Способ изготовления высокочувствительных иономерных сенсоров - RU2004104334A

Реферат

1. Способ получения высокочувствительных потенциометрических датчиков путем нанесения на токопроводящие электроды покрытия из электропроводящего полимера, включающий следующие операции:

(a) приготовление водного раствора для электрохимической полимеризации, содержащего мономерные звенья электропроводящего полимера в концентрации от 0,002 до 0,05 М и поддерживающий электролит, выполняющий также функции легирующей примеси, концентрация которого составляет от 0,0001 до 0,005 М;

(b) сборка ванны для электрохимической полимеризации, содержащей раствор для электрохимической полимеризации, вспомогательный электрод, один или более рабочие электроды, на которые наносится покрытие из электропроводящего полимера, и, при необходимости, эталонный электрод; и

(c) нанесение на рабочий(е) электрод(ы) полимерной пленки путем электрохимического синтеза полимера из раствора для электрохимической полимеризации с применением по крайней мере одного из следующих электрохимических режимов:

(i) приложение между рабочим(и) электродом(ами), на которые наносится покрытие, и вспомогательным электродом циклического напряжения в диапазоне -0,2-+2,0 В относительно эталонного электрода Ag/AgCl;

(ii) одноступенчатая или многоступенчатая подача постоянного тока с заданной в диапазоне 0,01-1 мА/см² плотностью тока на рабочий(е) электрод(ы), подлежащие покрытию полимерной пленкой, и вспомогательный электрод в течение определенного периода времени таким образом, чтобы суммарное количество электричества, прошедшее через рабочий(е) электрод(ы), находилось в пределах от 10 до 250 мКл/см²;

(iii) одноступенчатое или многоступенчатое приложение постоянного потенциала в диапазоне 0-3 В между рабочим(и) электродом(ами), на которые наносится покрытие, и эталонным электродом в течение определенного периода времени таким образом, чтобы суммарное количество электричества, прошедшее через рабочий(е) электрод(ы), находилось в пределах от 10 до 250 мКл/см²;

(iv) любого другого режима электрохимической обработки, при котором соблюдались бы все ранее установленные концентрации раствора и электрохимические параметры.

2. Способ по п.1 получения высокочувствительных потенциометрических датчиков путем нанесения на токопроводящие электроды покрытия из электропроводящего полимера, при котором в ходе операции (с) при гальваностатическом режиме подачу тока осуществляют двумя или более ступенями.

3. Способ по п.1 получения высокочувствительных потенциометрических датчиков путем нанесения на токопроводящие электроды покрытия из электропроводящего полимера, при котором в ходе операции (с) при потенциостатическом режиме напряжение подают двумя или более ступенями.

4. Способ по п.1 получения высокочувствительных потенциометрических датчиков путем нанесения на токопроводящие электроды покрытия из электропроводящего полимера, при котором в ходе операции (с) используют два и более режима полимеризации, предпочтительно выбранные из числа гальваностатических, потенциодинамических, потенциостатических или других режимов электрохимической обработки.

5. Способ по п.1, при котором в режиме (i) циклический электрический потенциал прилагают в течение 1-15 циклов.

6. Способ по п.1, при котором в режиме (ii) количество ступеней подачи тока составляет 1-5.

7. Способ по п.1, при котором в ходе операции (с) электрохимические режимы (i), (ii), (iii) и (iv) применяют для нанесения полимерной пленки на электрод(ы) путем электрохимического синтеза полимера из раствора, предназначенного для электрохимической полимеризации, последовательно один за другим или в любой комбинации.

8. Способ по п.7, в котором операция (с) включает последовательное выполнение электрохимических режимов (i) и (ii) или (ii) и (iii).

9. Способ по п.1, в котором соотношение между концентрациями мономерных звеньев электропроводящего полимера и поддерживающего электролита в растворе для электролитической полимеризации находится в диапазоне от 2:1 до 30:1, более предпочтительно в диапазоне от 5:1 до 30:1.

10. Способ по п.9, в котором соотношение между концентрациями мономерных звеньев электропроводящего полимера и поддерживающего электролита в растворе для электролитической полимеризации составляет приблизительно 25:1.

11. Способ по п.1, в котором мономерными звеньями электропроводящего полимера являются пиррол, тиофен, фуран или любая смесь этих веществ.

12. Способ по п.1, в котором в качестве поддерживающего электролита используют додецилсульфат натрия.

13. Способ по п.1, предназначенный для изготовления двух или более высокочувствительных потенциометрических датчиков в ходе одной реакции полимеризации, при котором в ванне для электрохимической полимеризации, описанной в операции (b), размещают два или более электрода, на которые наносится покрытие, объединенные в один блок, имеющий один общий электрический контакт.

14. Способ по п.13, в котором все электроды, на которые покрытие наносится в потенциодинамическом или потенциостатическом режимах, размещают на равных расстояниях от вспомогательного электрода.

15. Способ по п.13 или 14, в котором все электроды, на которые наносится покрытие, размещают предпочтительно на равных расстояниях от эталонного электрода.

16. Способ по п.1, который включает дополнительные операции:

(d) промывка электрода(ов), покрытого(ых) электропроводящим полимером в результате выполнения операции (с), в деионизированной воде; и

(e) удаление несвязанной воды из слоя электропроводящего полимера.

17. Способ по п.16, при котором в ходе операции (d) покрытый(е) электропроводящим полимером электрод(ы) промывают деионизированной водой до тех пор, пока не перестанут обнаруживаться следы мономерных звеньев электропроводящего полимера и поддерживающего электролита.

18. Способ по п.16, при котором в ходе операции (е) несвязанную воду удаляют из слоя электропроводящего полимера путем прогревания электрода(ов) в термостате в течение, как минимум, 8 ч.

19. Способ по п.18, при котором температура прогревания составляет 25-50°С, предпочтительно 30-40°С.

20. Способ по п.16 или 17, при котором в ходе операции (е) несвязанную воду удаляют из слоя электропроводящего полимера путем лиофильной сушки.

21. Способ тестирования аналитической чувствительности потенциометрического датчика с нанесенным на него покрытием из электропроводящего полимера, включающий следующие последовательно выполняемые операции:

(a) нанесение на датчик покрытия из стрептавидина путем пассивной адсорбции;

(b) нанесение защитной пленки из сахарозы на покрытый стрептавидином датчик, либо совместное нанесение сахарозы и стрептавидина в ходе выполнения операции (а);

(c) приведение промытого датчика, полученного в ходе выполнения операции (b), в соприкосновение с раствором, содержащим известную концентрацию меченной биотином пероксидазы из хрена, на определенный промежуток времени;

(d) регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонным электродом в то время, когда они оба погружены в основной раствор электролита, содержащего Н-донор;

(e) замена основного раствора электролита на усиливающий раствор электролита, состав которого идентичен основному раствору электролита за исключением того, что в он дополнительно содержит субстрат для пероксидазы из хрена, и регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонными электродами, когда они погружены в усиливающий раствор электролита; и

(f) расчет разности между результатами измерения разности электрического потенциала, полученными в ходе выполнения операций (d) и (е), и сравнение полученного результата с эталонными результатами, полученными с помощью заранее определенного стандартного датчика.

22. Способ по п.21, в котором операцию нанесения защитной пленки из сахарозы проводят путем погружения датчика в водный раствор сахарозы с последующей сушкой датчика.

23. Способ по п.21, в котором операции (а) и (b) осуществляют одновременно путем нанесения на датчик капли стрептавидина в растворе сахарозы с последующей сушкой датчика.

24. Способ по п.21, в котором Н-донором является Н-донор со значительной величиной изменения своего окислительно-восстановительного состояния в результате взаимодействия с пероксидазой из хрена, обеспечивая тем самым высокий уровень отклика потенциометрического датчика.

25. Способ по п.24, в котором Н-донором является такой Н-донор, который обеспечивает уровень отклика потенциометрического датчика в результате взаимодействия с пероксидазой из хрена, равный, как минимум, 10 мВ при концентрации биотинилированной пероксидазы из хрена 0,1 нг/мл.

26. Способ по п.24, в котором Н-донором является кониферол, гваякол или МВТН.

27. Способ по любому из пп.21-26, в котором субстратом для пероксидазы из хрена служит перборат натрия или перекись водорода.

28. Способ по п.21, в котором в качестве субстрата для пероксидазы из хрена используют органическую перекись.

29. Способ по п.28, в котором органической перекисью является метилгидропероксид, этилгидропероксид или р-нитропероксибензойная кислота.

30. Способ изготовления потенциометрического датчика, в состав которого входит электропроводящий электрод, покрытый электропроводящим полимером, который заключается в проведении следующих операций:

(a) нанесение покрытия из электропроводящего полимера на электропроводящий электрод путем электрохимической полимеризации из полимеризационного раствора, содержащего мономерные звенья электропроводящего полимера и поддерживающий электролит;

(b) промывка электрода, покрытого электропроводящим полимером, который был получен при выполнении операции (а), в деионизированной воде; и

(c) удаление несвязанной воды из слоя электропроводящего полимера.

31. Способ по п.30, при котором в операции (b) промывку электрода, покрытого электропроводящим полимером, производят деионизированной водой до тех пор, пока не перестанут обнаруживаться следы мономерных звеньев электропроводящего полимера и поддерживающего электролита.

32. Способ по п.30, при котором в операции (с) удаление несвязанной воды из слоя электропроводящего полимера осуществляют путем прогрева электрода(ов) в термостате в течение, как минимум, 8 ч.

33. Способ по п.32, при котором температура прогревания составляет 25-50°С, предпочтительно 30-40°С.

34. Способ по п.30 или 31, при котором в ходе операции (е) несвязанную воду удаляют из слоя электропроводящего полимера путем лиофильной сушки.

35. Потенциометрический датчик, включающий электропроводящий электрод с нанесенным на него электропроводящим полимером, покрытым рецепторами, либо биорецепторами, либо протеинами, отличающийся тем, что поверх электропроводящего полимера нанесено покрытие из защитного вещества.

36. Потенциометрический датчик по п.35, в котором защитным веществом является протеиновый стабилизатор.

37. Потенциометрический датчик по п.36, в котором защитным веществом является сахароза, трегалоза, инозитол, целлобиоза, лактитол или смесь указанных веществ с полимером, предпочтительно декстраном или полигликолем.

38. Способ электрохимического обнаружения анализируемого вещества в образце, включающий следующие операции:

(a) подготовка потенциометрического датчика с покрытием из электропроводящего полимера, в котором иммобилизированы или на котором адсорбированы рецепторы, обладающие способностью связываться с искомым анализируемым веществом, которое требуется обнаружить в образце;

(b) приведение датчика в соприкосновение с тестируемым раствором, содержащим образец, таким образом, что вышеупомянутое анализируемое вещество связывается с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами;

(c) приведение датчика в соприкосновение с раствором, содержащим вторичные рецепторы, обладающие способностью связываться с вышеупомянутым анализируемым веществом в месте, пространственно отделенном от места связывания с иммобилизированными или адсорбированными рецепторами, причем вышеупомянутые вторичные рецепторы оказываются связанными, как минимум, с одной энзимной меткой, которой является пероксидаза;

(d) регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонным электродом, когда они оба погружены в основной раствор электролита, содержащий Н-донор, причем этот Н-донор демонстрирует значительную величину изменения своего окислительно-восстановительного состояния в результате взаимодействия с пероксидазой, обеспечивая тем самым высокий уровень потенциометрического отклика;

(e) перенос датчика и эталонного электрода в усиливающий раствор электролита, состав которого идентичен составу основного раствора электролита за исключением того, что он дополнительно содержит субстрат для энзима(ов), и регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонными электродами, когда они погружены в усиливающий раствор электролита;

(f) расчет разности между результатами измерения разности потенциалов, полученными в ходе операций (d) и (е), и установление зависимости полученных результатов от концентрации анализируемого вещества в образце.

39. Способ электрохимического обнаружения анализируемого вещества в образце, включающий следующие операции:

(a) подготовка потенциометрического датчика с покрытием из электропроводящего полимера, в котором иммобилизированы или на котором адсорбированы рецепторы, обладающие способностью связываться с искомым анализируемым веществом, которое требуется обнаружить в образце;

(b) приведение датчика в соприкосновение с тестируемым раствором, содержащим образец, таким образом, что вышеупомянутое искомое анализируемое вещество связывается с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами;

(c) приведение датчика в соприкосновение с раствором, содержащим конкурирующие молекулы, обладающие способностью связываться с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами, причем вышеупомянутые конкурирующие молекулы оказываются связанными, как минимум, с одной энзимной меткой, которой является пероксидаза;

(d) регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонным электродом, когда они оба погружены в основной раствор электролита, содержащий Н-донор, причем этот Н-донор демонстрирует значительную величину изменения своего окислительно-восстановительного состояния в результате взаимодействия с пероксидазой, обеспечивая тем самым высокий уровень потенциометрического отклика;

(e) перенос датчика и эталонного электрода в усиливающий раствор электролита, состав которого идентичен составу основного раствора электролита за исключением того, что он дополнительно содержит субстрат для энзима(ов), и регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонными электродами, когда они погружены в усиливающий раствор электролита;

(f) расчет разности между результатами измерения разности потенциалов, полученными в ходе операций (d) и (е), и установление зависимости полученных результатов от концентрации анализируемого вещества в образце.

40. Способ по п.38, в котором Н-донором является такой Н-донор, который обеспечивает уровень отклика потенциометрического датчика в результате взаимодействия с пероксидазой, равный, как минимум, 10 мВ для представляющих интерес концентраций анализируемого вещества.

41. Способ по п.40, в котором Н-донором является кониферол, гваякол или МВТН.

42. Способ по любому из пп.40 и 41, в котором субстратом для пероксидазы служит перборат натрия, перекись водорода или органическая перекись.

43. Способ электрохимического обнаружения анализируемого вещества в образце, включающий следующие операции:

(a) подготовка потенциометрического датчика с покрытием из электропроводящего полимера, в котором иммобилизированы или на котором адсорбированы рецепторы, обладающие способностью связываться с искомым анализируемым веществом, которое требуется обнаружить в образце;

(b) приведение датчика в соприкосновение с тестируемым раствором, содержащим образец, таким образом, что вышеупомянутое анализируемое вещество связывается с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами;

(c) приведение датчика в соприкосновение с раствором, содержащим вторичные рецепторы, обладающие способностью связываться с вышеупомянутым анализируемым веществом в месте, пространственно отделенном от места связывания с иммобилизированными или адсорбированными рецепторами, причем вышеупомянутые вторичные рецепторы оказываются связанными с пероксидазой;

(d) регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонным электродом в то время, когда они оба погружены в основной раствор электролита;

(e) перенос датчика и эталонного электрода в усиливающий раствор электролита, состав которого идентичен составу основного раствора электролита за исключением того, что он дополнительно содержит субстрат для пероксидазы, и регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонными электродами, когда они погружены в усиливающий раствор электролита, отличающийся тем, что субстратом для пероксидазы является перборат натрия, перекись водорода или органическая перекись;

(f) расчет разности между результатами измерения разности потенциалов, полученными в ходе операций (d) и (е), и установление зависимости полученных результатов от концентрации анализируемого вещества в образце.

44. Способ электрохимического обнаружения анализируемого вещества в образце, включающий следующие операции:

(a) подготовка потенциометрического датчика с покрытием из электропроводящего полимера, в котором иммобилизированы или на котором адсорбированы рецепторы, обладающие способностью связываться с искомым анализируемым веществом, которое требуется обнаружить в образце;

(b) приведение датчика в соприкосновение с тестируемым раствором, содержащим образец, таким образом, что вышеупомянутое искомое анализируемое вещество связывается с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами;

(c) приведение датчика в соприкосновение с раствором, содержащим конкурирующие молекулы, обладающие способностью связываться с вышеупомянутыми иммобилизированными или адсорбированными рецепторами, причем вышеупомянутые конкурирующие молекулы оказываются связанными с пероксидазой;

(d) регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонным электродом в то время, когда они оба погружены в основной раствор электролита;

(e) перенос датчика и эталонного электрода в усиливающий раствор электролита, состав которого идентичен составу основного раствора электролита за исключением того, что он дополнительно содержит субстрат для пероксидазы, и регистрация разности электрических потенциалов между датчиком и эталонными электродами, когда они погружены в усиливающий раствор электролита, отличающийся тем, что субстратом для пероксидазы является перборат натрия, перекись водорода или органическая перекись;

(f) расчет разности между результатами измерения разности потенциалов, полученными в ходе операций (d) и (е), и установление зависимости полученных результатов от концентрации анализируемого вещества в образце.

45. Способ по п.43 или 44, в котором органической перекисью является метилгидропероксид, этилгидропероксид или р-нитропероксибензойная кислота.