PL242085B1 - Polimer wdrukowany molekularnie w postaci warstwy do oznaczania tyraminy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie - Google Patents
Polimer wdrukowany molekularnie w postaci warstwy do oznaczania tyraminy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie Download PDFInfo
- Publication number
- PL242085B1 PL242085B1 PL427041A PL42704118A PL242085B1 PL 242085 B1 PL242085 B1 PL 242085B1 PL 427041 A PL427041 A PL 427041A PL 42704118 A PL42704118 A PL 42704118A PL 242085 B1 PL242085 B1 PL 242085B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- tyramine
- layer
- template
- mip
- molecularly imprinted
- Prior art date
Links
- DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-N Tyramine Natural products NCCC1=CC=C(O)C=C1 DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 161
- 229960003732 tyramine Drugs 0.000 title claims abstract description 91
- 229920000344 molecularly imprinted polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 title claims abstract description 5
- DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O tyraminium Chemical compound [NH3+]CCC1=CC=C(O)C=C1 DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O 0.000 title claims abstract 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- ZHXFYTFNTXNQAV-UHFFFAOYSA-N 20-methyl-2,5,8,11,14,17-hexaoxabicyclo[16.4.0]docosa-1(18),19,21-triene Chemical compound O1CCOCCOCCOCCOCCOC2=CC(C)=CC=C21 ZHXFYTFNTXNQAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 2
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GEBPXADVOURYDV-UHFFFAOYSA-N tetrabutylazanium;hypochlorite Chemical compound Cl[O-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC GEBPXADVOURYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 21
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 9
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 abstract description 3
- PTNWHEHDBNNKEO-UHFFFAOYSA-N 5-thiophen-2-ylthiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=CS1 PTNWHEHDBNNKEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000001903 differential pulse voltammetry Methods 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 18
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 17
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N creatine Chemical compound NC(=[NH2+])N(C)CC([O-])=O CVSVTCORWBXHQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N ammonium thiocyanate Chemical compound [NH4+].[S-]C#N SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 6
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 5
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 4
- 229960003624 creatine Drugs 0.000 description 4
- 239000006046 creatine Substances 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- CDDFFMJAOKTPRF-UHFFFAOYSA-M tetrabutylazanium;chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O.CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC CDDFFMJAOKTPRF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 3
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical class [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 gas chromatography Chemical class 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910000873 Beta-alumina solid electrolyte Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 2
- 102000010909 Monoamine Oxidase Human genes 0.000 description 2
- 108010062431 Monoamine oxidase Proteins 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013351 cheese Nutrition 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-N peroxysulfuric acid Chemical compound OOS(O)(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ILQGHVXNYGLZSR-UHFFFAOYSA-N 2-thiophen-3-ylthiophene Chemical compound C1=CSC(C2=CSC=C2)=C1 ILQGHVXNYGLZSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000099147 Ananas comosus Species 0.000 description 1
- 235000007119 Ananas comosus Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004057 DFT-B3LYP calculation Methods 0.000 description 1
- 102000008100 Human Serum Albumin Human genes 0.000 description 1
- 108091006905 Human Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 206010020772 Hypertension Diseases 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 240000008790 Musa x paradisiaca Species 0.000 description 1
- 244000025272 Persea americana Species 0.000 description 1
- 235000008673 Persea americana Nutrition 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000000935 antidepressant agent Substances 0.000 description 1
- 229940005513 antidepressants Drugs 0.000 description 1
- 229940082992 antihypertensives mao inhibitors Drugs 0.000 description 1
- 235000021015 bananas Nutrition 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000004850 capillary HPLC Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002081 enamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 235000019688 fish Nutrition 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001631 hypertensive effect Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002899 monoamine oxidase inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 235000021110 pickles Nutrition 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 235000020991 processed meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000003077 quantum chemistry computational method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000002520 smart material Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(6+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+6].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013618 yogurt Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest polimer wdrukowany molekularnie, MIP, osadzony na elektrodzie w postaci warstwy, zastosowanej jako jednostka rozpoznająca w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego oznaczania tyraminy. MIP ten charakteryzuje się tym, że stanowi go polimer wytworzony z zastosowaniem tyraminy jako szablonu. Zawiera on kwas 2,2'-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2'-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomery funkcyjne oraz 2,3'-bitiofen jako monomer sieciujący i/lub sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (dostarczająca wewnętrzny przeciwjon). Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób otrzymywania molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) rozpoznającego tyraminę, metodą wdrukowania molekularnego, w postaci warstwy, jak również zastosowanie tej warstwy jako jednostki rozpoznającej analit, w tym tyraminę, w selektywnym chemoczujniku do elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zarówno w próbkach syntetycznych jak i biologicznych, w obecności próbnika redoks, soli lipofilowego anionu lub w ich nieobecności w przypadku warstwy zawierającej sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest polimer wdrukowany molekularnie przygotowany w postaci warstwy, do oznaczania tyraminy, sposób otrzymywania tego polimeru i jego zastosowanie w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zwłaszcza tyraminy.
Tyramina 1 (fig. 1a) jest to pierwszorzędowa amina powszechnie występująca w przyrodzie. Organizmy żywe wytwarzają ją jako produkt dekarboksylacji tryptofanu. Jednakże jest ona szybko rozkładana przez enzym - oksydazę monoaminową (MAO). Tyramina występuje w produktach spożywczych, które poddaje się fermentacji lub wędzeniu i w produktach łatwo psujących się, np. w serach, jogurtach, marynatach, przetworach mięsnych i rybnych oraz w owocach takich jak banany, awokado, ananasy itp. Spożywanie większej ilości produktów zawierających tyraminę przez pacjentów zażywających inhibitory MAO lub leki przeciwdepresyjne może doprowadzić do tzw. „efektu serowego”, tj. silnych, niebezpiecznych przełomów nadciśnieniowych (Sathyanarayana Rao T.S., Yeragani V.K., Indian J. Psychiatry 2009, 51, 65-66). Nagromadzenie tyraminy w organizmie pacjentów prowadzi także do podwyższenia ciśnienia tętniczego (Blob L.F., Sharoky M., Campbell B.J., Kemper E.M, Gilmor M.G., VanDenberg C.M., Azzaro A.J., CNS Spectrums 2007, 12, 25-34). Większe ilości tyraminy powstają podczas fermentacji i rozkładu materiału biologicznego, co czyni ją doskonałym wskaźnikiem pozwalającym określić, jak świeża jest żywność, zwłaszcza mięso, ryby i ich przetwory (Jorgensen L.V., Huss H.H., Dalgaard P., J. Appl. Microbiol. 2000, 89, 920-934). Kontrola jakości tej żywności ma ogromne znaczenie zarówno w przemyśle spożywczym, np. przetwórstwie ryb, jak i ochronie zdrowia publicznego będącego w zakresie obowiązków takich instytucji jak Państwowa Inspekcja Sanitarna czy Inspekcja Weterynaryjna.
Stosowane dotychczas metody oznaczania ww. amin, np. chromatografia gazowa, elektroforeza kapilarna, lub wysokosprawna chromatografia cieczowa, są kosztowne i wymagają wstępnego, dość skomplikowanego i czasochłonnego przygotowywania próbek.
Polimery wdrukowane molekularnie (ang. molecularly imprinted polymers, MIPs) stanowią znakomity przykład inteligentnych materiałów naśladujących rozpoznawanie biologiczne. Znalazły one zastosowanie, m.in. jako selektywne warstwy rozpoznające do budowy chemoczujników (Cieplak, M.; Kutner, W., Trends Biotechnol. 2016, 34, 922-941). Chemoczujniki z tymi warstwami rozpoznającymi wykazują parametry analityczne (czułość, selektywność, dolna granica detekcji itd.) niewiele ustępujące biosensorom, ale je przewyższają pod względem prostoty, wykonania i kosztów wytwarzania oraz trwałości i odporności na warunki zewnętrzne, takie jak podwyższona temperatura, kwaśne lub zasadowe środowisko, czy też obecność rozpuszczalników organicznych. Dotychczas podjęto tylko nieliczne próby wdrukowania tyraminy. Była ona wdrukowywana w polimery typu zol-żel (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res Int 2011, 44, 276-281) i polimery akrylowe, lecz nie była wdrukowywana w polimery przewodzące. Polimery wdrukowane tyraminą zastosowano jako złoża do selektywnej ekstrakcji (Lee, J.D.; Hong, J.I., Tetrahedron Lett. 2013, 54, 2890-2893; Lulinski, P.; Sobiech, M.; et al., Talanta 2014, 129, 155-164; Li, Y.; Hsieh, C.H.; et al., Biosens. Bioelectron. 2017, 87, 142-149) i elementy rozpoznające selektywnych czujników elektrochemicznych (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70; Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., FoodRes Int 2011,44, 276-281). Zasada działania ww. czujników polega na pomiarze prądu utleniania tyraminy przy potencjale ~0,70 V vs Ag/AgCI. Jednakże prądy utleniania tyraminy są niewielkie, dlatego czułość tych chemoczujników była niska (Atta, N.F.; Abdel-Mageed, A.M., Talanta 2009, 80, 511-518; Atta, N.F.; Hamed, M.M.; Abdel-Mageed, A.M., Analytica chimica acta 2010, 667, 63-70). Dopiero pokrycie powierzchni elektrody kompozytem nanorurek węglowych i nanocząstek złota doprowadziła do wystarczająco czułego wykrywania i oznaczania tyraminy.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie i wykonanie nowego polimeru, molekularnie wdrukowanego za pomocą tyraminy i jego zastosowanie jako elementu rozpoznającego chemoczujnika do selektywnego elektrochemicznego oznaczania tyraminy (Huang, J.D.; Xing, X.R.; et al., Food Res. Int. 2011, 44, 276-281).
W przypadku elektrochemicznego oznaczania analitów, które są elektronieaktywne, do roztworu badanego dodaje się substancję elektroaktywną, tzw. próbnik redoks, np., heksacyjanożelazian(II) potasu. Najprawdopodobniej wiązanie cząsteczek analitu wewnątrz warstwy MIPu powoduje pęcznienie tego polimeru, a przez to zamyka jego pory (Yoshimi, Y.; Narimatsu, A.; et al., J. Artif. Organs 2009, 12,
264-270). W wyniku tego pęcznienia dyfuzja próbnika redoks przez warstwę MIPu do powierzchni elektrody jest utrudniona, co prowadzi do obniżenia faradajowskiego prądu tego próbnika. Jednakże w przypadku elektrod pokrytych warstwami przewodzących MIPów powyższy mechanizm nie wyjaśnia obserwowanego zachowania tych elektrod. Na przykład widma elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (ang. electrochemical impedance spectroscopy, EIS) zarejestrowane w naszych poprzednich badaniach wskazują, że wiązanie cząsteczek analitu we wdrukowanym politiofenie wcale nie blokuje dyfuzji cząsteczek próbnika redoks do powierzchni elektrody, natomiast zmienia opór przeniesienia ładunku w reakcji elektrodowej (Cieplak, M.; Szwabinska, K.; et al., Selective electrochemical sensing of human serum albumin by semi-covalent molecular imprinting. Biosens. Bioelectron. 2015, 74, 960-966; Huynh, T.P.; Bikram, K.C.C.; et al., Bioelectrochemistry 2013, 93, 37-45). Dlatego w poprzednim zgłoszeniu patentowym Twórców niniejszego wynalazku (P.422855) ujawniono samoraportującą warstwę MIPu ze skopolimeryzowaną wewnątrz warstwy pochodną ferrocenu. Zmiany elektrochemicznych właściwości warstwy MIPu w wyniku wiązania analitu powodowały spadek prądu utleniania podstawników ferrocenowych związanych wewnątrz tej warstwy. Kluczowym dla tego wynalazku było unieruchomienie odpowiednich przeciwjonów wewnątrz warstwy MIPu tak, aby mogły one zobojętnić dodatni ładunek powstający podczas utleniania podstawników ferrocenowych.
W obecnym wynalazku przedstawiono samoraportujący polimer wdrukowany molekularnie tyraminą, który nie zawiera dodatkowych raportujących grup redoks unieruchomionych wewnątrz warstwy MIPu, natomiast rolę wewnętrznego próbnika redoks spełnia sam szkielet elektroaktywnego polimeru, tzn. łańcuchy politiofenu. Znane są tylko nieliczne przykłady wdrukowanego polipirolu o właściwościach samoraportującego polimeru (Liang, H.J.; Ling, T.R.; et al., Anal. Chim. Acta 2005, 542, 83-89; Schweiger, B.; Kim, J.; et al., Sensors 2015, 15, 4870-4889; Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). Jednakże do osadzenia warstw MIPów zastosowano tylko pirol bez dodatku monomerów funkcyjnych zdolnych do selektywnego wiązania cząsteczek szablonu. Dlatego czułość i selektywność względem substancji przeszkadzających tych czujników nie była wysoka. Tylko w jednym przypadku wykazano zadowalającą enancjoselektywność chemoczujnika (Ou, S.H.; Pan, L.S.; et al., Biosens. Bioelectron. 2018, 105, 143-150). W pozostałych przykładach selektywność warstw MIPu nie była sprawdzona. Ponadto w oznaczeniach analitów stosowano chronoamperometrię z nałożonymi kilkusekundowymi pulsami potencjałowymi i mierzono natężenie prądu na początku każdego pulsu. Zastosowanie tej techniki przetwarzania sygnału detekcji sprawiało, że w chwili pomiaru układ był daleki od stanu równowagi, tzn. sygnał prądowy znacznie zmieniał się w czasie, stąd odchylenie standardowe mierzonego sygnału było wysokie.
Polimer wdrukowany molekularnie, MIP, w postaci warstwy, zastosowany jako jednostka rozpoznająca w selektywnym chemoczujniku do elektrochemicznego oznaczania tyraminy, charakteryzuje się tym, że stanowi go polimer wytworzony z zastosowaniem tyraminy jako szablonu, zawierający kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny oraz 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący.
Korzystnie, polimer wdrukowany molekularnie, MIP, stanowi samoraportujący polimer, który dodatkowo zawiera sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego, która dostarcza wewnętrzny przeciwjon.
W przypadku otrzymywania molekularnie wdrukowanego polimeru samoraportującego, MIPu, selektywnie rozpoznającego tyraminę, metodą wdrukowania molekularnego, w postaci warstwy, sposób jego przygotowywania charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy, w których (a) otrzymuje się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy jako monomer funkcyjny, p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny i 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący, w stosunku molowym szablonu do każdego z monomerów w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 2 : 1 : 10, w acetonitrylu, w obecności 0,1 M chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego jako elektrolitu podstawowego, (b) osadza się warstwę z etapu (a) na powierzchni elektrody, korzystnie dyskowej elektrody platynowej, za pomocą elektropolimeryzacji, a następnie (c) usuwa się szablon tyraminy z osadzonej warstwy MIPu za pomocą 0,1 M NaOH w temperaturze 20 ± 1°C.
Korzystnie, w etapie (b) osadza się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablon w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI, korzystnie od 0 do 1,40 V vs Ag/AgCI, z szybkością zmiany potencjału od 5 do 500 mV/s, korzystnie 50 mV/s, lub w warunkach potencjostatycznych w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI.
Korzystnie, w etapie (a) otrzymuje się warstwę MIPu z molekularnie wdrukowaną tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy jako monomer funkcyjny, p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny, 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący oraz sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego jako wewnętrzny przeciwjon, w stosunku molowym szablonu do kwasu tiofeno-2-metylosulfowego w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 7 w acetonitrylu, w 0,1 M chloranie(VII) tetrabutyloamoniowym jako elektrolicie podstawowym.
Korzystnie, osadzanie warstw MIPów w etapie (b) prowadzi się z zastosowaniem 1 do 1000 cykli prądowo-potencjałowych, korzystnie w 2 cyklach.
Korzystnie, usuwanie szablonu w etapie (c) prowadzi się od 10 minut do 10 godzin, korzystnie przez 1 godzinę.
Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie molekularnie wdrukowanego polimeru, MIPu, w postaci warstwy według wynalazku, jako jednostki rozpoznającej analit, w tym tyraminę, w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zarówno w próbkach syntetycznych, jak i biologicznych, w warunkach pomiarów elektrochemicznych. Pomiary elektrochemiczne można przeprowadzać wówczas w obecności w roztworze badanym próbnika redoks, korzystnie K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6], w obecności w roztworze badanym soli lipofilowego anionu, korzystnie NH4SCN, lub w nieobecności w roztworze badanym próbnika redoks ani soli lipofilowego anionu.
Wspomniany wyżej molekularnie wdrukowany polimer został przygotowany w następujący sposób. Do osadzania polimeru zastosowano tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomery funkcyjne oraz 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący. Elektroda pokryta warstwą tak przygotowanego MIPu została zastosowana do elektrochemicznych oznaczeń tyraminy w roztworze badanym w obecności próbnika redoks, tj. K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] lub soli lipofilowego anionu.
W przypadku polimeru samoraportującego, procedura jego wytwarzania jest taka sama jak ta opisana powyżej z tą różnicą, że w Etapie (a) dodaje się sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (dostarczająca wewnętrzny przeciwjon) do roztworu do polimeryzacji w stosunku molowym do szablonu od 1 : 100 do 100 : 1, korzystnie 7 : 1. Zastosowanie warstwy tego samoraportującego MIPu umożliwia elektrochemiczne oznaczanie analitów elektronieaktywnych bez konieczności dodawania do roztworu badanego ani próbnika redoks, ani soli dostarczających lipofilowe aniony.
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, których opisy są przedstawione poniżej.
Fig. 1. (a) Wzory strukturalne tyraminy 1, kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego 2, p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 3 i 2,3’-bitiofenu 4, (b) proponowany wzór strukturalny kompleksu tyraminy z trzema cząsteczkami kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego i (c) struktura ww. kompleksu zoptymalizowana za pomocą teorii funkcjonału gęstości (ang. density functional theory, DFT) z bazą B3LYP/6-31g(d) w temperaturze 25°C, w acetonitrylu.
Fig. 2. (a) Krzywa potencjodynamiczna zarejestrowana podczas osadzania warstwy MIPu z roztworu 50 μM tyraminy, 100 μM kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego 2, 50 μM p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 3, 500 μM 2,3’-bitiofenu 4 i 100 mM chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego w acetonitrylu. W trakcie osadzania wykonano dwa cykle prądowo-potencjałowe w zakresie od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. (b) Zmiany sygnału DPV dla 0,1 M K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] (próbnika redoks) w roztworze soli fizjologicznej buforowanej 0,1 M fosforanami, (ang. phosphate buffer saline, PBS) (pH = 7,4), zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej pokrytej warstwą MIPu (1) przed ekstrakcją szablonu (tyraminy) oraz po (2) 10 min, (3) 1 h i (4) 2 h 50 min ekstrakcji w 0,1 M NaOH.
Fig. 3. (a) Zmiany sygnału DPV zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej pokrytej warstwą MIPu (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie po dodaniu do roztworu badanego tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,49, (4) 1,04, (5) 1,76 i (6) 2,64 mM. (b) Krzywe kalibracyjne DPV, skonstruowane dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą (1 - 4) MIPu lub (5) NIPu dla (1, 5) tyraminy, (2) glukozy, (3) mocznika i (4) kreatyny w 0,1 M PBS (pH = 7,4) w obecności K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] jako zewnętrznego próbnika redoks.
Fig. 4. (a) Zmiany sygnału EIS zarejestrowane za pomocą platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,49, (4) 1,04, (5) 1,76 i (6) 2,64 mM. (b) Krzywe kalibracyjne EIS, skonstruowane dla tej elektrody dla (1) tyraminy, (2) glukozy, (3) mocznika i (4) kreatyny w 0,1 M PBS (pH = 7,4) w obecności K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] jako zewnętrznego próbnika redoks.
Fig. 5. (a) Zmiany sygnału DPV dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,29, (3) 0,58, (4) 0,87, (5) 1,16, (6) 1,46 i (7) 1,74 mM oraz (b) krzywa kalibracyjna DPV, skonstruowana przy potencjale równym 1,20 V vs Ag/AgCI dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą MIPu dla tyraminy w 0,1 M PBS (pH = 7,4) z zastosowaniem NH4SCN jako zewnętrznego przeciwjonu.
Fig. 6. Krzywa potencjodynamiczna zarejestrowana podczas osadzania warstwy MIPu; z roztworu 50 μΜ tyraminy, 100 μΜ kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego, 50 μΜ p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6, 175 mM soli sodowej kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego, 500 μΜ 2,3’-bitiofenu i 100 mM chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego w acetonitrylu. W trakcie osadzania wykonano dwa cykle prądowo-potencjałowe w zakresie od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s.
Fig. 7. (a) Zmiany sygnału DPV dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu z wewnętrznym przeciwjonem zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o stężeniu (2) 0,05, (3) 0,15, (4) 0,29, (5) 0,49, (6) 0,74, (7) 1,04, (8) 1,38, (9) 1,78, (10) 2,22 i (11) 2,71 mM oraz (b) krzywa kalibracyjna DPV, skonstruowana dla dyskowej elektrody platynowej pokrytej warstwą MIPu dla tyraminy, w 0,1 M PBS (pH = 7,4).
Fig. 8. (a) Zmiany sygnału EIS dla platynowej elektrody dyskowej, pokrytej warstwą MIPu z wewnętrznym przeciwjonem zarejestrowane (1) po ekstrakcji szablonu - tyraminy - za pomocą 0,1 M NaOH, a następnie w obecności tyraminy o (2) 0,05, (3) 0,15, (4) 0,29 (5), 0,49, (6) 0,74, (7) 1,04, (8) 1,38, (9) 1,78, (10) 2,22 i (11) 2,71 mM oraz (b) krzywe kalibracyjne EIS, skonstruowane dla tej elektrody dla (1) tyraminy, w 0,1 M PBS (pH = 7,4).
Korzystne przykłady wykonania wynalazku
Aby osiągnąć cel niniejszego wynalazku, w poniższych trzech przykładach wykonania zrealizowano następujące zadania badawcze:
- Zoptymalizowano struktury molekularne kompleksów pre-polimeryzacyjnych za pomocą komputerowego modelowania kwantowo-chemicznego z zastosowaniem teorii funkcjonału gęstości (ang. density functional theory, DFT) (Figura 1c).
- Przygotowano warstwę MIPu za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej.
- Wytworzono chemoczujnik do selektywnego oznaczania tyraminy i wyznaczono jego parametry analityczne, prowadząc pomiary w obecności zewnętrznego próbnika redoks lub soli dostarczającej aniony lipofilowe.
- Osadzono warstwę samoraportującego MIPu z wbudowanym przeciwjonem.
- Zastosowano elektrody pokryte warstwą samoraportującego MIPu do wytworzenia chemoczujnika do selektywnego oznaczania tyraminy i wyznaczono jego parametry analityczne prowadząc oznaczenia w nieobecności zewnętrznego próbnika redoks i soli dostarczającej aniony lipofilowe.
Odczynniki i reagenty
Wszystkie zastosowane odczynniki chemiczne i rozpuszczalniki zakupiono w Sigma-Aldrich, z wyjątkiem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego zakupionego w firmie Enamine.
Przykład 1
Wybór odpowiednich monomerów funkcyjnych i oszacowanie trwałości wytworzonych przez nie kompleksów pre-polimeryzacyjnych z tyraminą
W cząsteczce tyraminy 1 (Figura 1 a), jak i w cząsteczkach wybranych monomerów funkcyjnych (Figura 3b i c), występują ugrupowania atomów zdolne do tworzenia wiązań wodorowych lub oddziaływań elektrostatycznych i supramolekularnych. Proponowane oddziaływania w kompleksie szablonu z trzema cząsteczkami monomerów funkcyjnych są przedstawione za pomocą wzoru strukturalnego na Figurze 3b. Proponowaną strukturę kompleksu prepolimeryzacyjnego potwierdziły nasze obliczenia kwantowo-chemiczne. Obliczenia te wykazały wysoki ujemny przyrost entalpii swobodnej tworzenia ww. kompleksu (AG = -222 kJ/mol), co wskazuje, że wytworzony kompleks jest trwały, a jego struktura nie powinna ulegać zmianom podczas elektropolimeryzacji prowadzącej do osadzenia warstwy MIPu na elektrodzie. Zoptymalizowana za pomocą DFT struktura tego kompleksu jest przedstawiona na Figurze 1c.
Wytwarzanie molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) i jego osadzanie w postaci cienkiej warstwy na powierzchni elektrody
Warstwy MIPu przygotowano i osadzono na platynowych elektroda ch dyskowych o średnicy 0,75 mm za pomocą elektropolimeryzacji, w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI. Wykonano 2 cykle prądowo-potencjałowe z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. Zarejestrowane w trakcie elektropolimeryzacji zależności prądu od potencjału przedstawione są na Figurze 2a. Acetonitrylowy roztwór do elektropolimeryzacji był 50-μM wzglądem tyraminy (szablonu), 100-μM względem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego (monomeru funkcyjnego), 50-μM względem p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 (monomeru funkcyjnego), 500-μM względem 2,3’-bitiofenu (monomeru sieciującego) i 100-mM względem chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego (elektrolitu podstawowego). Przed elektropolimeryzacją elektrodę oczyszc zono za pomocą roztworu „piranii” (roztwór kwasu nadtlenosiarkowego), a następnie wypolerowano za pomocą β-aluminy o średnicy ziarna 0,05 μM, do uzyskania lustrzanej powierzchni.
Po elektropolimeryzacji z warstwy MIPu usunięto szablon (tyraminę). W tym celu elektrodę pokrytą warstwą MIPu zanurzono na 60 min w 0,1 M NaOH, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C.
Przykład 2
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, EIS, w obecności próbnika redoks, K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6, w roztworze badanym
Pomiary DPV i EIS wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono z zastosowaniem 0,1 M K3[Fe(CN)s] i 0,1 M K4[Fe(CN)s] (próbnika redoks) w 0,1 M PBS (pH = 7,4).
W pomiarach DPV potencjał zmieniano w zakresie od 0 do 0,60 V vs Ag/AgCl co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV.
W pomiarach DPV zmiany prądu piku były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze w zakresie od 0,29 do 2,64 mM (Figura 3b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,0 - /dpv,s) [μΆ] = 3,47 (±1,54) [μΆ] + 10,39 (±1,02) c [μΆ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed i po dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,9859, a granica wykrywalności 0,44 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/N = 3. Współczynniki selektywności względem glukozy, mocznika i kreatyny wynosiły, odpowiednio, 28,8, 8,56 i 150, zaś pozorny współczynnik wdrukowania był równy, IF = 7,47 (Fig. 3b).
W pomiarach EIS, zmiany oporu przeniesienia ładunku, Rct, były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze w zakresie od 0,29 do 2,64 mM (Figurze 4b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (Rct,o - Rct,s) [kΩ] = -1,36 [kΩ] χ 103 (±8,53 χ 102) + 6,59 χ 103 (±5,63 χ 102) c [kΩ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (Rct,o - Rct,s) to zmiana oporu przeniesienia ładunku dla wyekstrahowanej z tyraminy warstwy MIPu, odpowiednio, przed i po dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej do roztworu badanego. Współczynnik korelacji wynosił 0,9892, a granica wykrywalności 0,39 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3. Współczynniki selektywności względem glukozy, mocznika i kreatyny wynosiły, odpowiednio, 4,16, 19,4 i 18,6. Wyznaczenie pozornego współczynnika wdrukowania nie było możliwe, gdyż krzywe EIS zarejestrowane dla elektrody pokrytej warstwą NIP (dane nie prezentowane) mają inny przebieg niż dla warstwy MIPu. Sugeruje to, że elektroutlenianie próbnika redoks na elektrodzie pokrytej warstwą NIPu jest inne niż MIPu, a przez to uzyskane dane są trudne do porównania.
Wyznaczone parametry analityczne wytworzonego chemoczujnika MIP wskazują, że monomery funkcyjne i ich stężenie w roztworze do polimeryzacji zostały dobrane właściwie. Dzięki temu wdrukowanie molekularne tyraminy było skuteczne.
Po zakończeniu oznaczania tyraminy elektrodę zanurzono w 0,1 M NaOH na 20 do 60 min, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, w celu tak dokładnego wyekstrahowania analitu, aby mierzony pik DPV osiągnął stałą maksymalną wartość ~40 μΆ.
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, w obecności w roztworze soli dostarczającej lipofilowy przeciwjon, NH4SCN
Pomiary DPV wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono stosując 0,1 M NH4SCN (sól dostarczającą lipofilowy przeciwjon) w PBS (pH = 7,4). W pomiarach tych potencjał zmieniano w zakresie od 0,2 do 1,00 V co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV.
W pomiarach DPV, względne zmiany prądu piku przy potencjale równym 1,20 V vs Ag/AgCI były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie od 0,29 do 1,45 mM (Figura 5b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,o - /dpv,s) [μA]= -13,51 (±5,68) [μA] + 37,08 (±5,91) c [μA/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MlPu, odpowiednio, przed (/dpv,o) i po (/dpv,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej do roztworu badanego. Współczynnik korelacji wynosił 0,9639, a granica wykrywalności 0,46 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.
Przykład 3
Wytwarzanie samoraportującego molekularnie wdrukowanego polimeru (MIPu) i jego osadzanie w postaci cienkiej warstwy na powierzchni elektrody
Warstwy MIPu przygotowano i osadzano na platynowych elektrodach dyskowych o średnicy 0,75 mm za pomocą elektropolimeryzacji w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od 0 do 1,30 V vs Ag/AgCI. Wykonano 2 cykle prądowo-potencjałowe z szybkością zmiany potencjału 50 mV/s. Zarejestrowane w trakcie elektropolimeryzacji zależności prądu od potencjału przedstawione są na Figurze 6. Acetonitrylowy roztwór do elektropolimeryzacji był 25-μM względem tyraminy (szablonu), 50-μM względem kwasu 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowego (monomeru funkcyjnego), 25-μM względem p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-korony-6 (monomeru funkcyjnego), 500-μM względem 2,3’-bitiofenu (monomeru sieciującego), 175-mM względem soli sodowej kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego (wewnętrzny przeciwjon) i 100-mM względem chloranu(VII) tetrabutyloamoniowego (elektrolitu podstawowego). Przed elektropolimeryzacją elektroda była oczyszczona za pomocą roztworu „piranii” (roztwór kwasu nadtlenosiarkowego), a następnie wypolerowana za pomocą β-aluminy, o średnicy ziarna 0,05 μM, do uzyskania lustrzanej powierzchni.
Po elektropolimeryzacji usunięto z warstwy MIPu szablon (tyraminę). W tym celu elektrodę pokrytą warstwą MIPu zanurzono na 60 min w 0,1 M NaOH, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C.
Pośrednie oznaczanie tyraminy za pomocą chemoczujnika MIP w warunkach stacjonarnych z zastosowaniem różnicowej woltamperometrii pulsowej, DPV, lub elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, EIS, i samoraportującej warstwy MIPu
Pomiary DPV i EIS wykonano w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, z zastosowaniem elektrochemicznego szklanego trójszyjnego mininaczynka, w kształcie litery V, o pojemności ~2,0 mL. Pomiary przeprowadzono w 0,1 M PBS (pH = 7,4).
W pomiarach DPV potencjał zmieniano w zakresie od 0,6 do 1,30 V co 5 mV. Amplituda 50-ms pulsów potencjału wynosiła 25 mV. W tych pomiarach względne zmiany prądu piku były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie stężeń od 0,05 do 1,78 mM (Figura 7b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (/dpv,o - /dpv,s) = 0,808 (±2,03 χ 10-2) - 0,238 (±2,16 χ 10-2) ctyramina mM-1, gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (/dpv,o - /dpv,s) to zmiana prądu piku DPV dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed (/dpv,o) i po (/dpv,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,976, a granica wykrywalności 0,26 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.
W pomiarach EIS, zmiany oporu przeniesienia ładunku, R ct, były proporcjonalne do zmian stężenia tyraminy w roztworze badanym w zakresie od 0,05 do 2,71 mM (Figura 8b), a równanie regresji liniowej opisujące tę zależność ma postać (RCt,o - RCt,s) [kΩ] = 6,35 (±5,16) [kΩ] + 54,3 (±3,89) Ctyraminy [kΩ/mM], gdzie c oznacza stężenie tyraminy w roztworze, a (RCt,o - RCt,s) to zmiana oporu przeniesienia ładunku dla wyekstrahowanej warstwy MIPu, odpowiednio, przed (RCt,o) i po (RCt,s) dodaniu analitu lub substancji przeszkadzającej. Współczynnik korelacji wynosił 0,9777, a granica wykrywalności była równa 0,29 mM, przy stosunku sygnału do szumu, S/ N = 3.
Po zakończonym pomiarze elektrodę zanurzono w 0,1 M NaOH na 20 do 60 min, w temperaturze pokojowej, (20 ± 1)°C, w celu tak dokładnego wyekstrahowania analitu, aby mierzony prąd piku DPV osiągnął stałą maksymalną wartość.
Wnioski
Wyniki komputerowego modelowania kwantowo-chemicznego wykazały, że kompleks pre-polimeryzacyjny tyraminy z wybranymi monomerami funkcyjnym jest trwały. Wskazuje na to wysoki ujemny przyrost entalpii swobodnej towarzyszący tworzeniu tego kompleksu.
Elektropolimeryzacja potencjodynamiczna okazała się bardzo dogodna do osadzenia warstwy MIPu z wdrukowanym szablonem - tyraminą. Wytworzony chemoczujnik MIP umożliwił selektywne oznaczanie analitu (tyraminy) w zakresie stężeń od 0,29 do 2,64 mM z zastosowaniem DPV i EIS w obecności w roztworze badanym zewnętrznego próbnika redoks, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] lub soli dostarczającej lipofilowe aniony, NH4SCN.
Ponadto osadzano na powierzchni elektrod samoraportującą warstwę MIPu z wbudowaną solą dostarczającą lipofilowy przeciwjon. Tak wytworzony chemoczujnik MIP umożliwił selektywne oznaczanie analitu (tyraminy) w zakresie stężeń od 0,05 do 2,7 μM z zastosowaniem DPV i EIS w nieobecności zewnętrznego próbnika redoks, K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] ani soli dostarczającej lipofilowe aniony, NH4SCN.
Claims (8)
- Zastrzeżenia patentowe1. Polimer wdrukowany molekularnie, MIP, w postaci warstwy, zastosowany jako jednostka rozpoznająca w selektywnym chemoczujniku do elektrochemicznego oznaczania tyraminy, znamienny tym, że stanowi go polimer wytworzony z zastosowaniem tyraminy jako szablonu, zawierający kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy i p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny oraz 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący.
- 2. Polimer według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego jako dostarczającą wewnętrzny przeciwjon.
- 3. Sposób otrzymywania molekularnie wdrukowanego polimeru, MIP, selektywnie rozpoznającego tyraminę określonego w zastrzeżeniu 1 albo 2, metodą wdrukowania molekularnego, w postaci warstwy, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy, w których (a) otrzymuje się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy będący monomerem funkcyjnym, p-bis (2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 będący monomerem funkcyjnym oraz 2,3’-bitiofen będący monomerem sieciującym, w stosunku molowym szablonu do każdego z monomerów w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 2 : 1 : 10, w 0,1 M chloranie(VII) tetrabutyloamoniowym jako elektrolicie podstawowym, w acetonitrylu, (b) osadza się warstwę z etapu (a) na powierzchni elektrody, korzystnie dyskowej elektrody platynowej, za pomocą elektropolimeryzacji, a następnie (c) usuwa się szablon tyraminę z osadzonej warstwy MIPu za pomocą 0,1 M NaOH w temperaturze 20 ± 1°C.
- 4. Sposób według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że w etapie (b) osadza się warstwę MIPu z wdrukowaną molekularnie tyraminą jako szablonem w warunkach potencjodynamicznych, w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI, korzystnie od 0 do 1,40 V vs Ag/AgCI, z szybkością zmiany potencjału od 5 do 500 mV/s, korzystnie 50 mV/s, lub w warunkach potencjostatycznych w zakresie potencjałów od -2,0 V do 2,0 V vs Ag/AgCI.
- 5. Sposób według zastrzeżenia 3 albo 4, znamienny tym, że w etapie (a) otrzymuje się warstwę MIPu z molekularnie wdrukowaną tyraminą jako szablonem, z użyciem roztworu do elektropolimeryzacji, zawierającego tyraminę jako szablon, kwas 2,2’-bitiofeno-5-karboksylowy jako monomer funkcyjny, p-bis(2,2’-bitien-5-ylo)metylobenzo-18-koronę-6 jako monomer funkcyjny, 2,3’-bitiofen jako monomer sieciujący i sól sodową kwasu tiofeno-2-metylosulfonowego dostarczającą wewnętrzny przeciwjon, w stosunku molowym szablonu do kwasu tiofeno-2-metylosulfowego w zakresie od 1 : 1 do 1 : 100, korzystnie 1 : 7, w 0,1 M chloranie(VII) tetrabutyloamoniowym jako elektrolicie podstawowym, w acetonitrylu.PL 242085 Β1
- 6. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 3 do 5, znamienny tym, że osadzanie warstw MIPów w etapie (b) prowadzi się stosując 1 do 1000 cykli prądowo-potencjałowych, korzystnie w 2 cyklach.
- 7. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 3 do 6, znamienny tym, że usuwanie szablonu w etapie (c) prowadzi się od 10 minut do 10 godzin, korzystnie przez 1 godzinę.
- 8. Zastosowanie molekularnie wdrukowanego polimeru, MIP, w postaci warstwy określonego w zastrzeżeniu 1 albo 2, jako jednostki rozpoznającej analit, w tym tyraminę, w chemoczujniku do selektywnego elektrochemicznego wykrywania i/lub oznaczania analitów, zarówno w próbkach syntetycznych, jak i biologicznych, w warunkach pomiarów elektrochemicznych.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (pl) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Polimer wdrukowany molekularnie w postaci warstwy do oznaczania tyraminy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (pl) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Polimer wdrukowany molekularnie w postaci warstwy do oznaczania tyraminy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL427041A1 PL427041A1 (pl) | 2020-03-23 |
| PL242085B1 true PL242085B1 (pl) | 2023-01-16 |
Family
ID=69888905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL427041A PL242085B1 (pl) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Polimer wdrukowany molekularnie w postaci warstwy do oznaczania tyraminy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242085B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL446331A1 (pl) * | 2023-10-10 | 2025-04-14 | Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | Elastyczna elektroda pokryta warstwą polimeru wdrukowanego molekularnie do selektywnego oznaczania metronizadolu, sposób otrzymywania elastycznej elektrody oraz jej zastosowanie |
-
2018
- 2018-09-17 PL PL427041A patent/PL242085B1/pl unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL446331A1 (pl) * | 2023-10-10 | 2025-04-14 | Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | Elastyczna elektroda pokryta warstwą polimeru wdrukowanego molekularnie do selektywnego oznaczania metronizadolu, sposób otrzymywania elastycznej elektrody oraz jej zastosowanie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL427041A1 (pl) | 2020-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dervisevic et al. | Novel electrochemical xanthine biosensor based on chitosan–polypyrrole–gold nanoparticles hybrid bio-nanocomposite platform | |
| Yang et al. | Molecularly imprinted polymer-decorated signal on-off ratiometric electrochemical sensor for selective and robust dopamine detection | |
| Yazdanparast et al. | Enzyme-based ultrasensitive electrochemical biosensor using poly (l-aspartic acid)/MWCNT bio-nanocomposite for xanthine detection: A meat freshness marker | |
| Ayerdurai et al. | Electrochemical sensor for selective tyramine determination, amplified by a molecularly imprinted polymer film | |
| Bagheryan et al. | Diazonium-based impedimetric aptasensor for the rapid label-free detection of Salmonella typhimurium in food sample | |
| Aghaei et al. | A novel capacitive biosensor for cholesterol assay that uses an electropolymerized molecularly imprinted polymer | |
| Li et al. | A sensitive and selective sensor for dopamine determination based on a molecularly imprinted electropolymer of o-aminophenol | |
| Pietrzyk et al. | Selective histamine piezoelectric chemosensor using a recognition film of the molecularly imprinted polymer of bis (bithiophene) derivatives | |
| Wang et al. | Au-nanoclusters incorporated 3-amino-5-mercapto-1, 2, 4-triazole film modified electrode for the simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, uric acid and nitrite | |
| Gökçe et al. | Aptamer-modified pencil graphite electrodes for the impedimetric determination of ochratoxin A | |
| Cobb et al. | Enhancing square wave voltammetry measurements via electrochemical analysis of the non-faradaic potential window | |
| Rahman et al. | A performance comparison of choline biosensors: anodic or cathodic detections of H2O2 generated by enzyme immobilized on a conducting polymer | |
| Nezhadali et al. | Determination of benzimidazole in biological model samples using electropolymerized-molecularly imprinted polypyrrole modified pencil graphite sensor | |
| Zanganeh et al. | Polypyrrole-modified electrodes with induced recognition sites for potentiometric and voltammetric detection of copper (II) ion | |
| Taei et al. | Simultaneous determination of cysteine, uric acid and tyrosine using Au-nanoparticles/poly (E)-4-(p-tolyldiazenyl) benzene-1, 2, 3-triol film modified glassy carbon electrode | |
| Dervisevic et al. | Novel impedimetric dopamine biosensor based on boronic acid functional polythiophene modified electrodes | |
| Kiss et al. | Electropolymerized molecular imprinting on glassy carbon electrode for voltammetric detection of dopamine in biological samples | |
| Li et al. | A selective novel non-enzyme glucose amperometric biosensor based on lectin–sugar binding on thionine modified electrode | |
| Wojnarowicz et al. | An electropolymerized molecularly imprinted polymer for selective carnosine sensing with impedimetric capacity | |
| Wei et al. | Molecularly imprinted electrochemical sensor for the determination of ampicillin based on a gold nanoparticle and multiwalled carbon nanotube‐coated pt electrode | |
| Pellicer et al. | Using a portable device based on a screen-printed sensor modified with a molecularly imprinted polymer for the determination of the insecticide fenitrothion in forest samples | |
| Saksena et al. | Chiral analysis of ascorbic acid in bovine serum using ultrathin molecular imprinted polyaniline/graphite electrode | |
| Brazys et al. | Molecularly imprinted polypyrrole-based electrochemical melamine sensors | |
| Pilo et al. | Design of amperometric biosensors for the detection of glucose prepared by immobilization of glucose oxidase on conducting (poly) thiophene films | |
| Meng et al. | Anti-fouling materials decorated immunoprobe and electrochemical sensing interface to improve immunoassay |