Устройство для определения содержания глюкозы на основе глюкозооксидазы penicillium adametzii и кислородного электрода типа кларка

 

Полезная модель относится к области биотехнологии, пищевой промышленности, сельского хозяйства и медицины, а именно, к биосенсорным аналитическим устройствам. Биосенсор может быть использован для определения содержания глюкозы в пищевых продуктах, ферментационных процессах, а также в физиологических жидкостях. Устройство для определения глюкозы содержит измерительную кювету с магнитной мешалкой и биосенсор для определения глюкозы, включающий электрод Кларка, на котором размещен биорецептор в виде иммобилизованной на носителе глюкозооксидазы, синтезированной штаммом Penicillium adametzii F-3298 Д.

Полезная модель относится к биосенсорным аналитическим устройствам с областью применения в биотехнологии, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Биосенсор может быть использован для определения содержания глюкозы в пищевых продуктах, ферментационных процессах, а также в физиологических жидкостях.

Показано использование глюкозооксидазы (ГОД), синтезированной штаммом Penicillium adametzii F-3298 Д, как биологической основы биосенсора для определения глюкозы.

Для иммобилизации ГОД использован метод иммобилизации ферментов в слое ДЭАЭ-декстрана, ковалентно связанного с нитроцеллюлозной мембраной посредством бензохинона (Зайцев М.Г, Ашин В.В, Решетилов А.Н. Новый метод иммобилизации метилотрофных клеток и алкогольоксидазы, выделенной из них, для биосенсорной детекции низших спиртов. Сборник тезисов III Международной молодежной школы-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии». Москва; 2007. С.35).

В предлагаемой, полезной модели в качестве биологически чувствительного элемента используется иммобилизованная. ГОД, в качестве преобразователя применяется кислородный электрод типа Кларка.

Ниже перечислены аналоги предлагаемого биосенсора на основе кислородного электрода.

Имплантируемый глюкозный биосенсор для непрерывного мониторинга уровня глюкозы в крови у больных диабетом представлен в работе (Gamburzev S., Atanasov P. et al. Performance of glucose biosensor based on oxygen electrode in physiological fluids and at body temperature // Sensors and Actuators B: Chemical. 1996. V.30. 3. P. 179-183). ГОД (выделена из Aspergillus niger) иммобилизовали на углеродном порошке с помощью сшивающего агента карбодиимида. Линейный диапазон составлял 0-2.4 мг/мл. Ответы сенсора были стабильны в течение 2 недель непрерывной работы сенсора в плазме крови.

Совместная иммобилизация ГОД (выделена из Aspergillus niger) и глюкоамилазы была использована при создании биосенсоров для детекции крахмала (Renneberg R., Scheller F., Rieldel К., Litschko E., Richter M. Development of anti-interference enzyme layer for a-amylase measurements in glucose containing samples // Anal. Lett. 1983. V. 16 (В 12). Р. 877-890.). Ферменты иммобилизовали на шелковой мембране кросс-сшивкой глутаровым альдегидом. Верхний предел линейной зависимости составлял 5 мМ глюкозы. Время ответа составляло 10 с.

В качестве прототипа использован амперометрический биосенсор для детекции глюкозы, представленный в работе (Wu В., Zhang G. et al. Biosensors for determination of glucose with glucose oxidase immobilized on an eggshell membrane // Talanta. 2004. V. 64. 2. P. 546-553). ГОД (выделена из Aspergillus niger) иммобилизовали на оболочке яичной скорлупы с использованием глутарового альдегида. Время ответа сенсора составляло 100 с, стабильность при хранении в течение 4 мес составляла 85% начального уровня ответа. Линейный диапазон детекции составлял 1×10-5-1×10 -3 M.

В отличие от вышеуказанного прототипа в предлагаемой модели используется фермент глюкозооксидаза, синтезированная штаммом Penicillium adametzii F-3298 Д, не использовавшийся ранее для указанных целей. Кроме того, отличием предлагаемой модели от ближайшего аналога является время отклика сенсора, которое в два раза меньше отклика в модели-прототипе. В предлагаемом типе биосенсора использован также новый способ иммобилизации фермента, обеспечивающий стабильность и пределы детекции, сопоставимые с параметрами прототипа.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании рецепторного элемента для биосенсора по определению глюкозы и применении в таких областях как пищевая промышленность, биотехнология, медицина и сельское хозяйство.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в том, что предлагаемый рецепторный элемент позволяет исследовать кинетические параметры фермента и обладает малым временем ответа, в два раза меньшим, чем модели прототипа, высокой чувствительностью и стабильностью, позволяющей исследовать кинетические параметры фермента.

Сущность полезной модели заключается в том, что биорецептор, содержащий иммобилизованный на носителе фермент - глюкозооксидазу сопряжен с электродом типа Кларка.

На фиг.1 представлена схема устройства.

Предлагаемое устройство включает следующие элементы: биосенсор, состоящий из преобразователя - электрода Кларка (1), на котором размещен биорецептор (2), представляющий собой иммобилизованный на носителе фермент, а также измерительную кювету (3) и магнитную мешалку (4). Устройство содержит также блок регистрации и обработки данных на базе компьютера.

Основным аналитическим параметром биосенсора является градуировочная зависимость. Для ее построения в измерительную кювету вносили различные концентрации глюкозы. На фиг.2 представлена градуировочная зависимость сенсора на основе ГОД, синтезированной штаммом Penicillium adametzii F-3298 Д. Диапазон определяемых концентраций глюкозы составил 0.05-5 мМ. Отклики сенсора были сняты в 30 мМ калий-фосфатном буферном растворе с pH 6. Чувствительность в области линейного диапазона составила 1.6 (нА/с)/мМ. Время ответной реакции составляло 50 с.

Калибровочную зависимость аппроксимировали трехпараметрическим уравнением Хилла. Кажущиеся кинетические константы приведены в Таблице 1. Для сравнения был исследован коммерческий фермент глюкозооксидаза Aspergillus niger фирмы Sigma. Иммобилизованная ГОД Penicillium adametzii F-3298 Д обладает более высоким значением Vmax пo сравнению с коммерческим ферментом, что свидетельствует о более высокой величине отклика сенсора. При этом ГОД Aspergillus niger имеет более низкую величину Км, по сравнению с ГОД Penicillium adametzii.

Таблица 1.
Кинетические константы ГОД.
Штамм Кажущиеся кинетические константы
Максимальная скорость реакции(Vmax) Константа Михаэлиса (KM) Параметр Хилла (h)
Penicillium adametzii F-3298 Д 4.47±0.301.77±0.231.30±0.10
Aspergillus niger (Sigma)2.54±0.110.98±0.08 1.88±0.21

В результате проведенных исследований установлены основные свойства глюкозооксидазы Penicillium adametzii F-3298 Д, разработан биосенсор для определения глюкозы, который обеспечивает быстрое определение содержания глюкозы в образце без использования сложного дорогостоящего оборудования. Формирование биорецептора позволяет сократить время анализа.

Устройство для определения содержания глюкозы в пищевых продуктах, ферментационных процессах и в физиологических жидкостях, содержащее измерительную кювету с магнитной мешалкой, биосенсор, состоящий из электрода Кларка с размещенным на нем биорецептором и выполненный с возможностью размещения его в измерительной кювете и подключения к блоку регистрации обработки данных на базе компьютера, в качестве биорецептора использована иммобилизованная на носителе глюкозооксидаза, синтезированная штаммом Penicillium adametzii F-3298 Д.



 

Похожие патенты:

Устройство для забора крови из вены относится к области медицинской техники, конкретно к устройствам для забора и исследования образцов крови, которые впоследствии могут быть использованы для определения вязкостных характеристик крови с помощью различных приборов, таких как, например, тромбоэластографы, вискозиметры

Устройство выполнено в виде металлической трубы круглого или прямоугольного поперечного сечения, отличается тем, что снабжен забивной бобышкой, располагаемой при забивании столба в заранее пробуренную яму на его верхнем торце.

Предлагаемое улучшение по фиксации и упаковки электродов относится к области медицины, а именно к функциональным исследованиям, в частности миографии, и может быть использована в стоматологии для исследования жевательной мускулатуры.

Изобретение относится к производству питьевых столовых вод и может применяться при подготовке воды из глубоких пресноводных водоемов с последующим розливом воды в многооборотную и одноразовую тару для питьевых целей и приготовления пищи

Рн-зонд // 62331

Полезная модель относится к области упаковки сварочных электродов

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам для шовной электроконтактной сварки, и может быть использовано при восстановлении и упрочнении деталей машин методом электроконтактной сварки в различных отраслях машиностроения, а также при сварке спиральных швов

Рн-зонд // 65745
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения кислотности в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека

Технический результат повышение быстродействия устройства

Устройство отличается от аналогов тем, что в качестве металлического порошка, имеющего дендритообразную форму, в нем используются частицы серебра, а в качестве гидрофобизатора используют суспензию фторопласта.
Наверх