Химически модифицированный электрод Советский патент 1988 года по МПК G01N27/48 

00 СП

Изобретение относится к электрохимии, а именно к электрохимии химически модифицированных электродов, и может быть использовано для иммобилиза- ции органических веществ на химически модифицированном электроде. Иммобилизацию веществ на электроде производят для придания им специальных свойств (электрокаталитических, фотоэлектрокаталитических и т.п.).

Целью изобретения является увеличение селективности к сульфгидрильным группам с одновременным сохранением электрохимической активности иммоби- лизованного вещества.

Химически модифицированный электрод для иммобилизации органических веществ состоит из электропроводной подложки и слоя органического веще- ства, связанного с ней силановыми группами и имеющего следующую .структуру: т О

I и /nv

Ml-0-si-R-1«н-с-fV Hg ОН - I ,

где М - электропроводная подложка,

R- ()j или (-CH)3-NH-(CHj)

На фиг,1 показана потенциодинамиче ская характеристика электрода, отобранного для контроля си ланизации в соответствии с примером 1; на фиг.2 - потенциодинамическал характеристика электрода, отобранного для контроля ацилирования в соответствии с примером 1J на фиг.З - потенциодинамичес- кая характеристика электродов с иммобилизованным цистеином и 2,3-ди- хлор-1,4-нафтохиноном в соответствии с примером 3; на фиг.4 - потенциоди- намическая характеристика электрода с иммобилизованными глутатионом и 2,3-дихлор-1,4-нафт6хиноном в соот - ве гствии с примером 6; на фиг.З - потенциодинамические. характеристики чистого электрода (А) и .Ft - электрода с иммобилизованным 3-аминопро- пнп-триметоксисиланом (Б) на фоне О,1 М боратного буфера рН 9,18; 50 мВ/с (условия измерения аналогичны условиям получения характеристик, показанных на фиг.1-4).

Пример 1. Химически модифи- цированньй электрод для иммобилизаци органических веществ, состоящий из платиновой подложки и связанного с ней через силановые группы слоя орга

нического вещества следующей структу-, ры: - .

О

1 II /

Pi-0-Si-(CH2)3-NH-CHQ)-HgOH

5

0

5

f

5

5

5

Данный химически модифицированный электрод получают следующим способом.

Платиновые игольчатые электроды (диаметр 0,5 мм, длина 20 мм) вьщер- живают 5 мин в концентрированной азотной кислоте (пл. 1,51 г/см ), от- мьгоают дистиллированной водой и поляризуют 5 мин при потенциале +1,9 В (здесь и далее все потенциалы указаны относительно нормального каломельного электрода) в растворе 0,5 М с помощью трехэлектродной схемы поля- рографа РА-2 (ЧССР), Затем сканируют 10 раз потенциал в диапазоне +1,1- 0,2 В, заканчивают при потенциале +1,1 В с задержкой 30 с и вынимают электроды из электрохимической ячейки под данным потенциалом. Электроды промывают дистиллированной водой и высушивают под вакуумом при 50°С. Полученные при этом платинооксидные электроды кипятят с обратным холодильником 5 мин в 2%-ном растворе. 3-аминопропилтриметоксисилана в абсолютном толуоле. Сипанизированные- электроды отмывают абсолютным толуолом.

Один электрод из серии отбирают на контроль .силанизации и отмьшают его этанолом. Остальные электроды нагревают 25 мин при в О,1 М растворе п хлормеркурбензоилхлорида в абсолютном пиридине. Затем электроды отмывают последовательно абсолютным пиридином, абсолютным толуолом и этанолом. Один электрод из серий отбирают на контроль ацилирования, остальные электроды готовы к использованию. Отобранные на контроль электроды выдерживают 2ч в 5-10 М растворе 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона в этаноле, отмывают последовательно этанолом и водой и регистрируют их потенциодинамические характеристики на фоне 0,1 М водного боратного буферного раствора с рН 9,18 в диапазоне потенциалов 0-0,7 В. Силанизацию количественно контролируют по пикам окисления-восстановления иммобилизованного на аминосилане хинона (фиг. 1) :

Pil-O Si-lCH)3-NH Cl

Протекание ацилирования аминосилана контролируют по отсутствию таких пиков на потенциодинамической харак- |Теристике электрода (фиг,2). Наличие небольших остаточных пиков связано с неполным ацилированием аминосилана

jo 15

135114

и иммобилизацией хинона на оставшихся аминогруппах,

Постадийный контроль химической е модификации электрода вместе с приведенными в последуюпшх примерах испытаниями его функциональных характеристик позволяет приписать органичес- кому слою определенную структуру и

является обязательным этапом синтеза, П р и м е р 2. Химически модифицированный электрод для иммобилизации органических веществ, отличающийся от примера 1 следукмцей структурой органического слоя:

Изобретение относится к электрохимии химически модифицированных электродов для иммобилизации органических веществ. Цель - увеличение селективности к сульфгидрильным группам с одновременным сохранением электрохимической активности иммобилизованного вещества. В качестве подложки используют органическое вещество еле- дующей структуры: О Ml-O-Sl-R-T H-C - V-HgOH I где R - радикал, пред- ставлягаций собой ()s- или (-СНг-)з-Ш-(-СН)-группы. 5 ил. (Л

11

Ptj-0-Si-(CH2)3-№I-(CH2)2- NH-C- HgOH

Способ его получения такой же, как в примере 1, но для силанизации электрода используют 3-(2-аминоэтилами- но)пропшттриметокснлан.

Основные характеристики полученных электродов.

Поверхностная концентрация активных групп, моль/см cslO Нижний предел кон- центрации тиола при его иммобилизации, М 1 Время иммобилизации, мин1 с-50

Коэффициент селективности (по отношению к конкурирующим аминам) Электродная кинетика

1

10-«

Квазиобратимая

Работа химически модифицированного электрода для иммобилизации органических веществ и достижение положительного эффекта показаны в следутацих примерах,i

ПримерЗ, Химически модифици- рованный электрод (в соответствии с примером 1) помещают на 1 с -в 1 х X раствор цистеина в 0,1 М трис-HCl буфере с рН 8, отмывают дне

I Ч

Pt|-0-Si-(CH2)5-NH-CПример 4. Химически модифицированный электрод (в соответствии

О

C

тиллированной водой и затем вьщержи- вают 1 ч в 5 -10 М растворе 2,3-ди- хлор-1,4-нафтохинона в этаноле. Электрод последовательно отмьшают этанолом и водой, и регистрируют его по- тенциодинамическую характеристику на фоне О,1 М водного боратного буфера рН 9,18 (фиг.З). По разнице потенциалов катодного и анодного пиков (ЛЕ 45 мВ при V 50 мВ/с) определяют квазиобратимый характер переноса электрона сквозь слой иммобилизованного органического вещества, а по площади рассчитывают поверхностную концентрацию активных групп ртуть- органики (2 10- моль/см для фиг,3), Потенциодинамическая характеристика электрода сохраняется при многих циклах сканирования потенциала, что по- казьшает стабильность иммобилизации органического вещества. Это связано с тем, что тиольная группа цистеина связывается с ртуть-органикой, иммобилизованной на электроде, а аминогруппа цистеина остается свободной для реакции с нафтохиноном, который используют в качестве ред-окс метки, В конце эксперимента потенциодинами- ческая характеристика соответствует электроду следующей структуры:

соон I

Hg-S-CHg-CH-NH Cl

с примером 1) выдержив ают 50 мин в 1-10 М растворе цистеина в 0,1 М

514

трис-HCl буфере с рН 8 и далее проводят операции в соответствии с примером 3, Получают потенциодинамичес- кую характеристику электрода, аналогичную фиг.3, что показывает возможность иммобилизации с тиольной группой при его крайне низкой концентрации.

ПримерЗ. Химически модифицированный электрод (в соответствии с примером 1) выдерживают 50 мин в

лк..5 Id2lL 1-10-

«АЧНИНЯ

где Cp,, концентрация, не мешающая иммобилизации цистеина.

П р и М е р 6. Химически модифицированный электрод (в соответствии с примером 1) помещают на 1 с. в 1-10 М раствор глутатиона в О,1 М трис-НС1 буфере с рН 8 и далее проводят операции в соответствии с примером 3. Получают потенциодинамическую характеристику электрода (фиг,4), которую

О

1

Pt|-0-;Si4CH2)5-NH-C

Пример, Химически модифицированный электрод (в соответствии с примером 2) помещают на 1 с в 1 х

-,-5

X 10 М раствор цистеина в О,1 М трис-HCl буфере с рН 8 и далее проводят операции в соответствии с при-

Р-ь|-0 - 1-(СН2)з-1 Н-1СН2)2-ШХимически модифицированньш электрод может быть использован для се135116

1-10 М растворе цистеина в 0,1 М трис-НС буфере с рН 8, содержащем, кроме того, аланин в концентрации 1 -10 М. Далее проводят операции в соответствии с примером 3. Получают потенциодинамическую характеристику аналогичную фиг.З, что указывает на отсутствие мешающего влияния добавки Q аланина. Коэффициент селективности иммобилизации цистеина в присутствии аланина рассчитывают по формуле:

Id2lL

интерпретируют аналогично фиг.З.

Данный пример показывает возможность иммобилизации на электроде с сохранением его электрохимических характеристик ,полипептидов, содержащих цистеин. Кроме того, пример показывает возможность селективной самосборки на электроде пространственно организованной системы - ред-окс группа на полипептидной подложке

,/

.0

.0

S СН2

I NH-CH2-C(

С 0

СН2

CHg

CH-NH

он

5 мером 3. Получают потенциодинамическую характеристику электрода аналогичную фиг.З, что показывает функционирование химически модифицированного электрода с ртуть-органикой, иммобилизованной на более длинной ножке :

соон о I

Hg-S-CH2-CH-NH- С1

о

лективной иммобилизации органических веществ (преимущественно аминокислот,

714

полипептйдов,- белков) с тиольными группами из водных растворов с рН 5-8,5 при отсутствии в растворе неорганических сульфидов, ионов тяжелых металлов и комтшексонов, т.е. в тех же условиях, в которых используют п-хлормеркурбензоат в качестве сульф- гидрильного реагента.

Использование предлагаемого химически модифицированного электрода позволяет высокоселективно (коэффициент селективности 1-10) связьшать органические вещества с тиольными группами.

Связывание происходит спонтанно при комнатной температуре эа короткое время (1 с-50 мин) из растворов крайне низкой концентрации (до 10 М), что позволяет производить на электроде самосборку пространственно организованных систем из биомолекул.

118

Формула изобретения

Химически модифицированный электрод для иммобилизации органических веществ, состоящий из электропроводной подложки М и слоя органического вещества, связанного с подложкой си- лановыми группами, отличающийся тем, что, с целью увеличения селективности к сульфгидрильным группам с одновременным сохранением электрохимической активности иммобилизованного вещества, в качестве подложки использовано органическое вещество следукяцбй структуры:

О

Ml-O-Si-R-NH C ОН I , / а

где R - (),- или ()э-Ш- -()-группы.

Фи.1

Фиг. 2

Фиг.З

1413511

f

OB