CS192791A3 - Biomolecules immobilization process - Google Patents

Biomolecules immobilization process Download PDF

Info

Publication number
CS192791A3
CS192791A3 CS911927A CS192791A CS192791A3 CS 192791 A3 CS192791 A3 CS 192791A3 CS 911927 A CS911927 A CS 911927A CS 192791 A CS192791 A CS 192791A CS 192791 A3 CS192791 A3 CS 192791A3
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
electrode
biosensor
solution
biomolecules
immersed
Prior art date
Application number
CS911927A
Other languages
English (en)
Inventor
Willis Johnson Kirk
Original Assignee
Lilly Co Eli
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lilly Co Eli filed Critical Lilly Co Eli
Publication of CS192791A3 publication Critical patent/CS192791A3/cs
Publication of CZ280025B6 publication Critical patent/CZ280025B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes
    • C12Q1/002Electrode membranes
    • C12Q1/003Functionalisation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/817Enzyme or microbe electrode

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

^í’l ~c-,í 1
Způsob imobilizace biomolekul
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu imobilizsce biomolekul na vodivémsubstrátu. Především se vynález týká způsobu elektrodepozicebiomolekul, jako jsou enzymy a protilátky, na vodivém substrá-tu s následným chemickým sesítěním biomolekul za vytvoření vevodě nerozpustné hmoty.
Dosavadní stav techniky
Imobilizace biomolekul na substrátu je důležitá pro četnéběžné analytické nebo průmyslové účely využívající biomolekul.Imobilizací se převádějí typicky ve vodě rozpustné biomolekuly,jako jsou enzymy nebo protilátky, na komplexy ve vodě neroz-pustné vázáním alespoň nějakých molekul na fysikální nosičovymateriál, nerozpustný ve vodě. Takto imibilizovaných biomole-kul se často může používat pro četné účely beze změny jejichkoncentrace nebo účinnosti v závislosti na čase. Imobilizacemá tu přídavnou výhodu, že se biomolekuly mohou uchovávat to-liko ve specifických žádaných oblastech zařízení nebo čidla/=sensoru/ za minimalizace materiálových nákladů a za maxima-lizace zjistitelné biologické účinnosti. Důležité analytické použití imibilizovaných biomolekul,například enzymů, protilátek nebo glykoproteinů jako leciti-nů, je v biosenzorech, kterých se používá pro zjištovéní pří-tomnosti nebo koncentrace vybraných fysiologických molekul ja-kožto výsledek vzájemného působení fysiologického ligandu aimobilizovaných biomolekul. Dosud bylo však obtížné přizpůso-bit známé imobilizační techniky se zřetelem na použití ve spo-jení s miniaturními elektrochemickými biosenzory, vyráběnýmiběžnými způsoby výroby polovodičů. Současné techniky z oblas-ti polovodičů umožňují výrobu čidla s povrchem tak malým, ja-ko je 1,0 yUm . rento malý rozměr představuje pn konstrukcičidla obtíže, jelikož výroba biosenzorů obecně vyžaduje 2 ukládání biomolekuly jedině na povrchu pracovní elektrody, které se. používá k monitorování produktu enzymatické reakce. Bio-molekuly, uložené na jiném povrchu biosenzoru, by reagovalyza vzniku produktu, který by nemohl být stanoven, čímž při-cházejí nazmar často drahé biomolekuly.
Způsobem předcházení problémům při ukládání biomolekulje elektroforeza k podpoře migrace nabitých biomolekul, na-příklad proteinů, amfipatických lipidů nebo nukleinové kyse-liny. Ve vhodném prostředí mají takové biomolekuly positivněnebo negativně nabitý podíl, který je přitahován na pole s o-pačným nábojem ve vytvořeném elektrickém poli. Migrace bio-molekul· v prostředí směrem k elektrodě s opačným nábojem, než je podporována má biomolekula a její ukládání na takové elektroděj/vytvořenímpotenciálu v prostředí mezi dvěma elektrodami.
Způsoby elektroforetického ukládání popisuje napříkladIkariyama a kol., J. Electrochem. Soc., 136/6/, str. 702 až706, 1989/. Při tomto popisovaném způsobu se současně ukládá-jí platinové částice a glukosoxidasa jakožto enzym. Při hod-notě pH, při které dochází normálně k platinizaci, má glu-kosoxidasa čistě pozitivní náboj, jelikož hodnota pH je niž-ší než její isoelektrický bod 4,3. Glukosoxidasa je proto při-tahována k; elektrodě s opačným nábojem spolu s ionty platiny. K .podpoře stability uloženého enzymu se čidlo ponoří do roz-toků albuminu a glutaraldehydu k sesítění molekul. Tentozpůsob však může vést k desaktivaci enzymu, jelikož se propodporu současného ukládání enzymu používá poměrně nízké hod-noty pH.
Aizawa a kol., J. CJxem. Soc. Japan /Nippon Kagaku Kais-hi, 11, str. 2210 až 2213, 1987/ popisují vývoj způsobu elek-trolytického ukládání glukosoxidasy. Glukosoxidasa se absor-buje na povrchu platinové elektrody za řízeného potenciáluz vodného roztoku. Jakožto optimální podmínky pro ukládáníglukosoxidasy se uvádí 0,1 V, Ag/AgCl a pH 3. Maximálnítlouátka, dosahovaná tímto způsobem, jsou vrstvy tlusté 4 v molekuly glukosoxidasy, což je ekvivalentní tlouštce filmuglukosoxidasy přibližně maximálně 56 x 10 m. Způsob se zkoušel při hodnotách pH 3 až 9, přičemž se optimálního ukládá-ni dosáhlo při hodnotě pH 3. Mimořádně tenká vrstva, nanesenátímto způsobem, je nepřiměřená pro mnohé účely, kdy se vyža-duje vzájemné působení ligandu a biomolekuly nijak omezenoureakcí. Dalším nedostatkem je omezená životnost, a nová použi-telnost tenkých vrstvev imibilizovaných molekul. Úkolem vynálezu je proto vyvinout způsob ukládáni a imo-bilizace poměrně tlusté vrstvy molekul na vodivém substrátupro dosažení neomezeného působení ligendu a biomolekuly. úkolem vynálezu je také vyvinout způsob reprodukovatel-ného a přesného ukládání a imobilizace biomolekul na miniatur-ních elektronických čidlech. Rovněž je úkolem vynálezu vyvi-nout způsob současného ukládáni a imobilizace četných různýchbiomolekul na vodivém substrátu. Přídavně je úkolem vynálezu vyvinout způsob ukládání a imo-bilizace biomolekul způsobem, který by vedl k vrstvám o tloušt-ce 1t> “8 m.
Podstata vynálezu
Podstata způsobu imobilizace biomolekul a zvláště pří-pravy biosenzorové elektrody s biomolekulární složkou podle v % vynálezu spočívá v tom, že se připravuje roztok alespoň jed-noho druhu biomolekuly určené k nanášení, dostatečně pufrova-ný k předcházení denaturace biomolekul a na hodnotu, kdy všech-ny biomolekuly, určené k nanášení, mají stejné znaménko čis-tého elektrického náboje v důsledku svýoh. isoelektrických bo-dů, do roztoku se ponoří biosenzorová elektroda a elektrodas opačným nábojem, mezi biosenzorovou elektrodou a álektrodous opačným nábojem se vytvoří potenciální rozdíl menší než 1 V,přičemž se potenciál mění k vytvoření v podstatě konstantníhoproudu mezi elektrodami, dostatečného k vytvoření migracebiomolekul určených pro ukládání na biosenzorové elektroděa na hromadění na ní.
Mezi oběma elektrodami se vytváří potencionálový rozdíl100 minivoltů až 1 volt. Myž se na biosensorové elektrodě 4 dosáhne žádané tlouštky nánosu, může se stabilita nanesenéhofilmu biomolekul podpořit jeho sesítěním vhodným sesitujícímčinidlem. Při výhodných provedeních způsobu podle vynálezu je roz-tok, obsahující biomolekuly vodný a proud mezi biosensorovouelektrodou a elektrodou s cpačním nábojem se volí přibližně5 mA/cm^. Napětí se upravuje směrem .nahoru v průběhu procesuukládání k udržení konstantního proudu přesto, že vzrůstá e-lektrický odpor biosensorové elektrody v důsledku ukládáníbiomolekulárního filmu. Ukládání biomolekul pokračuje tak dlou-ho, až je střední tlouštka filmu na biosensorové elektroděvětší než 5 mikrometrů. Výhodou způsobu podle vynálezu je jeho široká použitelnostpro vodivé substráty s nejrůznější geometrií. Jelikož je uklá-dání biomolekul ne elektroforetickén základu, mohou se bio-molekuly ukládat skutečně na jakémkoliv vodiči nebo polovodi-či., nezávisle na jeho tvaru nebo topografii. Například se mo-hou rovnoměrně biomolekulérním filmem povlékat povrchy velmidrsného vodiče nebo se mohou velmi snadno biomolekuly ukládatuvnitř vodivého materiálu například v platinové trubce a mo-hou se vkládat dc systému pro analytické účely. Na rozdíl odmnohých jiných způsobů ukládání filmu je 'u takových elek-troforetických způsobů ukládání biomolekul lokalizováno,přičemž se žádaná biomolekula ukládá jen v blízkosti vodivéhosubstrátu.
Jinou výhodou způsobu podle vynálezu jsou poměrně tlus-té vrstvy biomolekul, které se mohou ukládat na biosensorovouelektrodu. Mnohá fysiologická použití zahrnují vzájemné pů-sobení mezi relativně velkým množstvím zvláštního fysiologické-ho ligandu, který se má zjistit, a biomolekulou, uloženou nabiosensorové elektrodě. Velmi tenké monomolekulární filmy ne-bo filmy mající tlouštku mnohem menší než 1 mikrometr, mo-hou způsobit reakci mezi fysiologickým ligandem a biomoleku-lou omezenou v důsledku malého množství biomolekul dostupných pro reakci, v důsledku klesající citlivosti senzoru a pro ne-lineární vztah vzájemného působení /mezi biomolekulou a li-gandem/, což vše může znesnadňovat stanovení množství ligen-du, obsaženého v roztoku.
Jiná výhoda způsobu podle vynálezu vyplývá z použitíkonstantního proudu v průběhu ukládání na biosensorovou elek-trodu. To vede ke stálému ukládání biomolekul na biosensorovéelektrodě i když biomolekulární nános blokuje povrch elektro-dy a nejzáže vzroste elektrický odpor. Jelikhž odpor bio-sensorové elektrody vzrůstá v průběhu procesu ukládání jakproud. tak. rychlost ukládání biomolekuly by zpravidla klesalypokud by se postupně nezvyšovalo napětí. Tento pokles rychlos-ti ukládání by pokračoval tak dlouho, až by již k žádnému uk-ládáni nedocházelo, i kdyby byl ukládaný film méně tlustý, nežje požadováno, ^a rozdíl od toho zůstává proud konstantní azpůsob podle vynálezu umožňuje zvyšování napětí se vzrůstají-cím odporem tak dlouho až se napětí přiblíží hodnotě, při kte-ré se voda bud oxiduje nebo redukuje za vzniku plynových bub- v linek, čímž se podporuje vytváření filmů o tlouŠtce větší než10 mikrometrů.
Jinou předností způsobu podle vynálezu je použitelnostpři hodnůtách pH srovnatelných s fysiologickými hodnotami pH,při kterých se biomolekula vytváří. Velmi tlusté filmy bílko-vinových biomolekul, například enzymů, se mohou ukládat přifysiologických hodnotách pH /7,4/ ve vodných roztocích, čímžse snižuje na minimum nebezpečí ztráty účinnosti nebo denatu-race enzymu, k čemuž může docházet při jiných způsobech uklá-dání enzymových filmů. Výhody a přednosti způsobu podle vynálezu vyplynou pracovníkůrn v oboru také z následujícího popisu příkladných prove-dení, která však vynález nijak neomezují.
Pro názornost je na obr. 1 schéma zařízení pro elektro-depozici biomolekul na biosensorovou elektrodu, ponořenou dokapaliny, bosahující nanášenou biomolekulu.
Na obr. 1 je zařízení 1_Q pro elektrodepozici, vhodné pro pro-vádění způsobu podle vynálezu. Zařízení 1 0 zahrnuje nádobu 1 2určenou pro kapalinu 30« Kapalinou 30 může být buď roztok ne-bo suspenze obsahující biomolekulu, určenou k nanášení. Záoj14 elektrické energie má -t-vodič 16, spojený s biosensorovouelektrodou 22 a -vodič 18, spojený s elektrodou 20 s opačnýmnábojem, který dodává v podstatě konstantní proud, mezi elek-trodou 20 a elektrodou 22. Biosensorová elektroda 22 vytváříčást biosensorové jednotky 2^, která zahrnuje biosensorovou elektrodu 22 a elektricky nevodivý substrát 24. +Vodič 16 a-vodič 18 jsou elektricky stíněny nevodivým materiálem, schopným vydržet ponořeni do kapaliny 30»
Směr toku proudu se může obrátit popřípadě přepnutímspojů +vodiče 16 a -feodiče 18 na zdroji 14 elektrické energiečímž získá +vodič 16 negativní náboj a -vodič 18 positivní náboj. Jelikož je jak +vodiČ 16 tak -vodič 18 stíněn a substrát24, obklopující biosensorovou elektrodu je konstruován z ne-vodivého materiálu, ukládání biomolekulárních látek, obsa-žených v kapalině JO., probíhá jen na elektrodě 20 nebo na e-lektrodě 22 s opačným nábojem než je náboj biomolekuly v ka-palině 30.
Jakožto biomolekuly, vhodné pro ukládání na elektrodě 20nebo na elektrodě 22 se uvádějí, nikoliv však jako nějaké omezení, nýbrž příkladně.následující třídy přírodně se vyskytujících nebo uměle syntetizovaných molekul nebo molekulových se-skupení, která mohou být složkami biologických systémů:peptidy, oligopeptidy, bílkoviny, apoproteiny, gykoproteiny,antigeny a jejich protilátky, fragmenty protilátek, haptenya jejich protilátky, receptory a jiné membránové proteiny, a-nalogy proteinů, ve kterých alespoň jedna nepeptfiová vazby nahrazuje peptidovou vazbu, enzymy a enzymové prekursory, koen-zymy, enzymové inhibitory, aminokyseliny a jejich deriváty,hormony, lipidy, fosfolipidy, glykolipidy, liposomy, nukleo-tidy, oligonukleotidy, polynukleotidy a jejich v oboru známéa biologicky účinné analogy a deriváty včetně například:methylovaných polynukleotidů a nukleotidových analogů mají- cích. fosforthioátové vazby; plasmidů, kosmidů, umělých chro-mosomů, jiných vektorů nukleinových kyselin; antisenspoly-nukleotidů včetně v podstatě komplementárních k alespoň jed-né endogenní nukleinové kyselině nebo majících sekvence opač-né se zřetelem k alespoň částem vybraných virálních nebo ret- ~rovirá-Lních genomu a jakýchkoliv jiných biologicky aktivníchmolekul. Všechny shora uvedené biomolekuly,mající slabou ne-bo neexistující polaritu nebo indukovatelnou polaritu za pod-mínek: v zařízení 1 0 se mohou kovalentně vázat na nosič sevhodným nábojem za vzniku komplexu s nábojem, který se můžeukládat na elektrodě 20 nebo na elektrodě 22.
Jednotlivé ze shora uvedených tříd biomolekul a jejichjakékoliv kombinace se mohou vnášet do roztoku nebo do suspen-ze jakožto koloidní Částice do kapaliny 30 způsobem závislýmna složení kapaliny 30 ť Obecně ja kapalinou 30 vodný roztok,jako je fysiologický roztok, schopný vést elektrický proud.Popřípadě se do kapaliny 30 mohou přidávat přísady, jako jsoupovrchově aktivní látky a protipěnicí přísady.
Směr, rychlost migrace a rychlost ukládání biomolekulpůvodně v roztoku nebo suspendovaných v kapalině 30 na elek-trodu 20 a na elektrodu 22 se může řídit velmi citlivě vhodnýmnastavením hodnoty pH kapaliny 30» Toto řízení je založeno napoužití běžných elektroforetických technik použitelných napermanentně nabité podíly, což poskytuje biomolekule čistý ná-boj, v. kapalině 30 v závislosti na hodnotě pH kapaliny 30» Hod-nota pH, při které má molekula nulový čistý negativní náboj aproto nemigruje působením elektrického pole, je definovánajakožto její isoelektrický bod. Při větší hodnotě pH, než jeisoelektrický bod, má molekula čistý negativní náboj; nao-pak při hodnotě pH menší, než je isoelektrický bod, má mole-kula čistý pozitivní náboj. Proto se v zařízení podle obr. 1hodnota pH kapaliny 30 nastavuje na hodnotu vyšší než iso-elektrický bod nebo na hodnotu nižší než isoelektrický bodpříslušné biomolekuly, která se má ukládat na elektrodu 20nebo 22. Toto nastavení hodnoty pH je možné použitím o so-bě známých kyselin nebo alkálií. ν’ v
Sesítující Činidla se do roztoku zavádějí bud současněs biomolekulou nebo po jejím uložení na elektrodě '20 nebo 22a jsou vhodné pro podporu vytvoření v podstatě ve vodě neroz-pustných nanesených hmot na elektrodách. Sesítující činidla zahrnují obecně polyfunkční můstkovací skupiny, schopné kovalentní vazby s žádanou biomolekulou, mohou však také zahrnovat o-záření nebo jiná činidla, která podporují vytvoření kovalent-ni vazby mezi biomolekulami bez skupin vytvářejících můstky.Druh používaného sesítujícího činidla závisí na případné naná-šené biomolekule; jakožto příklady sesítujících činidel se u-vádějí: silanová činidla, alkylaminová kopulační činidla, iso-thiokyanátová kopulační činidla, triazinová kopulační činidla,azokopulační činidla, fenylhydrazinová kopulační Činidla,karbodiimidová kopulační činidla a kopulační činidla na bázichloridu kyseliny. Při způsobu podle vynálezu je obzvláštěvhodné používání glutaraldehydu, jakkoliv se může používat ji-ných kopulačních činidel ze souboru zahrnujícího například 4-azidofenacylbromid, benzofenon-3,3z-4-4z-tetrakarboxylovoukyselinu ve formě dianhydridu, biotin-N-hydroxysukcinimides-ter, biotin-4-nitrofenylester, 2,2z-bichinolon-4,4z-dikarbo-xylovou kyselinu, bis/4-fluor-3-nitrofenyl/sulfon, 1,5-bis-/sukcinimidoxykarbonyloxy/pentan, 4-/BOC-aminomethyl/fenyl-isothiokyanát, N-BOC-1,6-diaminohexanhydrochlorid, brom-pyrohrožňovou kyselinu, kyanurchlorid, 4,4 -diazidostilben-2,2z-disulfonovou kyselinu ve formě dvojsodné soli, dianhyd-rid diethylentřiaminpentaoctové kyseliny, diethylenpyrokarbo-nát, 1,5-difluor-2,4-dinitrobenzen, 1,6-diisokyanohexan, 4,4z-diisothiokyanátstilben-2,2 -disulfonovou kyselinu ve for-mě dvojsodné soli, dimethyladipimidátdihydrochlorid, N-/di-methylaminopropyl·/-Ν’z-ethylkarbodiimidhydrochlorid, dimethyl— 3,3 z-dithiodipropionimidátdihydrochlorid, dimethylpumelin-diimidétdihydrochlorid, dimethylsuberimidátdihydrochlorid, 3,3'-dithiodipropionová kyselina ve formě bis/N-hydroxyšuk-cinimi.dester/u, 4-fluor-3-nitrofenylazid, formaldehyd, fu-maronitrii, glutaraldehyd, glutarcnitril, glykolaldehyd,hexamethylendiisokyanát, 6-hydroxy-2-naftyldisulfid, 3-/4-hydroxyfenyl/propionová kyselina ve formě N-hydroxysukcin- imidesteru, 2-iminothiolanhydrochlorid, 4-meleimidobutyramino-methylpolystyren, N,N*-/1,4-fenylen/dimaleimid, polyethylengly-kol-600-dikyselina, N-sukcinimidyl-3-/2-pyridylthio/propionát, .N-sukcinimič.yl-3-maleimidobenzoát, N-sukc inimidyl -4-maleimido-butyrát, N-sukcinimidyl-6-maleimidokaproát, N-sukcinimidyl-3-maleimidopropionát, thiodiethylenglykol, toluylen-2,4-diiso-kyanát a m-xylylendiisokyanát. Uvedených bivalentních sesíto-vacích činidel lze tedy používat.
Eiosensorových elektrod, vyrobených způsobem podle vyná-lezu, lze používat pro nejrůznější molekulární detekční sys-témy včetně amperometrických elektrochemických bbsensorů, ka-lorimetrických, akustických, potenciometrických a optickýchbiosenscrů a biosenzorů na bázi ISEET.
Vynález blíže objasňují, nijak však neomezují následují-cí příklady praktického provedení. Příklady provedení vynálezu Přiklad 1 Připraví se hmotnostně 5% roztok glukosoxidasy za pou-žití fosfátem pufrovaného solankového roztoku /hodnota pH7,4/ jakožto rozpouštědla. Glukosoxidasa se pečlivě rozpustív solankovém roztoku za mírného míchání, přičemž se míchánípečlivě provádí, aby se předešle pěnění roztoku, které bymohlo vést k denaturaci glukosoxidasy. Elektrodepoziční zaří-zení se naplní připraveným roztokem a do roztoku se ponoříbiosensorová elektroda, na kterou se má enzym ukládat, spolus elektrodou s opačným nábojem. Provede se elektrické propo-jení s galvanostatem a proud se udržuje na konstantní husto-tě 5 mA/cm^ na povrchu .elektrody. Tok proudu se řídí ve smě-ru, který vede k pozitivnímu čistému náboji na povrchu elek-trody k vázání negativně nabitých molekul glukosoxidasy. Proudje zapojen na dvě minuty. V průběhu ukládání nemá napětí pře-stoupit 0,5 V. Elektroda se pak vyjme z enzymového roztokua ponoří se do deionizované, destilované vody bez míchání 10 na dobu 5 sekund k odstranění zbytkové glukosoxidasy.
Elektroda se pak ponoří do roztoku obsahujícího objemově 2,5 % glutaraldehydu v solance pufrované fosfátem /hodnota pH7,4/ na dobu 30 minut ke kovalentnímu sesítění glukosovýchmolekul a k vytvoření hmoty nerozpustné ve vodě. Elektroda sepak. ponoří do deionizované, destilované vody na dobu 5 sekunda nechá se schnout na vzduchu po dobu 30 minut.
Zjištěno po zaschnutí, že vrstva glukosoxidasy, uloženána elektrodě, má tlouštku přibližně 1,5 ^um. Následující zkouškou zjištěno, že sesítění glutaraldehydem je účinné k předchá-zení převodu glukosoxidasy zpět do roztoku. Zjištuje se, žev tomto bodu je enzymatická složka biosensoru funkční. Příklad 2
Je také možné současné ukládání dvou nebo několika bio-molekul na povrchu elektrody za podmínky, že jejich isoelek-trické body jsou vždy vyšší nebo nižší než hodnota pH depo-zičního roztoku. V tomto případě se připraví solankový roz-tok pufrovaný fosfátem /hodnota pH 7,4/, obsahující hmot-nostně 5 % glukosoxidasy a 5 % albuminu. Glukosoxidasa a al-bumin mají hodnoty isoelektrického bodu 4,3 a 4,7, takže oběmolekuly mají negativní náboj při hodnotě pH roztoku 7,4. Naelektrodě se použije hustoty proudu 5 mA/cm^ po dobu dvou mi-nut při jejím ponoření do roztoku glukosoxidasy a albuminu.Molekuly se sesítí v glutaraldehydovém roztoku, jak je popsá-no v příkladu 1, načež se elektroda opláchne a vysuší. Vznik-lá vrstva glukosoxidasy a albuminu má tlouštku přibližně 5/Um. Při dlouhodobé zkoušce glukosoxidasové účinnosti sepozoruje, že vrstva glukosoxidasy a albuminu je výrazně stá-lejší než vrstva toliko glukosoxidasy, vytvořená způsobempodle příkladu 1. Příklad 3 Připraví se roztok 2,4 mg/ml králičí antifluoresceinové protilátky /afinita čištěno/ za použití borátového pufrové-ho roztoku /hodnota pH 9,0/. Hodnota pH se volí se zřetelemna udržení maximální pojící účinosti protilátky. Elektrodepo-ziční nádoba se naplní připraveným roztokem a vloží se bio-sensorová elektroda, na které se má ukládat protilátka ado roztoku se rovněž ponoří elektroda s opačným nábojem. Pro-vede se elektrické propojení s galvanostatem a proud se udr-žuje na konstantní hustotě 5 mA/cm na povrchu elektrody. Tokproudu se směřuje ve směru, který vede k negativnímu čistémunáboji na povrchu biosensorové elektrody k přitahování pozi-tivně nabitých molekul protilátky. Proud se aplikuje po dobu50 minut. Elektroda se pak vyjme z roztoku protilátky a po-noří se do deionizované, destilované vody bez jakéhokoliv mí-chání na dobu 5 sekund k odstranění zbytkové protilátky.
Elektroda se pak ponoří do roztoku obsahujícího objemo-vě 2,5 % glutaraldehydu v solance pufrované fosfátem /hodnotapH 7,4/ na dobu 30 minut ke kovalentnímu sesítění molekul pro-tilátky a k vytvoření hmoty nerozpustné ve vodě.Elektroda seopět ponoří do deionizované, destilované vody na dobu 5 se-kund a nechá se schnout na vzduchu po dobu 30 minut. Vyšetře-ný elektrody zjištěno,že elektrodepozicí vzniklá vrstva pro-tilátky má po zaschnutí tlouštku přibližně 5,5 /Um.
Jakkoliv je tedy vynález blíže objasněn shora uvedenýmipříklady praktického provedení, jsou pracovníkům v oboru jas-né možnosti jeho variací a modifikací v rámci vynálezu.
Průmyslová využitelnost
Zlepšený způsob výroby biosensorových elektrod, kterýchlze používat pro nejrůznější molekulární detekční systémy.
/

Claims (8)

  1. - 12 - PATENTOVÉ NÁROK - "ΐ
    1. Způsob imobilizece biomolekul a zvláště přípravy bio-sensorové elektrody s biomolekulární složkou, v y z n a č u v jící se t í m , že se připravuje roztok alespoň jed-noho druhy biomolekuly, určené k nanášení, dostatečně pufrova-ný k předcházení denaturace biomolekul a na hodnotu, kdy všechny biomolekuly, určené k nanášení, mají stejné znaménko čis-tého elektrického náboje v důsledku svých isoelektrických bo-dů, do roztoku se ponoří biosensorová elektroda a elektrodas opačným náhojem, mezi biosenzorovou elektrodou a elektrodous opačným nábojem se vytvoří potenciálový rozdíl menší než 1 Vpřičemž se potenciál mění k vytvoření v podstatě konstantníhoproudu mezi elektrodami, dostatečného k vytvoření migracebiomolekul, určených pro ukládání na biosensorové elektrodě,a na hromadění na ní.
  2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se mezi elektrodami udržuje v podstatě konstantníelektrický proud po dostatečnou dobu k akumulaci na biosenso- v t rove elektrodě filmu molekul o tlouštce větší než 1,0 mikro-metrů.
  3. 3. Způsob podle nároku 2,vyznačující setím, že se biosensorová elektroda s povlakem biomolekul po-nořuje do roztoku sesítovacího činidla v dostatečném množstvía po dostatečnou dobu ke vzájemnému sesítění biomolekul za vy-tvoření ve vodě nerozpustné hmoty na biosensorové elektrodě.
  4. 4. Způsob podle nároku 1,vyznačující setím, že se pro nanášení připravuje roztok obsahující bíl-kovinu.
  5. 5. Způsob podle nároku 4,vyznačující set í m , že bílkovinou je enzym.
  6. 6. Způsob podle nároku 4, vyznačující setím, že bílkovinou je protilátka. 13
  7. 7. Způsob přípravy biosensorové elektrody s bílkovinovousložkou, vyznačující se tím, že se připravu-je roztok alespoň jednoho druhu bílkoviny, určené k nanášení,dostatečně pufrovený k předcházení denatursce bílkoviny, dotohoto roztoku se ponořuje biosensorová elektroda a elektroda *s opačným nábojem, mezi biosenzorovou elektrodou a elektrodou s opačným nábojem se vytvoří potenciálový rozdíl menší než 1 V,přičemž se potenciál mění k vytvoření v podstatě konstantníhoproudu mezi elektrodami, dostatečného k vytvoření migrace bio-molekuX, určených pro ukládání na biosensorové elektrodě anános, vytvořený na biosensorové elektrodě se sesítuje sesítu-jícím činidlem k vytvoření ve vodě nerozpustné hmoty na bio-sensorové elektrodě*
  8. 8. Způsob přípravy enzymatického biosensoru, vyznaču-jící se tím, že se připravuje roztok glukosoxidasyurčené na ukládání na biosensorové elektrodě, do tohoto roztokuse ponořuje biosensorová elektroda a elektroda s opačným nábo-jem, mezi biosensorovou elektrodou a elektrodou s opačným ná-bojem se vytváří potenciálový rozdíl menší než 1 V, přičemž sepotenciál mění k vytvářeni v podstatě konstantního proudu ψβ- zi elektrodami-, dostatečného k vytváření migrace glukosoxidasyurčené pro ukládání na biosensorové elektrodě a hromadění na níza vytvoření filmu o tlouštce větší než 10 mikrometrů. JUDr. oWšvoRčk advakát
CS911927A 1990-06-29 1991-06-24 Způsob imobilizace biomolekul CZ280025B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/546,101 US5166063A (en) 1990-06-29 1990-06-29 Immobolization of biomolecules by enhanced electrophoretic precipitation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS192791A3 true CS192791A3 (en) 1992-02-19
CZ280025B6 CZ280025B6 (cs) 1995-09-13

Family

ID=24178870

Country Status (25)

Country Link
US (1) US5166063A (cs)
EP (1) EP0463859B1 (cs)
JP (1) JP3100422B2 (cs)
KR (1) KR920000921A (cs)
CN (1) CN1057672A (cs)
AR (1) AR243937A1 (cs)
AT (1) ATE122724T1 (cs)
AU (1) AU649686B2 (cs)
CA (1) CA2045200C (cs)
CZ (1) CZ280025B6 (cs)
DE (1) DE69109754T2 (cs)
DK (1) DK0463859T3 (cs)
ES (1) ES2072544T3 (cs)
FI (1) FI913174A7 (cs)
HU (1) HUT60544A (cs)
IE (1) IE67131B1 (cs)
IL (1) IL98589A (cs)
MX (1) MX173121B (cs)
MY (1) MY106367A (cs)
NO (1) NO912543L (cs)
NZ (1) NZ238646A (cs)
PT (1) PT98075B (cs)
RU (1) RU2068181C1 (cs)
YU (1) YU114891A (cs)
ZA (1) ZA914807B (cs)

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6051380A (en) * 1993-11-01 2000-04-18 Nanogen, Inc. Methods and procedures for molecular biological analysis and diagnostics
US6652808B1 (en) * 1991-11-07 2003-11-25 Nanotronics, Inc. Methods for the electronic assembly and fabrication of devices
US6017696A (en) * 1993-11-01 2000-01-25 Nanogen, Inc. Methods for electronic stringency control for molecular biological analysis and diagnostics
US6048690A (en) * 1991-11-07 2000-04-11 Nanogen, Inc. Methods for electronic fluorescent perturbation for analysis and electronic perturbation catalysis for synthesis
US5605662A (en) 1993-11-01 1997-02-25 Nanogen, Inc. Active programmable electronic devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6569382B1 (en) 1991-11-07 2003-05-27 Nanogen, Inc. Methods apparatus for the electronic, homogeneous assembly and fabrication of devices
US5632957A (en) 1993-11-01 1997-05-27 Nanogen Molecular biological diagnostic systems including electrodes
US5849486A (en) 1993-11-01 1998-12-15 Nanogen, Inc. Methods for hybridization analysis utilizing electrically controlled hybridization
US6315953B1 (en) * 1993-11-01 2001-11-13 Nanogen, Inc. Devices for molecular biological analysis and diagnostics including waveguides
US6287517B1 (en) 1993-11-01 2001-09-11 Nanogen, Inc. Laminated assembly for active bioelectronic devices
US7582421B2 (en) * 1993-11-01 2009-09-01 Nanogen, Inc. Methods for determination of single nucleic acid polymorphisms using a bioelectronic microchip
US6309602B1 (en) 1993-11-01 2001-10-30 Nanogen, Inc. Stacked, reconfigurable system for electrophoretic transport of charged materials
US7101661B1 (en) 1993-11-01 2006-09-05 Nanogen, Inc. Apparatus for active programmable matrix devices
US6331274B1 (en) 1993-11-01 2001-12-18 Nanogen, Inc. Advanced active circuits and devices for molecular biological analysis and diagnostics
US7172864B1 (en) 1993-11-01 2007-02-06 Nanogen Methods for electronically-controlled enzymatic reactions
US7314708B1 (en) 1998-08-04 2008-01-01 Nanogen, Inc. Method and apparatus for electronic synthesis of molecular structures
US6225059B1 (en) 1993-11-01 2001-05-01 Nanogen, Inc. Advanced active electronic devices including collection electrodes for molecular biological analysis and diagnostics
US6638482B1 (en) 1993-11-01 2003-10-28 Nanogen, Inc. Reconfigurable detection and analysis apparatus and method
US6068818A (en) 1993-11-01 2000-05-30 Nanogen, Inc. Multicomponent devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6254827B1 (en) 1993-11-01 2001-07-03 Nanogen, Inc. Methods for fabricating multi-component devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6726880B1 (en) 1993-11-01 2004-04-27 Nanogen, Inc. Electronic device for performing active biological operations and method of using same
US6375899B1 (en) 1993-11-01 2002-04-23 Nanogen, Inc. Electrophoretic buss for transport of charged materials in a multi-chamber system
US6319472B1 (en) 1993-11-01 2001-11-20 Nanogen, Inc. System including functionally separated regions in electrophoretic system
US6403367B1 (en) 1994-07-07 2002-06-11 Nanogen, Inc. Integrated portable biological detection system
US6379897B1 (en) * 2000-11-09 2002-04-30 Nanogen, Inc. Methods for gene expression monitoring on electronic microarrays
US7857957B2 (en) 1994-07-07 2010-12-28 Gamida For Life B.V. Integrated portable biological detection system
US20040086917A1 (en) * 1995-09-27 2004-05-06 Nanogen, Inc. Methods for electronic fluorescent perturbation for analysis and electronic perturbation catalysis for synthesis
US6706473B1 (en) 1996-12-06 2004-03-16 Nanogen, Inc. Systems and devices for photoelectrophoretic transport and hybridization of oligonucleotides
US7220550B2 (en) * 1997-05-14 2007-05-22 Keensense, Inc. Molecular wire injection sensors
US6699667B2 (en) 1997-05-14 2004-03-02 Keensense, Inc. Molecular wire injection sensors
US6060327A (en) 1997-05-14 2000-05-09 Keensense, Inc. Molecular wire injection sensors
WO1998058745A1 (en) * 1997-06-20 1998-12-30 New York University Electrospraying solutions of substances for mass fabrication of chips and libraries
DE19741715A1 (de) * 1997-09-22 1999-03-25 Hoechst Ag Pentopyranosyl-Nucleosid, seine Herstellung und Verwendung
DE19751658A1 (de) * 1997-11-21 1999-07-29 Wolfbeis Otto S Prof Dr Verfahren zur Bildung lateral organisierter Strukturen auf Trägeroberflächen
RU2144563C1 (ru) * 1998-10-01 2000-01-20 Зубков Михаил Дмитриевич Способ замедления биохимических и других процессов, идущих за счет электромагнитного взаимодействия
FI116099B (fi) 1999-12-08 2005-09-15 Valtion Teknillinen Menetelmä prosessista saadun näytteen analysoimiseksi on-line kapillaarielektroforeesilaitteiston avulla
US7192445B2 (en) * 2000-12-06 2007-03-20 Astra Tech Ab Medical prosthetic devices and implants having improved biocompatibility
US20030153024A1 (en) * 2001-04-19 2003-08-14 Sullivan Brian M Charged bio-molecule/binding agent conjugate for biological capture
AT410805B (de) 2001-05-29 2003-08-25 Sleytr Uwe B Verfahren zum erzeugen einer schicht funktioneller moleküle
US6814845B2 (en) 2001-11-21 2004-11-09 University Of Kansas Method for depositing an enzyme on an electrically conductive substrate
US7601493B2 (en) * 2002-07-26 2009-10-13 Nanogen, Inc. Methods and apparatus for screening and detecting multiple genetic mutations
US20040074785A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-22 Holker James D. Analyte sensors and methods for making them
US20050109622A1 (en) * 2003-11-26 2005-05-26 Peter Peumans Method for controlling electrodeposition of an entity and devices incorporating the immobilized entity
US20050239184A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Reiko Ohara Electric driven protein immobilizing module and method
US7828954B2 (en) * 2004-09-21 2010-11-09 Gamida For Life B.V. Electrode based patterning of thin film self-assembled nanoparticles
US7314542B2 (en) * 2004-09-23 2008-01-01 Nanogen, Inc. Methods and materials for optimization of electronic transportation and hybridization reactions
US20080142366A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Prabhakar Apparao Tamirisa Incorporation of biomolecules in thin films
RU2367958C1 (ru) * 2008-01-17 2009-09-20 Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича РАМН (ИБМХ РАМН) Электрохимический биосенсор для прямого определения миоглобина, способ его получения
GB0818403D0 (en) * 2008-10-08 2008-11-12 Univ Leuven Kath Aqueous electrophoretic deposition
WO2010040648A2 (en) * 2008-10-06 2010-04-15 Katholieke Universiteit Leuven, K.U.Leuven R&D Functional layers of biomolecules and living cells, and a novel system to produce such
WO2011066569A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 Nanoscale Components, Inc. Methods for producing textured electrode based energy storage device
JP2011137651A (ja) * 2009-12-25 2011-07-14 Sharp Corp 標的認識分子および標的認識分子を固定化する方法
TWI450967B (zh) 2009-12-30 2014-09-01 Univ Nat Taiwan Science Tech 均勻之複合式觸媒/酵素結構及其製備方法與應用
CN102192938B (zh) * 2010-03-19 2015-10-21 黄炳照 均匀的复合式触媒/酶结构及其制备方法与应用
US9748599B2 (en) 2013-01-30 2017-08-29 Nanoscale Components, Inc. Phased introduction of lithium into the pre-lithiated anode of a lithium ion electrochemical cell
CN105831389A (zh) * 2016-02-15 2016-08-10 林淑录 一种鲍鱼蛋白质制品及其制备方法
US10092207B1 (en) 2016-05-15 2018-10-09 Biolinq, Inc. Tissue-penetrating electrochemical sensor featuring a co-electrodeposited thin film comprised of polymer and bio-recognition element
EP3652795A4 (en) 2017-07-10 2021-03-10 Nanoscale Components, Inc. PROCESS FOR FORMING A SEI LAYER ON AN ANODE
EP4256315A4 (en) 2020-12-03 2024-11-06 Biolinq Incorporated SOLID-STATE SUBSTRATE-INTEGRATED REFERENCE ELECTRODE AND COUNTER ELECTRODE
US11359300B1 (en) * 2021-02-26 2022-06-14 Laxmi Therapeutic Devices, Inc. Electrochemical method for enzyme immobilization on biosensor electrodes
EP4374789A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-29 PKvitality Close flow cell process for fabricating microneedles
CN117368289B (zh) * 2023-12-07 2024-03-08 广州市赛特检测有限公司 在碳电极表面偶联蛋白适配体的方法、碳电极及电化学免疫传感器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3758396A (en) * 1971-08-31 1973-09-11 Research Corp Ition preparation of immobilized enzymemembrane complexes by electrocodepos
US3839175A (en) * 1973-06-28 1974-10-01 Owens Illinois Inc Electrodeposition of enzymes
US4120759A (en) * 1976-08-10 1978-10-17 New Nippon Electric Company, Ltd. Constant current density plating method
US4242096A (en) * 1977-11-14 1980-12-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Immunoassay for antigens
US4245005A (en) * 1979-02-28 1981-01-13 Purdue Research Foundation Pellicular coated support and method
DE3852122T2 (de) * 1987-03-12 1995-04-27 Japan Government Immobilisierung von biofunktionellem material, daraus erzeugtes element und massnahme zu dessen verwendung.
DE3888767T2 (de) * 1987-03-13 1994-08-04 Japan Government Methode zur Erzeugung einer Biomikroelektrode.
EP0353844A1 (en) * 1988-07-06 1990-02-07 Imperial Chemical Industries Plc Coating process and composition
EP0350451A3 (de) * 1988-07-08 1991-03-27 Ciba-Geigy Ag Verfahren zur Herstellung von elektroaktiven Langmuir-Blodgett Schichtsystemen

Also Published As

Publication number Publication date
HU912199D0 (en) 1991-12-30
EP0463859B1 (en) 1995-05-17
FI913174L (fi) 1991-12-30
PT98075B (pt) 1998-11-30
CZ280025B6 (cs) 1995-09-13
IE67131B1 (en) 1996-03-06
FI913174A0 (fi) 1991-06-28
ZA914807B (en) 1993-02-24
NO912543L (no) 1991-12-30
RU2068181C1 (ru) 1996-10-20
DE69109754T2 (de) 1995-11-02
NO912543D0 (no) 1991-06-27
AU7939191A (en) 1992-01-02
CN1057672A (zh) 1992-01-08
ATE122724T1 (de) 1995-06-15
JP3100422B2 (ja) 2000-10-16
IE912284A1 (en) 1992-01-01
CA2045200C (en) 2000-05-30
CA2045200A1 (en) 1991-12-30
AR243937A1 (es) 1993-09-30
HUT60544A (en) 1992-09-28
YU114891A (sh) 1994-01-20
MX173121B (es) 1994-02-01
EP0463859A3 (en) 1993-05-12
IL98589A (en) 1997-06-10
EP0463859A2 (en) 1992-01-02
NZ238646A (en) 1994-04-27
DK0463859T3 (da) 1995-07-10
US5166063A (en) 1992-11-24
JPH04331362A (ja) 1992-11-19
KR920000921A (ko) 1992-01-29
DE69109754D1 (de) 1995-06-22
FI913174A7 (fi) 1991-12-30
PT98075A (pt) 1993-06-30
IL98589A0 (en) 1992-07-15
AU649686B2 (en) 1994-06-02
ES2072544T3 (es) 1995-07-16
MY106367A (en) 1995-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CS192791A3 (en) Biomolecules immobilization process
Konno et al. Photo-immobilization of a phospholipid polymer for surface modification
Johnson Reproducible electrodeposition of biomolecules for the fabrication of miniature electroenzymatic biosensors
Yang et al. Modification of hydrophilic and hydrophobic surfaces using an ionic-complementary peptide
US5919576A (en) Immobilized biological membranes
US6815078B2 (en) Substrate for protein microarray containing functionalized polymer
Loidl‐Stahlhofen et al. Solid‐Supported Biomolecules on Modified Silica Surfaces—A Tool for Fast Physicochemical Characterization and High‐Throughput Screening
US7262281B2 (en) Method of depositing S-layer proteins on a carrier to immobilize functional molecules
US6797393B2 (en) Method for making biochip substrate
Anzai et al. Quartz-crystal microbalance and cyclic voltammetric studies of the adsorption behaviour of serum albumin on self-assembled thiol monolayers possessing different hydrophobicity and polarity
Lee et al. Enzyme-modified Langmuir-Blodgett membranes in glucose electrodes based on avidin-biotin interaction
JPH01240188A (ja) 機能性有機薄膜
US20050019828A1 (en) Gelatin coated receiver as protein microarray substrate
MXPA06005996A (es) Metodo para controlar la electrodeposicion de una entidad y dispositivos que incorporan la entidad inmovilizada.
Swamy et al. Enzyme immobilization methods and role of conductive polymers in fabrication of enzymatic biosensors
JPH01235593A (ja) 機能性有機薄膜
EP0773975A1 (en) Conducting electroactive biomaterials
Shastri et al. Biomedical applications of electroactive polymers
Meng et al. Using electrophoretic deposition to identify protein charge in biological medium
AU3105895A (en) Conducting electroactive biomaterials
Neff Synthetic and Biological Polyelectrolytes: Detection and Characterization by a Silicon-on-insulator Based Thin Film Resistor
ELENDER et al. ROBERT TAMPÉ, CHRISTIAN DIETRICH, STEFAN GRITSCH