Пьезосенсор на основе полимеров с молекулярным отпечатком аминокислот
Полезная модель относится к аналитической химии и может быть использовано для определения физиологически активных веществ в контроле качества продукции химической, фармацевтической, пищевой промышленности.
Технический результат заключается в возможности экспрессного качественного и количественного определения аминокислот в водных растворах пьезосенсором модифицированным полимером с молекулярными отпечатками.
Сущность изобретения состоит в том, что электроды пьезокварцевого резонатора покрыты полимером с молекулярными отпечатками, полученным на основе полиамидокислоты или коллоксилина. В качестве шаблонного соединения использована аминокислота, например, глицин, валин и др.
Предлагаемая полезная модель относится к аналитической химии и может использоваться для определения физиологически активных веществ в контроле качества продукции химической и пищевой промышленности.
В настоящее время наблюдается масштабное использование аминокислот в химии, медицине, фармацевтической, пищевой промышленностях. Получение аминокислот в чистом виде и контроль их качества являются важными практическими задачами, решение которых возможно с использованием сенсоров. Наиболее перспективны пьезосенсоры благодаря простоте аппаратуры, экспрессности и высокой чувствительности. Однако остается проблема их селективности. Основным способом решения которой является нанесение на электроды пьезокварцевых резонаторов химических модификаторов, изменяющих условия сорбции определяемых соединений. В качестве таких модификаторов могут быть использованы тонкие пленки различных органических соединений.
Наиболее близким к заявке является устройство пьезосенсора с серебряными электродами на основе молекулярного отпечатка используемый как иммуносенсор для проточно-инжекционного определения высоко- и низкомолекулярных органических соединений [Калмыкова Е.Н., Ермолаева Т.Н., Еремин С.А. Разработка пьезокварцевых иммуносенсеров для проточно-инжекционного анализа высоко- и низкомолекулярных соединений / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. - 2002. - Т.43, 
6. - С.399-403.].
Недостатками прототипа являются сложность аппаратурного оформления, использование множества химических реагентов, непродолжительный срок хранения сенсоров.
Задачей полезной модели является разработка устройства селективного пьезосенсора модифицированного полимерами с молекулярными отпечатками (ПМО) для определения аминокислот в растворах.
Технический результат заключается в возможности экспрессного качественного и количественного определения аминокислот в водных растворах.
Технический результат достигается тем, что пьезосенсор на основе полимеров с молекулярными отпечатками аминокислот, содержит пьезокварцевый резонатор модифицированный полимером с молекулярными отпечатками, причем в качестве полимера использован коллоксилин или полиамидокислота, а в качестве шаблонного соединения - аминокислота.
В качестве шаблона может быть использована любая аминокислота выбрана из ряда глицин, валин, аланин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, только для ПМО на основе коллоксилина водные, а для ПМО на основе полиамидокислоты водно-спиртовые растворы аминокислот.
Определение данным пьезосенсором становится возможным благодаря присутствию в структуре таких полимеров участков (отпечатков), способных к специфическим (комплементарным) взаимодействиям с молекулами-шаблона или близкими к ним по структуре соединениями.
Модификация электродов пьезосенсора ПМО на основе коллоксилина проводится при комнатной температуре, не требует специального оборудования и может быть осуществлена в любой лаборатории. Кроме того пьезосенсор может быть подвергнут повторной обработке ПМО.
Полимер с молекулярными отпечатками на основе полиамидокислоты благодаря ее высокой термо- и химической стойкости позволяет использовать пьезосенсор при работе в агрессивных средах и при повышенных температурах.
Пьезосенсор получают следующим образом.
На первом этапе готовят полимеризационную смесь на основе ароматической полиамидокислоты (ПАК) или нитрата целлюлозы - коллоксилина и вводят шаблонное соединение.
На втором этапе электрод пьезорезонатора обрабатывают 0.1 М раствором соляной кислоты.
На третьем этапе раствор полимеризационной смеси с шаблоном наносят микрошприцем методом высыхающей капли на электрод пьезокварцевого резонатора.
На четвертом этапе полученную конструкцию помещают в дистиллированную воду для удаления шаблона.
Пример 1.
Получение ПМО на основе коллоксилина.
1. Коллоксилин получают согласно методике, описанной в [Кузнецов Е.В., Прохорова И.П., Файзуллина Д.А. Альбом технологических схем производства полимеров и пластических масс на их основе. - М.: Химия, 1976. - 108 с.].
2. Введение молекулы шаблона
Для получения 0,5 г полимера с молекулярными отпечатками готовят 1 М водный раствор глицина по точной навеске - это раствор А. Готовят смесь этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:3 или 1:4 - это раствор В. В 0,3 мл раствора В добавляют 0,1 мл раствора А получают раствор С, при этом раствор С должен оставаться прозрачным. Коллоксилин помещают в фарфоровую чашку и растворяют в растворе С, перемешивают стеклянной палочкой. Образуется вязкий раствор - коллодий.
3. Нанесение полимера на пьезосенсор
Электроды пьезосенсоров модифицируют нанесением хроматографическим микрошприцем полимера с молекулярными отпечатками аминокислоты, в таком количестве, чтобы после удаления растворителей масса пленки составляла 1,0-2,0 мкг.
4. Удаление молекулы-шаблона аналита
Сенсор помещают на 24 часа в дистиллированную воду, для удаления молекулы-шаблона глицина из полимера.
Число определений без повторной модификации электрода пьезосенсора 7-10 измерений; время анализа включая стадию регенерации сенсора не более 15 мин.
Пример 2.
Получение ПМО на основе полиамидокислоты.
Для получения 0,5 г полимера готовят смесь, содержащую водный раствор аминокислоты (глицина) - этанол - бутанол в соотношении 1:2:4 при этом раствор должен оставаться прозрачным. Концентрация аминокислоты 1 моль/л. Полученный раствор добавляют к полимеризационной смеси в соотношении 1:1, перемешивают и наносят микропипеткой на электрод пьезокварцевого резонатора. Затем резонатор помещают в сушильный шкаф сначала на 20-30 мин при 80°C, а затем на 60 мин при 180°C. После полимеризации сенсор охлаждают до комнатной температуры и помещают на 24 часа в дистиллированную воду, для удаления молекулы-шаблона глицина из полимера.
Пьезосенсором можно провести 12-15 измерений; время анализа, включая стадию регенерации сенсора не более 15 мин.
Пример 3.
Получение ПМО на основе коллоксилина.
1. Коллоксилин получают согласно методике, описанной в [Кузнецов Е.В., Прохорова И.П., Файзуллина Д.А. Альбом технологических схем производства полимеров и пластических масс на их основе. - М.: Химия, 1976. - 108 с.].
2. Введение молекулы шаблона
Для получения 0,5 г полимера с молекулярными отпечатками готовят 10,5 М водный раствор валина по точной навеске - это раствор А. Готовят смесь этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:3 или 1:4 - это раствор В. В 0,3 мл раствора В добавляют 0,1 мл раствора А получают раствор C, при этом раствор C должен оставаться прозрачным. Коллоксилин помещают в фарфоровую чашку и растворяют в растворе С, перемешивают стеклянной палочкой. Образуется вязкий раствор - коллодий.
3. Нанесение полимера на пьезосенсор
Электроды пьезосенсоров модифицируют нанесением хроматографическим микрошприцем полимера с молекулярными отпечатками аминокислоты, в таком количестве, чтобы после удаления растворителей масса пленки составляла 1,0-2,0 мкг.
4. Удаление молекулы-шаблона аналита
Сенсор помещают на 24 часа в дистиллированную воду, для удаления молекулы-шаблона глицина из полимера.
Число определений без повторной модификации электрода пьезосенсора 7-10 измерений; время анализа включая стадию регенерации сенсора не более 15 мин.
Пример 4.
Получение ПМО на основе полиамидокислоты.
Для получения 0,5 г полимера готовят смесь, содержащую водный раствор аминокислоты (валина) - этанол - бутанол в соотношении 1:2:4 при этом раствор должен оставаться прозрачным. Концентрация аминокислоты 1 моль/л. Полученный раствор добавляют к полимеризационной смеси в соотношении 1:1, перемешивают и наносят микропипеткой на электрод пьезокварцевого резонатора. Затем резонатор помещают в сушильный шкаф сначала на 20-30 мин при 80°C, а затем на 60 мин при 180°C. После полимеризации сенсор охлаждают до комнатной температуры и помещают на 24 часа в дистиллированную воду, для удаления молекулы-шаблона валина из полимера.
Пьезосенсором можно провести 12-15 измерений; время анализа, включая стадию регенерации сенсора не более 15 мин.
Аналитическим сигналом пьезосенсора является изменение частоты пьезокварцевого резонатора.
Модифицированный полимером с молекулярным отпечатком пьезосенсор реагирует на сорбцию молекул идентичных шаблону или близким к ним по структуре соединениям. Поэтому для получения достоверных результатов необходимо проводить определение аминокислот методом градуировочного графика.
При использовании кварцевых резонаторов с частотой 4-5 МГц предел обнаружения аминокислоты в растворе составляет 10-4 моль/дм3.
Устройство работает следующим образом. На пьезокварцевый сенсор наносят микрошприцем дистиллированную воду и измеряют показания в течение 1 минуты, затем на поверхность сенсора помещают анализируемый раствор аминокислоты и регистрируют резонансную частоту. Разность между сигналами пьезосенсора до и после контакта с анализируемым раствором, содержащим исследуемый компонент, служит характеристикой количественных определений. По окончании анализа пьезосенсор промывают дистиллированной водой и сушат при 50°C до выхода сигнала сенсора на начальный уровень. После этого сенсор готов для проведения следующего измерения (анализа).
1. Пьезосенсор на основе полимеров с молекулярным отпечатком аминокислот, содержащий пьезокварцевый резонатор, модифицированный полимером с молекулярными отпечатками, отличающийся тем, что в качестве полимера использован коллоксилин или полиамидокислота, а в качестве шаблонного соединения - аминокислота.
2. Пьезосенсор по п.1, отличающийся тем, что аминокислота выбрана из ряда: глицин, валин, аланин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, причем для коллоксилина водные, а для полиамидокислоты водно-спиртовые растворы аминокислот.
