DE19813870A1 - Non-immobilized bio-electrode detector - Google Patents
Non-immobilized bio-electrode detectorInfo
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- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
- G01N33/5438—Electrodes
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Um organische Substanzen quantitativ zu erfassen werden sogenannte Bioelektroden benötigt.So-called bioelectrodes are required to quantitatively record organic substances.
Bioelektroden bestehen aus einem chemisch-spezifischen Empfänger auf biochemischer Basis, dem Rezeptor, zur Erkennung der nachzuweisenden organischen Moleküle und einem Transducer, der der elektrischen Umformung dient. Als Rezeptoren kommen organische Stoffe wie Enzyme, Mikroorganismen, Organellen, Antikörper, Lectine, Hormone, etc. zum Einsatz. Als Transducer dienen pH-Elektroden, Gaselektroden oder ionen-selektive Elektroden. Der Rezeptor reagiert spezifisch mit der quantitativ zu bestimmenden Substanz. Die Menge der dabei entstehenden Reaktionsprodukte wird vom Transducer erfasst und in eine elektrische Größe umgewandelt. Dadurch kann die zu erfassende organische Substanz quantitativ gemessen werden.Bioelectrodes consist of a chemical-specific receiver on a biochemical basis, the Receptor, for the detection of the organic molecules to be detected and a transducer that the serves electrical transformation. Organic substances such as enzymes come as receptors, Microorganisms, organelles, antibodies, lectins, hormones, etc. are used. Serve as a transducer pH electrodes, gas electrodes or ion-selective electrodes. The receptor reacts specifically the substance to be quantified. The amount of the resulting reaction products is captured by the transducer and converted into an electrical variable. This allows the one to be recorded organic matter can be measured quantitatively.
Zu erfassende Substanz in der Untersuchungslösung und Transducer der Bioelektrode sind dabei durch die Membranschicht(en) der Bioelektrode getrennt, in der die Rezeptoren fest eingelagert sind (immobilisierte Bioelektrode). Die Moleküle der zu erfassenden Substanz diffundieren in die Membran und reagieren dort mit dem Rezeptor, die Menge der dabei entstehenden Reaktionsprodukte werden vom Transducer in eine elektrische Größe umgewandelt. Die Rezeptormoleküle können auf Grund ihrer Größe nicht durch die Poren der Membran diffundieren und sind damit in der Membran bzw. zwischen zwei Membranschichten (je nach Anordnung) immobilisiert.The substance to be detected in the test solution and transducer of the bioelectrode are through separate the membrane layer (s) of the bioelectrode in which the receptors are firmly embedded (immobilized bioelectrode). The molecules of the substance to be detected diffuse into the membrane and react there with the receptor, the amount of reaction products created converted into an electrical quantity by the transducer. The receptor molecules can be aground their size does not diffuse through the pores of the membrane and are therefore in the membrane or immobilized between two membrane layers (depending on the arrangement).
Dadurch daß der Rezeptor immobilisiert vorliegt ergeben sich mehrere Nachteile:
Because the receptor is immobilized, there are several disadvantages:
- - Bei der Immobilisierung in der Membran ist die Menge der eingelagerten Rezeptormoleküle nicht genau bekannt.- When immobilized in the membrane, the amount of receptor molecules stored is not exactly known.
- - Durch die Immobilisierungsreaktion werden teilweise die empfindlichen Rezeptormoleküle gehemmt, blockiert oder zerstört.- The immobilization reaction sometimes makes the sensitive Receptor molecules inhibited, blocked or destroyed.
- - Da eine relativ dicke Membran Einsatz findet oder der Rezeptor zwischen zwei Membranen fest eingebaut wird besteht eine gewisse Trägheit der Bioelektrode auf Grund der Zeit, die die Substratmoleküle benötigen um durch die Membranschicht(en) zu diffundieren.- Because a relatively thick membrane is used or the receptor between two Membranes are permanently installed because of a certain inertia of the bioelectrode the time it takes for the substrate molecules to pass through the membrane layer (s) diffuse.
- - Die Reaktion der Rezeptormoleküle mit den Substratmolekülen wird durch die eingeschränkte Bewegungsmöglichkeit der Rezeptormoleküle beeinträchtigt.- The reaction of the receptor molecules with the substrate molecules is determined by the restricted movement of the receptor molecules impaired.
- - Nur durch einen problematischen und schwierigen und daher unrentablen Austausch des Rezeptors, bei dem der alte entfernt und ein neuer immobilisiert werden muss, ist das Erhöhen der Empfindlichkeit der Bioelektrode, die Erneuerung bei verbrauchtem Rezeptor oder die Umstellung auf den Nachweise einer anderen organischen Substanz möglich.- Only through a problematic and difficult and therefore unprofitable exchange of the This is the receptor where the old has to be removed and a new one has to be immobilized Increase the sensitivity of the bioelectrode, the renewal when the receptor is used up or switching to the evidence of another organic substance possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, organische Substanzen genauso gut wie immobilisierte Bioelektroden quantitativ erfassen zu können, die genannten Nachteile der immobilisierten Bioelektroden jedoch zu beheben.The object of the invention is organic substances as well as immobilized To be able to quantify bioelectrodes, the disadvantages of immobilized Fix bioelectrodes, however.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device with the features of claim 1.
Werden die Rezeptormoleküle, nicht wie bei der immobilisierten Bioelektrode in einer Membran oder zwischen zwei Membranen eingelagert sondern schafft man einen kleinen Reaktionsraum, also einen kleinen Bioreaktor, in dem die Rezeptoren in Lösung vorliegen, gelingt es, die genannten Nachteile der Bauform der immobilisierten Bioelektrode zu überwinden.If the receptor molecules are not, as with the immobilized bioelectrode in one Membrane or between two membranes but creates a small one Reaction space, i.e. a small bioreactor in which the receptors are in solution, it succeeds in overcoming the disadvantages of the design of the immobilized bioelectrode overcome.
Die Substratmoleküle gelangen dabei durch eine Membran in den Reaktionsraum der nichtimmobilisierten Bioelektrode und die verhindert, dass der Rezeptor aus der nichtimmobilisierten Bioelektrode diffundiert. Diese Membran kann jedoch wesentlich dünner ausfallen als die Membran der immobilisierten Bioelektrode bzw. ist hier nur eine Membran notwendig. Dadurch ergibt sich eine geringere Trägheit der Bioelektrode, da die Substratmoleküle keine so dicke Membranschicht zu durchqueren haben.The substrate molecules reach the reaction chamber through a membrane non-immobilized bioelectrode and which prevents the receptor from coming out non-immobilized bioelectrode diffuses. However, this membrane can be much thinner fail as the membrane of the immobilized bioelectrode or is only a membrane here necessary. This results in a lower inertia of the bioelectrode, since the Substrate molecules do not have to cross such a thick membrane layer.
Im Vergleich zu den immobilisierten Bioelektroden, bei denen beim Giessen der Membran mit den eingelagerten Rezeptoren Überschüsse entstehen oder nichtimmobilisierte Rezeptormoleküle ausgespült werden, ist bei der nichtimmobilisierten Bioelektrode die genau Menge des Rezeptors bekannt, da sich alle Rezeptormoleküle in der Lösung befinden.Compared to the immobilized bioelectrodes, when casting the membrane surplus or non-immobilized arise with the embedded receptors Rinsing out receptor molecules is exactly the case with the non-immobilized bioelectrode Amount of receptor known since all receptor molecules are in the solution.
Der Rezeptor wird nicht gehemmt, blockiert oder zerstört, da kein Immobilisierungsschritt des Rezeptors stattfindet.The receptor is not inhibited, blocked or destroyed because there is no immobilization step of the receptor takes place.
Das Substrat kann frei mit dem Rezeptor reagieren, da der Rezeptor in seiner Bewegung im Reaktionsraum der nichtimmobilisierten Bioelektrode nicht eingeschränkt ist.The substrate can react freely with the receptor, since the receptor moves in the Reaction space of the non-immobilized bioelectrode is not restricted.
Die Rezeptorlösung kann sehr einfach ausgetauscht werden und damit die Empfindlichkeit der Bioelektrode durch eine stärker bzw. schwächer konzentrierte Rezeptorlösung erhöht bzw. erniedrigt werden, die Bioelektrode kann bei verbrauchtem Rezeptor einfach erneuert werden oder leicht auf den Nachweis eines anderen organischen Stoffes durch Einsatz einer anderen Rezeptorlösung umgestellt werden. The receptor solution can be exchanged very easily and thus the sensitivity the bioelectrode is increased by a stronger or weaker concentrated receptor solution or reduced, the bioelectrode can simply be replaced when the receptor is used up become or easily on the detection of another organic substance by using a other receptor solution.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below described.
Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Bioelektrode.The figure shows a cross section through the bioelectrode.
Die nichtimmobilisierte Bioelektrode besteht im Wesentlichen aus einem Rohr (2 cm Durchmesser) aus Aluminium oder Kunststoff in das die Rezeptor-Lösung von oben problemlos eingefüllt werden kann. Das Rohr ist am unteren Ende mit einer passgenauen Platte, die mit Siliconklebstoff abgedichtet wird, fest verschlossen. Knapp über diesem Ende befinden sich im Rohr ringsum in 3 Reihen 24 Löcher mit einem Durchmesser von je 5 mm. Diese Lochreihen werden mit der Membran abgedeckt (ebenfalls mit Siliconklebstoff oder ähnlichem abgedichtet), wobei verschiedene Arten von Membranen (Glasmembran, Dialysemembran, . . .) zum Einsatz kommen können. Somit ergibt sich eine zur Diffusion fähige Membranoberfläche von 4,7 cm2. Der Transducer in Form einer pH-Elektrode, Gaselektroden, ionen-selektive Elektrode oder Konduktometerelektrode ist dabei fest im Rohr arretiert. Das Volumen der Rezeptor-Lösung und die Eintauchtiefe der des Transducers sind idealerweise so gewählt, daß sich die oberste Lochreihe und der sensible Bereich des Transducers gerade noch in der Lösung befinden. Am Boden des Rohres befindet sich ein Magnetstück, damit zusammen mit einem Magnetrührer eine gleichmäßige Verteilung des Substrats und damit gleichmäßige Reaktion gewährleistet sind.The non-immobilized bioelectrode essentially consists of a tube (2 cm in diameter) made of aluminum or plastic, into which the receptor solution can easily be filled from above. The tube is tightly closed at the lower end with a precisely fitting plate that is sealed with silicone adhesive. Just above this end there are 24 holes with a diameter of 5 mm each in 3 rows in the pipe. These rows of holes are covered with the membrane (also sealed with silicone adhesive or the like), it being possible to use different types of membranes (glass membrane, dialysis membrane,...). This results in a membrane surface of 4.7 cm 2 capable of diffusion. The transducer in the form of a pH electrode, gas electrodes, ion-selective electrode or conductometer electrode is firmly locked in the tube. The volume of the receptor solution and the immersion depth of the transducer are ideally chosen so that the top row of holes and the sensitive area of the transducer are just in the solution. There is a magnetic piece at the bottom of the tube so that, together with a magnetic stirrer, an even distribution of the substrate and thus a uniform reaction are ensured.
In einer nicht dargestellten Ausführung wird statt der Magnetrührvorrichtung ein in die Bioelektrode eingebauter Stabrührer verwendet. In einer ebenfalls nicht dargestellten Ausführung ist die Membran an der Unterseite des Rohres angebracht. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung wird eine wesentlich größere Membran und ein wesentlich größeres Volumen der Rezeptor-Lösung verwendet. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist die Bioelektrode fest abgeschlossen, wobei der Austausch der Rezeptor-Lösung durch eine verschließbare Öffnung statt findet.In an embodiment that is not shown, the bioelectrode is inserted into the bioelectrode instead of the magnetic stirring device built-in rod stirrer used. In an embodiment, also not shown, is the membrane attached to the bottom of the tube. In a further embodiment, not shown, a much larger membrane and a much larger volume of the receptor solution used. In a further embodiment, not shown, the bioelectrode is firmly closed, the Exchange of the receptor solution through a closable opening instead finds.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998113870 DE19813870A1 (en) | 1998-03-29 | 1998-03-29 | Non-immobilized bio-electrode detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998113870 DE19813870A1 (en) | 1998-03-29 | 1998-03-29 | Non-immobilized bio-electrode detector |
Publications (1)
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DE19813870A1 true DE19813870A1 (en) | 1999-09-30 |
Family
ID=7862747
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1998113870 Withdrawn DE19813870A1 (en) | 1998-03-29 | 1998-03-29 | Non-immobilized bio-electrode detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19813870A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5407545A (en) * | 1993-04-30 | 1995-04-18 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Method for measuring sample by enzyme electrodes |
US5469846A (en) * | 1992-10-19 | 1995-11-28 | Duquesne University Of The Holy Ghost | Implantable non-enzymatic electrochemical glucose sensor |
DE19530376A1 (en) * | 1995-08-18 | 1997-02-20 | Fresenius Ag | Biosensor |
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DE4301087C2 (en) * | 1993-01-16 | 1998-05-07 | Lange Gmbh Dr Bruno | Device for determining the biochemical oxygen demand |
-
1998
- 1998-03-29 DE DE1998113870 patent/DE19813870A1/en not_active Withdrawn
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