Электрохимический узел амперометрического биодатчика

Полезная модель относится к устройствам для электрохимических методов анализа и может быть использована при создании ферментных датчиков определения различных субстратов, в частности концентрации глюкозы в биологических материалах (кровь, сыворотка крови, плазма крови, моча, ликвор). Техническим результатом полезной модели является создание нового электрохимического узла амперометрического биодатчика, обладающего высокой точностью анализа электрохимической реакции. Технический результат достигается в конструкции электрохимического узла амперометрического биодатчика, содержащего платиновый анод 1, серебряный электрод сравнения 2 и многослойную мембрану 3, в котором, согласно полезной модели, анод 1 выполнен в виде диска, а электрод сравнения 2 - в виде кольца, окружающего диск, при этом площадь соприкосновения анода 1 и электрода 2 сравнения с мембраной 3 находится в следующих пределах:

- анода с мембраной 1÷3 мм²,

- электрода сравнения с мембраной 5÷8 мм².

Полезная модель относится к устройствам для электрохимических методов анализа и может быть использована при создании ферментных датчиков определения различных субстратов, в частности концентрации глюкозы в биологических материалах (кровь, сыворотка крови, плазма крови, моча, ликвор).

Известен электрохимический узел амперометрического биодатчика, содержащий индикаторный и вспомогательный электроды, нанесенные на керамическую подложку, при этом электроды выполнены из проводниковых паст, закрепленных на подложке, причем индикаторный электрод выполнен из платиносодержащей пасты в виде диска, а вспомогательный - из серебросодержащей пасты в виде

полукольца, окружающего диск, при соотношении площадей электродов 1:3 соответственно (патент РФ №2115113, кл. G 01 N 27/28, опубл. 10.07.1998 г).

Недостатками известной конструкция электрохимического узла амперометрического биодатчика являются:

- сложность технологии изготовления электродов на керамической подложке с нанесенной на нее проводниковой пастой;

- непродолжительный ресурс работы электродов из-за постепенного уменьшения слоя проводящей пасты на керамической подложке в процессе эксплуатации.

Известен электрохимический узел амперометрического биодатчика, содержащий платиновый катод, серебряный анод, газопроницаемую мембрану (Ю.Ю.Кулис. «Аналитические системы на основе иммобилизованных ферментов», МОКСЛАС, Вильнюс, 1981, с.54-55).

Основным недостатком известного электрохимического узла амперометрического биодатчика является недостаточная точность анализа электрохимической реакции, протекающей на электродах, из-за отсутствия рациональной формы катода и анода и оптимальной площади соприкосновения катода и анода с мембраной.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является ферментный датчик для определения

лактозы, включающий платиновый анод, покрытый разделительной, ферментной и микропористой мембранами и электрод сравнения, который изготовляется из серебра, при этом с целью повышения селективности определения, ферментная мембрана содержит совместно иммобилизованные глюкозооксидазу и - галактозидазу соответственно (патент СССР №1502995, кл. G 01 N 27/30, опубл. 23.08.1989 г - прототип).

Основным недостатком известного ферментного датчика для определения лактозы является недостаточная точность анализа электрохимической реакции, протекающей на электродах, из-за отсутствия рациональной формы анода и электрода сравнения и оптимальной площади соприкосновения анода и электрода сравнения с многослойной мембраной.

Техническим результатом полезной модели является создание нового электрохимического узла амперометрического биодатчика, обладающего высокой точностью анализа электрохимической реакции.

Технический результат достигается в конструкции электрохимического узла амперометрического биодатчика, содержащего платиновый анод, серебряный электрод сравнения и многослойную мембрану, в котором, согласно полезной модели, анод выполнен в виде диска, а электрод сравнения - в виде кольца, окружающего диск, при этом площадь соприкосновения анода и электрода сравнения с

мембраной находится в следующих пределах: анода с мембраной 1÷3 мм², электрода сравнения с мембраной 5÷8 мм².

В таком электрохимическом узле амперометрического биодатчика выполнение анода в виде диска, а электрода сравнения - в виде кольца, окружающего диск при площади соприкосновения анода и электрода сравнения с мембраной в следующих пределах: анода с мембраной 1÷3 мм² , электрода сравнения с мембраной 5÷8 мм ² повышает точность анализа электрохимической реакции в процессе его работы.

Указанные выше преимущества выгодно отличают заявляемую полезную модель от прототипа.

Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого электрохимического узла амперометрического биодатчика по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании нового электрохимического узла амперометрического биодатчика, обладающего высокой точностью анализа электрохимической реакции в процессе его работы.

Применение заявляемой полезной модели в качестве электрохимического узла амперометрического биодатчика в

производстве приборов для определения концентрации глюкозы в биологических материалах (кровь, сыворотка крови, плазма крови, моча, ликвор) обеспечивает ей соответствие критерию «промышленная применимость».

Полезная модель изображена на чертеже, на котором на фиг.1 представлен общий вид электрохимического узла амперометрического биодатчика заявляемого в поперечном разрезе, на фиг.2 - схематическое изображение работы электрохимического узла амперометрического биодатчика.

Электрохимический узел амперометрического биодатчика содержит платиновый анод 1, серебряный электрод сравнения 2 и многослойную мембрану 3, при этом анод 1 выполнен в виде диска, а электрод сравнения 2 - в виде кольца, окружающего диск, причем площадь соприкосновения анода 1 и электрода сравнения 2 с мембраной 3 находится в следующих пределах: анода 1 с мембраной 3 1÷3 мм², электрода сравнения 2 с мембраной 3 5÷8 мм². Платиновый анод 1 и электрод сравнения 2 вмонтированы в полиамидную втулку 4, установленную в металлический корпус 5.

В электрохимическом узле амперометрического биодатчика анод изготавливается из платины чистотой 99,9%, электрод сравнения - из серебра чистотой 99,9%. Мембрана представляет собой термически закрепленную на резиновом кольце многослойную конструкцию,

пропитанную по особой технологии составом, состоящим из глюкозооксидазы и сывороточного альбумина.

Проиллюстрируем работу электрохимического узла амперометрического биодатчика на примере измерения концентрации глюкозы в сыворотке крови.

На электрохимический узел амперометрического биодатчика надевается глюкозооксидазная мембрана 3 так, чтобы было ее полное прилегание к платиновому аноду 1 и серебряному электроду сравнения 2. В таком виде электрохимический узел амперометрического биодатчика помещается в 0,01 М, рН 7,2 буферный раствор, представляющий собой раствор хлористого калия, в который вводится исследуемая сыворотка крови 6. В мембране, на поверхности биодатчика, происходит химическая реакция между ферментом глюкозооксидазой и глюкозой сыворотки крови. Химическая реакция происходит по следующей схеме:

Одним из продуктом метаболизма данной химической реакции является перекись водорода Н₂О ₂, содержание которой пропорционально концентрации глюкозы в сыворотке крови.

На платиновом аноде 1 и серебряном электроде сравнения 2 поддерживается электрический потенциал, который запускает электрохимическую реакцию разрушения перекиси водорода Н ₂О₂. Реакция происходит по следующей схеме:

где Н⁺ - протон водорода, е^-- - электрон.

В результате на платиновом аноде 1 появляется анодный ток, который с помощью специального электронного устройства усиливается и обрабатывается. По величине и скорости нарастания тока на платиновом аноде 1 можно судить о концентрации глюкозы в сыворотке крови. Существует линейная зависимость между величиной анодного тока биодатчика и концентрацией глюкозы в сыворотке крови.

Электрохимический узел амперометрического биодатчика имеет ресурс работоспособности не менее 5000 часов.

Электрохимический узел амперометрического биодатчика, содержащий платиновый анод, серебряный электрод сравнения и многослойную мембрану, отличающийся тем, что анод выполнен в виде диска, а электрод сравнения - в виде кольца, окружающего диск, при этом площадь соприкосновения анода и электрода сравнения с мембраной находится в следующих пределах: анода с мембраной 1÷3 мм ², электрода сравнения с мембраной 5÷8 мм ².