для экспресс-определения мочевины, глюкозы и др. в-в, для создания аппаратов искусств, почка и искусств, печень , для удаления эндотоксинов, образующихся в процессе заживления ран и ожогов, при лечении нек-рых онкологич. заболеваний и др. Большое значение приобрели в клинич. и лаб. практике иммуноферментные методы анализа, в к-рых также используются И. ф. [c.216]

Первый ферментный электрод, чувствительный к глюкозе, был разработан Кларком в 1962 г, который поместил между мембранами электрода глюкозоксидазу. Образующийся в результате реакции пероксид водорода определяли амперометрически. Этот тип электрода более подробно будет рассмотрен ниже. Позднее Гилболт предложил электрод потенциометрического типа для определения мочевины, реакция разложения которой до иона аммония катализируется уреазой, иммобилизованной в объеме полимера на поверхности стеклянного электрода, чувствительного к однозарядным ионам. [c.214]

На первой стадии глюкоза окисляется растворенным кислородом до -глюконолактона с образованием стехиометрического количества перекиси водорода, которая на второй стадии количественно окисляет о-дианизидин Существует большое количество модификаций метода с фотометрическим определением начальной скорости реакции на второй стадии или по конечной точке реакции, с использованием других субстратов пероксидазы — ферроцианида и других. В ряде модификаций вторая стадия проводится неферментативным способом. Помимо фотометрического широко используется также потенциометрический и амперометрический методы определения глюкозы с помощью глюкозоокси-дазы. Наиболее традиционным является применение кислородного электрода Кларка в сочетании с глюкозооксидазной мембраной. Совместная иммобилизация в мембране глюкозооксидазы и /3-глюкозидазы позволяют определять с помощью ферментного электрода активность целлюлазного комплекса Однако чувствительность ферментных электродов, как правило, ниже, чем у фотометрического метода с использованием глюкозооксидазы. [c.133]

Для изготовления ферментного электрода сначала выбирают помощью справочников по энзимологии подходящую ферментнз систему. В идеальном случае действие электрода должно основ ваться на первичной функции фермента, т. е. на основной pea ции, которую он катализирует в природе. Например, в электро для определения глюкозы следует использовать глюкозоокси зу, в электроде для определения мочевины — уреазу. В некот рых случаях можно применять фермент, для которого определи мое вещество служит вторичным субстратом. [c.324]

В аналитических исследованиях в связи с иммобилизованными ферментами необходимо упомянуть ферментные электроды [21], ферментные термисторы [40] и ферменты, ковалентно связанные с полистиролом или найлоном для целей автоматического анализа [24, 46]. Гильбо [22], например, использовал ферментные электроды для определения глюкозы, мочевины, L-аминокислот, галактозы, ацетилхолина и дегидрогеназ. Ферхмеиты, связанные с капиллярными реакторами, использованы в соединении с автоанализатором фирмы Te hni on для анализа различных субстратов, таких как глюкоза, мочевина и мочевая кислота [55]. Гудзон и др. [20] описали применение иммобилизованной холинэстеразы для контроля воздуха и воды, для обнаружения ингибиторов фермента, таких, как пестициды. Система характеризуется чрезвычайной чувствительностью. Например, органофосфат параоксон может быть обнаружен в количествах 1 10 в воздухе и воде. [c.442]

Этот электрод успешно применялся для определения этанола в крови. Ошибка при определении этанола в сыворотке крови может быть обусловлена, во-первых, непосредственной реакцией фермента с другими субстратами и, во-вторых, расходом кислорода на неферментативные реакции, например с аскорбиновой кислотой или цистеи-ном. В первом случае некоторые карбоновые кислоты и оксикислоты (уксусная, муравьиная, молочная, оксимасляная, пировиноградная и хлоруксусная кислоты) окисляются алкогольоксидазой и тем самым мешают определению спирта в крови. Мешающее действие молочной кислоты, содержащейся в сыворотке крови, можно снять, добавив к пробе перед анализом лактатдегидрогеназу. Во втором случае мешающие вешества предварительно определяют при тех же условиях с платиновым электродом в отсутствие фермента [255]. Установлено, что ни одно из веществ, обычно имеющихся в крови, например аскорбиновая кислота, цистеин, фенилаланин, глюкоза, мочевая кислота, не реагирует на электроде. В то же время ферментный электрод чувствителен к альдегидам и карбоновым кислотам так же, как и к спиртам, и поэтому его можно использовать для определения и альдегидов, и кислот. [c.90]

Гюильбо и Любрано [253, 254] сконструировали ферментный электрод на глюкозу, пригодный для ее амнерометрического определения в крови. Этот метод основан на прямом амперометрическом измерении перекиси водорода, выделяющейся при окислении глюкозы в соответствии с уравнением (14.1). Электрод представляет собой платиновый диск, покрытый тонким слоем глюкозооксидазы, химически связанной с полиакриламидом этот слой удерживается на поверхности платины целлофановой пленкой, которая укреплена на корпусе электрода резиновым колечком. После погружения электрода в раствор глюкозы последняя диффундирует в слой геля, где идет реакция (14.1). Образовавшаяся перекись водорода диффундирует из этого слоя к поверхности платины и окисляется на нем. Величина тока пропорциональна концентрации перекиси водорода, а следовательно, и концентрации глюкозы. Электрод ежедневно подвергают предварительной обработке, которая состоит в следующем. Электрод [c.172]

Результаты определения глюкозы с помощью ферментного электрода в меньшей степени зависят от присутствия посторонних веществ, чем результаты анализа, проведенного каким-либо другим методом без использования ферментов. Гибсон и др. [507] и Кейлин и Хартри [508, 509] исследовали селективность реакции, катализируемой глюкозо-оксидазой. Если условно принять скорость окисления (З-о-глюкозы за 100, то 2-дезокси-о-глюкоза окисляется со скоростью 25, из восьми альдо-о-гексоз окисляются только о-манноза, о-альтроза и о-галактоза (с очень маленькой скоростью). Фермент ингибируется ионами Ag , Hg , u , н-хлормеркаптобензоата и фенилмеркуриацетата [510] эти ионы не должны присутствовать в определяемом растворе, если необходимо получить оптимальную функциональную зависимость тока электрода от концентрации глюкозы. Стабильность показаний электрода в течение всего срока службы исследовалась испытаниями в растворе глюкозы с концентрацией 5-10 моль/л (фосфатный буфер с pH 6,6). Испытания показали, что снижение тока по сравнению с максимумом составляет примерно 0,1%/сут за время хранения электрода при комнатной температуре в течение более 10 месяцев. [c.173]

Речниц и Лленадо [516, 517] описали метод определения амиг-далипа с помощью ферментного электрода, представляющего собой кристаллический датчик цианид-ионов (циапидный электрод Орион 94-06), покрытый слоем иммобилизованного фермента 3-глюкозидазы. Когда такой электрод помещают в водный раствор амигдалина, иммобилизованная Р-глюкозидаза катализирует гидролиз амигдалина, в результате которого образуются глюкоза, бензальдегид и синильная кислота [c.179]

В некоторых датчиках вместо потенциометрического используетея амперометрический способ индикации продуктов ферментативной реакции. Так, ферментный электрод для определения содержания глюкозы в крови содержит платиновый электрод и глюкозсоксидазу, иммобилизованную в полиакриламидном геле. В этом датчике используется следующая ферментативная реакция [c.200]

Ферментные электроды — новый тип электрохимических систем в ионометрии. Они сочетают селективность и чувствительность энзимных методов анализа со скоростью и простотой измерений ионометрического метода. Понятие ферментный электрод появилось в 1967 г. после выхода из пе<1ати работы Апдайка и Хикса [287] с описанием такого электрода для определения глюкозы. [c.126]

Рис. 13. Ферментные электроды а — ферментный электрод иа основе стеклянного электрода для измерения pH / — металлический электрод 2 — резиновое кольцо 3 — диализная пленка или другая полупроницаемая мембрана 4 — раствор фермента или слой полимерного геля, содержащего фермент 5 — стеклянная мембрана проницаемая для ионов водорода 6 — приэлек-тродный буферный раствор б — схема электрода для определения глюкозы / — катод 2 — электрод сравнения, находящийся во внутреннем буферном растворе 3 — полупроницаемая полимерная мембрана 4 — слой иммобилизованной глюкозооксидазы

Многообещающее будущее имеют ферментные микроэлектроды. Трудно представить себе более надежный и изящный метод определения клеточных метаболитов. Первым, кто таким способом определил содержание глюкозы внутри клетки, был Сильвер [23]. В 1984 г. австрийские исследователи [15] измерили объемные потоки и концентрацию глюкозы в изолированных перфузированных сегментах канальцев при помощи платинового электрода на основе галактозооксидазы с диаметром кончика 15-30 мкм. Электрод на основе галактозооксидазы чувствителен к раффинозе, используемой в этих исследованиях, а также галактозе, глицерину, фруктозе и дигидрокси-ацетону. Природа этого ферментного электрода необычным образом связана с потенциалом внутреннего раствора [19]. Существует несколько представляющих интерес способов сопряжения оксидазной активности с другими субстратами [18]. [c.17]

Ферментные электроды относятся к самым последним достижениям аналитической химии. Эти устройства сочетают в себе селективность и чувствительность ферментативных методов анализа со скоростью и простотой измерений с помощью ИСЭ. В результате появилось устройство, позволяющее быстро измерять концентрацию определенного соединения в растворе, и метод, требующий минимальной пробоподготов-ки. Разработаны ферментные электроды для определения глюкозы, мочевины, Ь-ами-нокислот, пенициллина и других веществ, важных в клинической практике. [c.116]

Концентрация растворимого ферментного электрода (гл. 1) впервые была выдвинута Кларком и Лайонсом [6] в 1962 г. Однако лишь в 1971 г. была создан [50] первый работающий ферментный электрод на основе глюкозооксидазы, иммобилизованной в геле на поверхности полярографического кислородного электрода, который позволяет определять глюкозу в биологических жидкостях и тканях. Ферментные электроды могут работать и как вольтамперометрические, и как амперометрические датчики, то есть измеряется ток при приложенном постоянном напряжении. В 1969 г. Гилболт и Монталвв [19] предложили первый потенциометрический (измеряется потенциал системы без наложения внешнего напряжения) ферментный электрод для определения мочевины. С тех пор в литературе описано более ста различных электродов данные [c.120]

Глюкозоанализаторы. Результатом изучения проблемы сенсоров во многих фирмах стала разработка глюкозоанализаторов. В табл. 18.1 сравниваются наиболее важные аналитические характеристики этих приборов. Первый прибор для определения глюкозы на основе амперометрического ферментного электрода разработан фирмой [c.260]

Основным ограничением ферментных электродов, используемых in situ, является то, что перед анализом пробу нельзя обрабатывать, например разбавлять, изменять pH или добавлять косубстраты ферментативной реакции. Для решения этих проблем, а также предотвращения возможного накопления ингибирующих продуктов в работе [2] был предложен принцип внешнего буферирования ферментного электрода. Этот принцип был использован для определения глюкозы. Вскоре было найдено, что кислород для ферментативной реакции можно было бы подавать из потока буферного раствора, однако отклик такого электрода является нелинейным. При использовании для определения глюкозы описанной выше системы кислородной стабилизации этот электрод работал лучше. [c.286]

Другой важной областью применения иммобилизованных ферментов является производство аминокислот с помощью аминоацилазы. Колонки с амино-ацилазой используются в Японии для производства сотен килограммов Г-метионина, Г-фенилаланина, Г-триптофана и Г-валина. Ферментно-полимерные коньюгаты широко используются в аналитической и ьслинической химии. Иммобилизованные на колонках ферменты могут использоваться повторно в качестве специфических катализаторов при определении различных субстратов. Папример, разработаны ферментные электроды для потенциометрических и амперометрических определений таких веществ, как мочевина, аминокислоты, глюкоза, спирт и молочная кислота. [c.92]

Среди них наибольший интерес вызывают датчики на основе кислородного электрода. В качестве ферментных меток обычно применяют глюкозоксидазу или каталазу. На этом принципе, например, работает иммуноферментный амперометрический датчик для определения инсулина. Антитела инсулина иммобилизуют на капроновой сетке и закрепляют ее на поверхности кислородного электрода. При внесении электрода в анализируемый раствор антитела взаимодействуют с инсулином, к которому пришита глюкозоксидаза, с образованием комплексов АТ-инсулин-Е, где Е - фермент. Когда в растворе, наряду с меченым инсулином, присутствуют молекулы инсулина без фермента, то количество фермента на электроде будет тем меньше, чем выше концентрация инсулина. При внесении электрода в раствор глюкозы изменение величины тока будет соответствовать концентрации инсулина в анализируемом растворе. Кислородный электрод используется также для определения альбумина в сыворотке крови человека. Основные характеристики некоторых иммуноферментных электродов приведены в табл. 14.3. [c.506]

О биосенсорах, т. е. сенсорах, включающих биологический материал (рис. 1.4), впервые сообщалось на симпозиуме New York A ademy of S ien es в 1962 г. [6]. В этом сообщении было предложено использовать ферментные преобразователи, встроенные в мембраны (так, что получается подобие сандвича), чтобы сделать электрохимические сенсоры (pH, полярографические, потенциометрические или кондуктометрические) более совершенными. В результате получились сенсоры, специфически чувствительные к определенным субстратам, поскольку они детектировали образование продукта ферментативной реакции или расход одного из участвующих в этой реакции веществ. Описана, в частности, комбинация глюкозооксидазы с Ог-электродом Кларка для определения глюкозы по убыли содержания кислорода при превращении глюкозы в глюконовую кислоту и пероксид водорода. [c.14]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология