Устройство для количественной оценки содержания глюкозы в физиологических жидкостях Российский патент 2024 года по МПК G01N1/02 G01N31/22 G01N27/07 G01N27/327 C12M1/42 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к области медицины, а именно к биосенсорным аналитическим устройствам, и может быть использовано для количественной оценки содержания глюкозы в крови, плазме и сыворотке крови.

[03] Уровень техники

[04] Известно устройство для количественной оценки содержания глюкозы, которое представляет собой функционализированный графен на электроде с трафаретной печатью, покрытый золотым напылением и ферментом глюкозоосидазой [Akhtar М.А. et al. Functionalized graphene oxide bridging between enzyme and Au-sputtered screen-printed interface for glucose detection //ACS Applied Nano Materials. - 2019. - T. 2. - №. 3. - C. 1589-1596]. Характерной особенностью рассматриваемого устройства, общей с заявленным изобретением, является амперометрический способ измерения уровня глюкозы с использованием фермента глюкозооксидазы на печатном электроде. Существенным недостатком данного устройства является низкая чувствительность, которая составляет 3,1732 μА⋅дм³/ммоль⋅см².

[05] Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для количественной оценки содержания глюкозы в жидкостях, описанное в патенте РФ на полезную модель RU 218094, 11.05.2023. Устройство содержит графитовый печатный электрод, модифицированный гибридным композитным материалом. В качестве биорас-познающего элемента использован фермент глюкозооксидаза. В качестве гибридного композитного материала используется проводящий полимер на основе терморасширенного графита и электрополимеризованного медиатора нейтрального красного. Устройство позволяет проводить количественную оценку содержания глюкозы в диапазоне от 0,006 до 0,5 мМ (ммоль/дм³) глюкозы, что в ряде случаев является недостаточным.

[06] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является недостаточная чувствительность устройств для оценки содержания глюкозы.

[07] Раскрытие сущности изобретения

[08] Техническим результатом решения является расширение диапазона определяемых концентрацию глюкозы до 0,006-1,0 мМ.

[09] Указанный технический результат достигается в устройстве для количественной оценки содержания глюкозы в физиологических жидкостях, за счет того, что оно содержит графитовый печатный электрод, поверхность которого модифицирована гибридным композитным материалом, имеющим включения биораспознающего элемента в виде глюкозооксидазы. Причем в качестве гибридного композитного материала используется редокс-активный полимер на основе хитозана, ковалентно связанного с медиатором в виде нильского синего.

[010] В частном случае реализации изобретения гибридный композитный материал получают путем смешивания раствора хитозана в уксусной кислоте, глюкозооксидазы, раствора нильского синего и раствора глутарового альдегида, нанесения на поверхность графитового печатного электрода смеси и последующей сушки.

[011] Полимерная основа в виде хитозана, применяемая для иммобилизации фермента глюкозооксидазы создает устойчивое биосовместимое окружение, поддерживающее окислительную активность фермента на высоком уровне. Феназиновый медиатор нильский синий, ковалентно-сшитый с хитозаном, являясь эффективным переносчиком электронов, позволяет преобразовать непроводящую матрицу в проводящий редокс-активный полимер и обеспечивает увеличение чувствительности биосенсора.

[012] Краткое описание чертежей

[013] Изобретение поясняется фигурами, где:

[014] На фигуре 1 схематично показано заявленное устройство,

[015] На фигуре 2 показан разрез устройства,

[016] На фигуре 3 показана градуировочная зависимость устройства,

[017] На фигуре 4 показан линейный участок градуировочной зависимости устройства,

[018] На фигуре 5 показаны типичные виды отклика устройства при добавлении пробы.

[019] Осуществление изобретения

[020] Заявленное устройство включает графитовый печатный электрод (1), рабочая поверхность которого модифицирована (покрыта) гибридным композитным материалом (2), в котором имеются включения биораспознающего элемента (3) в виде фермента глюкозооксидазы. Композитный материал (2) представляет собой редокс-активный полимер на основе хитозана, ковалентно связанного (сшитого) с медиатором, в качестве которого использован нильский синий.

[021] Для получения устройства в пробирке типа Эппендорф смешивают 10 мкл 1-% раствора хитозана в 1% уксусной кислоте, 25 мкл фермента глюкозооксидазы, 5 мкл насыщенного раствора нильского синего, 7,5 мкл 25-% водного раствора глутарового альдегида, перемешивают в течение 2 минут. На рабочую поверхность графитового печатного электрода 1 наносят 3 мкл полученной смеси и оставляют до полного высыхания.

[022] Принцип работы устройства для определения содержания глюкозы в крови заключается в следующем. Для измерения используют потенциостат, измерительную ячейку (кювету) объемом 5 мл, магнитную мешалку и портативный компьютер. Устройство помещают в ячейку, добавляют в нее 5 мл натрий-калий фосфатного буферного раствора (рН 7,4), включают магнитную мешалку и регистрируют фоновый ток в измерительной ячейке. Для регистрации ответа биосенсора предпочтительно использовать потенциостат CS150 (Contest, Китай), подключаемый к графитовым печатным электродам и персональному компьютеру. Затем вводят анализируемую пробу физиологической жидкости. Измерения проводят при комнатной температуре, при рабочем потенциале -500 мВ, что связано с окислительно-восстановительными свойствами гибридного композитного материала. Между измерениями кювету промывают 5 мл натрий-калий фосфатного буферного раствора (рН 7,4). Сигналом графитового печатного электрода является зависимость силы тока (нА) от времени (с). Рассчитывают амплитуду изменения силы тока после введения пробы в измерительную кювету (ответ биосенсора, ΔI, нА). Расчет проводят следующим образом: содержание глюкозы в ячейке определяют с использованием уравнения, описывающего линейный участок градуировочной зависимости (у=1800х+67.5, где х - концентрация глюкозы в ячейке, ммоль/дм³, у - ответ биосенсора, нА), затем определяют содержание глюкозы непосредственно в пробе с учетом разбавления. Пример расчетов приведен в таблице 1. После каждого измерения промывают измерительную кювету фосфатным буферным раствором (рН 7,4) в объеме 5 мл.

[023] Таблица 1

[024] В таблице 2 представлены характеристики ближайшего аналога и заявляемого устройства для количественной оценки содержания глюкозы в крови.

[025] Таблица 2

[026] Таким образом, заявляемое устройство для количественной оценки содержания глюкозы в крови позволяет увеличить чувствительность биосенсора и определять содержание глюкозы в разбавленной крови, плазме или сыворотке в диапазоне 0,006-1,0 мМ. При этом содержание глюкозы в образце может находиться в диапазоне 0,5-45 мМ, т.к. образец при анализе разбавляется минимум в 50 раз). Низкое значение константы Михаэлиса 0,9 мМ указывает на то, что иммобилизованный фермент обладает высоким сродством к глюкозе.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к биосенсорным аналитическим устройствам, и может быть использовано для количественной оценки содержания глюкозы в физиологических жидкостях, в частности в крови, плазме и сыворотке крови. Устройство содержит графитовый печатный электрод, поверхность которого модифицирована гибридным композитным материалом, имеющим включения фермента глюкозооксидазы. При этом в качестве гибридного композитного материала используется редокс-активный полимер на основе хитозана, ковалентно связанного с медиатором в виде нильского синего. Изобретение позволяет расширить диапазон определяемых концентраций глюкозы до 0,006-1,0 мМ. 5 ил. 2 табл.

Устройство для количественной оценки содержания глюкозы в физиологических жидкостях, содержащее графитовый печатный электрод, поверхность которого модифицирована гибридным композитным материалом, имеющим включения биораспознающего элемента в виде глюкозооксидазы, отличающееся тем, что в качестве гибридного композитного материала используется редокс-активный полимер на основе хитозана, ковалентно связанного с медиатором в виде нильского синего.