Глюкозы ферментным электродом

Высокая эффективность биологических катализаторов и специфичность их действия делают ферменты идеальными реагентами для аналитической химии. Благодаря этим особенностям с помощью ферментов обнаруживаются вещества при предельно низкой концентрации в присутствии множества дрзтих соединений. К настоящему времени созданы искусственные аналитические системы различных конструкций (биосенсоры, датчики, ферментные электроды, проточные анализаторы), содержащие иммобилизованные ферменты и клетки и предназначенные для автоматического детектирования продуктов энзиматического превращения. Например, если использовать иммобилизованную глюкозо-оксидазу, то концентрацию окисляемой кислородом глюкозы определяют, регистрируя количество выделившегося в ходе реакции пероксида водорода [c.101]

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

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]

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]

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]

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]

Нильсон С сотр. [289] определяли глюкозу ферментным электродом на основе водородного стеклянного электрода по изменению концентрации глюконовой кислоты. В работе [300] основой для ферментного электрода на глюкозу послужил ионоселективный 1--электрод с поликристаллической мембраной. В данном случае использованы сразу два фермента— глюкозо- и пероксидаза [c.130]

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 вещест- [c.157]

Одним из первых был сконструирован ферментный электрод, чувствительный к глюкозе (рис. 7.1). [c.89]

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]

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]

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]

Десятки биохимических тестов выполняются при постановке диагноза и для контроля за ходом лечения, н многие из них основаны на использовании ферментов, в том числе и иммобилизованных. Например, ферментный электрод на глюкозу, вмонтированный в автоматическую систему, помогает не только контролировать уровень глюкозы в крови больных диабетом, но и корректировать этот уровень, подавая управляющие сигналы на дозатор инсулина в организм. [c.98]

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]

Вместе с ферментным электродом используют электрод сравнения, обычно каломельный. Электрод сравнения может быть конструкционно объединен с ферментным электродом, как, например, в случае NH3-, Oj- и 02-электродов, используемых в качестве базовых в сенсорах мочевины, аминокислот, глюкозы или спирта. [c.121]

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]

Амперометрические датчики с ферментными электродами являются наиболее распространенными среди биосенсоров. Существуют два типа таких датчиков. В одном случае определяемый компонент взаимодействует с кислородом в присутствии фермента и регистрируется изменение концентрации О2. В другом - фермент превращает определяемый компонент в вещество, к которому чувствителен электрод. Например, концентрацию глюкозы можно определять по току окисления пероксида водорода, образующегося под действием глюкозоксидазы (ГОД) [c.500]

Различные комбинации мембран на основе антител и ферментных электродов могут привести к созданию новых автоматизированных сенсоров, чувствительных к антигенам. Такие биосенсоры, возможно сопряженные с сенсорами ферментов печени, позволяют обеспечить быстрое и надежное наблюдение за кровеснабжением. На рис. 1.6 показан иммуносенсор на основе измерения потребления кислорода в присутствии глюкозооксидазы и глюкозы. Таким образом определяют содержание антител поверхностного антигена вируса гепатита В. Описаны и другие электроферментные методы для иммунологических исследований, и это направление, видимо, будет интенсивно развиваться (гл. 14). [c.18]

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]

Для анализа биологических объектов интерес представляет использование ферментных электродов. С их помощью можно 01феделягь глюкозу, аминокислоты, молочную кислоту и некоторые другие вещества. [c.475]

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]

Ферментный электрод, чувствительный к глюкозе, используется для измерений в неперемешиваемых растворах. Основу его составляет иодид-селективный мембранный электрод, на поверхность которого нанесен тонкий слой смеси иммобилизованных глюкозооксидазы и пероксидазы. При погружении такого электрода в раствор глюкозы на его поверхности протекают последовательные реакции (14.1) и (14.3). В результате возникает градиент активности иодида в приэлект-родном слое по отношению к активности в объеме раствора. Наличие градиента концентрации обусловливает диффузию иодида к электроду, и при постоянной концентрации в объеме раствора в системе устанавливается стационарное состояние. [c.174]

Рис. 14.1. Зависимость потенциала ферментного электрода на глюкозу от концентрации глюкозы. Кривая получена при pH 6,0, концентрации KI 10 М и температуре 26°С [511] (J Elsevier Publishing o. Ltd.).

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]

Но, вероятно, наибольшие перспективы имеет использование ферментных электродов как биосенсоров внутри или на поверхности живою организма. Сенсоры, например, лактата и глюкозы исключительно малого размера можно помещать во внутрисосудистые катеторы для контроля состояния тяжелобольных пациентов [5, 10]. Трудно переоценить важность такого показателя, как концентрация лактата в крови, который является мерой степени оксигенации ткани или сердечной деятельности. Имеются также данные, что высокое содержание лактата в материнском молоке во время работы матери может вредно действовать на новорожденного. Гипоксантин может оказаться ценным индикатором гипоксии. Имплантируемые сенсоры глюкозы почти наверняка можно приспособить для контроля работы инсулиновых насосов [10]. Уже одно только использование ферментных электродов при диагностировании и лечении диабета оправдывает огромные усилия по объединению энзимологии с электрохимией. [c.18]

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]

Если бы ферментный электрод функционировал в условиях кинетического контроля, концентрационная зависимость тока была бы нелинейной, и рабочий диапазон охватывал бы лищь концентрации в пределах одного порядка. Однако, как отмечено выше, в таких сенсорах между слоем фермента и анализируемым раствором находится мембрана. Она создает барьер для активных частиц, и отклик сенсора пропорционален диффузионному потоку, который не лимитируется кинетикой ферментативной реакции, пока активность фермента не становится слишком низкой. Вот почему отклик амперометрического электрода остается постоянным в течение продолжительного периода и затем внезапно падает. Как отмечалось в работе [36], сигнал сенсора не зависит от активности фермента, пока последняя достаточно высока. Однако активность фермента постепенно уменьшается и со временем достигает уровня, при котором отклик сенсора становится контролируемым кинетически и не является более постоянным. Более подробно теория ферментного электрода и свойства иммобилизованных ферментов обсуждаются в ряде публикаций [4, 14, 26, 47]. Идеальным был бы случай, когда используют тонкую мембрану, через которую кислород переносится лучше, чем глюкоза, и поэтому в реакционном слое он находится в избытке. Разработка мембран с такими особыми свойствами несомненно будет благоприятствовать развитию биосенсоров всех типов. [c.144]

Ферменты, принимаюшие участие в окислении или восстановлении биологических молекул (оксидоредуктазы), либо содержат в активном центре группу, которая может окисляться/восстанавливаться, например железо, медь, флавин или хинон, либо выполняют свою биологическую роль совместно с каким-либо редокс-кофактором, например ЫАВ(Р) . Из-за трудности осуществления прямой электрохимической реакции между редокс-центром и голым электродом и отсутствия эффективных электро-каталитических поверхностей для рециклирования восстанавливаемого кофактора в первых ферментных электродах электрохимические процессы лишь косвенно влияли на активность фермента. Классическим примером является сенсор глюкозы па основе фермента глюкозооксидазы и полярографического кислородного электрода, предложенный Кларком и Лайонсом [15] в 1962 г. и усовершенствованный Апдайком и Хикссом [54] в 1967 г. (гл. 1). Глюкозооксидаза представляет собой РАВ-содержащий фермент (рис. 15.1), катализирующий окисление глюкозы в глюконовую кислоту [c.212]

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]

При постоянном наблюдении больных диабетом необходима система вливания инсулина, контролируемая уровнем глюкозы. Для преодоления различных трудностей, связанных, например, со стабильностью ферментной мембраны или широким концентрационным диапазоном, прилагались большие усилия. Первая система с обратной связью. Biostator, описана в работе [13]. При использовании разбавленной крови ферментный электрод этой системы работает стабильно до 50 ч и дает линейный отклик при концентрации глюкозы до 27,5 ммоль/л. В работах [1, 67] предложены имплантируемые сенсоры с электродами игольчатого типа (см. также гл. 23). В обоих приборах изменяется концентрация глюкозы в промежуточной ткани, которая ниже, чем в венозной крови. Исследования Шичири [67] привели к созданию переносной искусственной поджелудочной железы массой 400 г, состоящей из игольчатого сенсора, миникомпьютера и системы привода двух шприцов. [c.262]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология