УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В ВОДНЫХ СРЕДАХ

Техническое решение относится к области аналитической биотехнологии, а именно, к биосенсорным аналитическим устройствам. Устройство может быть использовано для определения содержания глюкозы в образцах бродильных и ферментационных сред и готовой продукции ликеро-водочных, глюкозо-паточных и других биотехнологических производств.
3
4
Известна модель устройства для определения глюкозы, которая представляет собой кислородный электрод с иммобилизованный ферментом. Устройство состоит из измерительной кюветы с магнитной мешалкой и кислородного электрода с иммобилизованной глюкозооксидазой на аминомодифицированных частицах FeO. Характерным признаком рассматриваемого устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого технического решения, является амперометрический способ измерения уровня сахара в крови с использованием фермента глюкозооксидазы. Существенными недостатками является использование кислородного электрода с низкой чувствительностью, что является причиной невозможности определения глюкозы с низкой концентрацией (диапазон определяемых значений 0,5-5,00 мМ) [Tan S.N., Wang W., Ge L. Biosensors based on sol-gel-derived materials. Comprehensive biomaterials. 2011. Elsevier, Oxford, pp 471-489].
Наиболее близким, принятое за прототип, является устройство для экспресс-анализа глюкозы [Арляпов В.А., Каманин С.С, Каманина О.А., Решетилов А.Н. Биосенсор на основе печатного электрода и глюкозооксидазы, модифицированный одностенными углеродными нанотрубками и терморасширенным графитом. // Российские нанотехнологии. 2017. Т. 12. №11-12, С. 76-83.]. Устройство содержит измерительную кювету, магнитную мешалку и печатный электрод, модифицированный ферментом глюкозооксидазой и медиатором ферроценом. Устройство позволяет определить глюкозу в диапазоне от 0,74 до 2,5 мМ. Недостатком данного устройства является низкая нижняя граница определяемых концентраций глюкозы и невозможность использования электродов в течении длительного времени.
Задачей технического решения является повышение чувствительности анализа глюкозы и создание датчиков, способных функционировать длительное время.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения содержания глюкозы в водных средах, содержащий печатный электрод, модифицированный глюкозооксидазой, также печатный электрод дополнительно модифицирован нанокомпозитным материалом на основе хитозана, ковалентно связанного с ферроценом и амминированными углеродными нанотрубками.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение чувствительности и стабильности разработанного устройства. В таблице 1 представлены характеристики прототипа и заявляемого устройства для определения содержания глюкозы в водных средах.
На фиг. 1 показано Устройство для определения содержания глюкозы вводных средах. Устройство состоит из следующих элементов: графитового печатного электрода 1, модифицированного глюкозооксидазой 2 и гибридным нанокомпозитным материалом на основе хитозана, ковалентно связанного с ферроценом и амминированными углеродными нанотрубками 3. Графитовые печатные электроды 1, модифицированнные глюкозооксидазой и гибридным нанокомпозитным материалом помещены в измерительную кювету 4, в которой размещен буферный раствор объемом 4 мл. Перемешивание буферного раствора осуществляется магнитной мешалкой 5.
Принцип работы устройства для определения содержания глюкозы в водных средах заключается в следующем: графитовый печатный электрод 1 с размещенными на нем глюкозооксидазой 2 и гибридным нанокомпозитным материалом 3 помещают в измерительную кювету 4. В измерительную кювету 4 добавляют 4 мл 30 мМ фосфатного буферного раствора (рН 6,8) и регистрируют фоновый ток, проходящий через печатный электрод. Включают магнитную мешалку 5. Затем вводят пробу, содержащую глюкозу (100 мкл). Все измерения проводят при комнатной температуре. После регистрации сигнала графитового печатного электрода 1 (зависимость силы тока от времени), измерительную кювету 4 промывают буферным раствором. Рассчитывают амплитуду изменения силы тока, произошедшего в результате введения пробы в измерительную кювету (ответ биосенсора, ΔI, нА) и определяют содержание глюкозы с использованием предварительно построенной градуировочной зависимости ответа биосенсора от содержания определяемого вещества. Для регистрации ответа биосенсора предлагается использовать потенциостат EmStat (PalmSens, Нидерланды), подключаемые к графитовым печатным электродам и персональному компьютеру. Измерения проводят при рабочем потенциале 110 мВ, что связано с окислительно-восстановительными свойствами гибридного нанокомпозитного материала. После каждого измерения промывают измерительную кювету 30 мМ фосфатным буферным раствором (рН 6,8) в объеме 4 мл.
Таким образом, заявляемое устройство для определения содержания глюкозы в водных средах позволяет повысить чувствительность анализа и осуществлять определение глюкозы диапазоне 0,2-3,1 мМ в течении 20 суток при длительности каждого анализа не более 2 минут.