DE4430023A1 - Elektrochemischer Sensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor, enthal
tend ein Trägermaterial, das eine Edelmetalloberfläche auf
weist, und ein an die Edelmetalloberfläche adsorptiv gebundenes
enzymatisch aktives Protein.
Der Einsatz von Enzymsensoren zur Bestimmung eines Analyten
durch elektrochemische Messung ist bekannt (siehe z. B. Turner
et al., Biosensors, Fundamentals and Application (1987), Oxford
University Press).
Die Immobilisierung von Enzymen auf der Sensoroberfläche er
folgte bisher in allgemeinen durch Einschluß hinter und in
Membranen, Bindung an Polymere und Quervernetzung mit bifunk
tionellen Reagenzien. Diese Methoden haben den Nachteil, daß
sich die Enzymmoleküle statistisch verteilt in einer dicken
Schicht auf der Festphase befinden. Damit ist die Diffusion des
Analyten zum reaktiven Zentrum des Enzyms sowie die Diffusion
des Produkts zur Elektrode gehemmt, die Reaktionszeit des
Sensors ist lang und die Empfindlichkeit ist gering. Ein weite
rer Nachteil dieser Art der Immobilisierung ist, daß es bei
kovalenter Bindung des Enzyms an die Sensoroberfläche oft zu
Aktivitätsverlusten aufgrund von Veränderungen des aktiven
Zentrums kommt. Die obengenannten Methoden zur Bindung des
Enzyms an die Festphase sind beispielsweise bei A. Wiseman
(Handbook of Enzyme Biotechnology, Alice Horwood, Chichester
(1985), 2.Aufl., 166 ff.) oder O. Zaborsky (Immobilised Enzy
mes, CRC Press, Cleveland Ohio (1974), 2. Aufl.) beschrieben.
Seit einiger Zeit ist die Herstellung von definierten dünnen
Monoschichten auf Festphasen und die Verwendung dieser Mono
schichten zur Immobilisierung von biologischen Komponenten
bekannt. So beschreiben z. B. Lee et al. (Sens. Act. B, 12
(1993), 153-158) Langmuir-Blodgett-Membranen zur Adsorption von
Avidin, an das anschließend eine mit Biotin markierte Glucose-
Oxidase gebunden werden kann. FR-A-2682765 offenbart das ge
meinsame Aufbringen von Glucose-Oxidase und amphiphilen Molekü
len im Langmuir-Blodgett-Verfahren. Die Verwendung von Lipid-
Doppelschichten in Sensoren ist auch bei Tien et al. (Crit.
Rev. Biomed. Eng., 18 (1991) 323-340) beschrieben. Ein Nachteil
dieser Langmuir-Blodgett-Schichten besteht in ihrer geringen
Stabilität.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung molekularer dünner
Schichten ist die sogenannte SAM (selbst-assemblierende Mono
schicht)-Technik, die von Bain und Whitesides (Ang. Chem. 101
(1988), 522-528) beschrieben wurde. Solche selbst-assemblieren
den Monoschichten entstehen beispielsweise durch Adsorption
langkettiger Thiole auf Goldoberflächen. Von Sawaguchi et al.
(Bioelectrochemistry and Bioenergetics 29 (1992), 127-133) und
Willner et al. (J. Am. Chem.Soc. 114 (1992), 10965-10966) wurde
die Immobilisierung von Diaphorase und Gluthationreduktase an
eine Metalloberfläche über Thiole beschrieben. Collinson und
Bowden (Langmuir 8 (1992), 1247-1250) offenbaren die Immobili
sierung von cytochrom C an eine Metalloberfläche unter Ver
wendung von 16-Mercaptohexadecansäure und 11-Mercaptoundecan
säure. Es wurde gefunden, daß nur ein Drittel der Oberfläche
mit Cytochrom C belegt ist. Kinnear und Monbouquette (Langmuir
9 (1993), 2255-2257) beschreiben den Einbau eines direkt auf
der Metalloberfläche absorbierten Enzyms in eine selbst-assem
blierende Monoschicht.
Die bisher beschriebenen Methoden zur Immobilisierung von
Enzymen in selbst-assemblierenden Monoschichten haben den
Nachteil einer geringen Belegungsdichte des Enzyms und einer
geringen Leitfähigkeit und damit verbunden einer geringen
Sensitivität der resultierenden Monoschicht. Insbesondere sind
die Probleme dadurch bedingt, daß bei Verwendung langkettiger
Thiole der Abstand von Enzym zur Metalloberfläche zu groß ist
und bei Verwendung kurzkettigerer Thiole die Homogenität der
Oberfläche stark abnimmt. Auch die direkte Adsorption des
Enzyms auf der Metalloberfläche führt nicht zu einer ausrei
chend homogenen Schicht und überdies kann bei der direkten
Adsorption auf dem Metall eine teilweise Denaturierung der
Proteine erfolgen.
Aus WO 92/10757 ist eine Bindematrix bekannt, enthaltend ein
Trägermaterial und einen daran über Ankergruppen adsorbierten
Festphasenreaktanten, der mit mindestens einem freien Reak
tionspartner bindefähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Festphasenreaktant eine verdünnte und im wesentlichen lateral
homogene Bindeschicht auf der Oberfläche des Trägermaterials
bildet. Die in WO 92/10757 beschriebenen Festphasen-Reaktanten
sind beispielsweise Biotin oder Haptene. Es sind keine Bei
spiele beschrieben, in denen Enzyme als Festphasenreaktanten
verwendet werden.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem bestand
darin, einen elektrochemischen Sensor bereit zustellen, bei dem
die Nachteile des Standes der Technik zumindest weitgehend
beseitigt sind. Insbesondere sollte der Sensor eine hohe Bele
gungsdichte des Enzyms verbunden mit einer hohen Leitfähigkeit
und Sensitivität liefern.
Das erfindungsgemäße Problem wird gelöst durch einen elektro
chemischen Sensor, enthaltend ein Trägermaterial, das eine
Edelmetalloberfläche aufweist, eine adsorptiv an das Trägerma
terial gebundene und im wesentlichen lateral homogene Mono
schicht auf der Oberfläche des Trägermaterials, wobei die
Monoschicht Bindemoleküle umfaßt, die über Ankergruppen an das
Trägermaterial gebunden sind, wobei die Bindemoleküle über eine
ionische Bindung, eine kovalente Bindung oder eine Metallche
latbindung mit einem enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind
und wobei der Belegungsgrad der Bindemoleküle auf dem Trägerma
terial geringer als der maximale Belegungsgrad ist.
Der Belegungsgrad der Bindemoleküle ist geringer als der maxi
male Belegungsgrad, d. h. es liegt eine bezüglich der Bindemole
küle verdünnte Monoschicht vor. Über den Belegungsgrad der
Bindemoleküle kann die Belegung der Festphase mit dem enzyma
tisch aktiven Protein optimiert werden. Im Optimum ist eine
dichtgepackte Enzymschicht realisiert. Der Belegungsgrad der
Monoschichten mit den Bindemolekülen ist kleiner als 100% und
günstigerweise 1-99%, bevorzugt 2-98% und besonders bevorzugt
5-95%.
Der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor enthält aufgrund
der auf dem Trägermaterial adsorbierten verdünnten Schicht an
Bindemolekülen eine monomolekulare Schicht von vorzugsweise
einheitlich ausgerichteten enzymatisch aktiven Proteinen bzw.
Enzymen mit maximaler Belegungsdichte auf der Festphase, wo
durch die Ansprechzeit des Sensors verringert und die Signal
ausbeute pro Fläche erhöht wird. Ein weiterer Vorteil des
Sensors besteht darin, daß die Monoschicht durch ein einfaches
Tauchverfahren aufgebracht werden kann. Außerdem eignet sich
der erfindungsgemäße Sensor aufgrund der kovalenten Bindung der
Enzyme auch sehr gut zur Mehrfach- und Dauermessung.
Das Trägermaterial des erfindungsgemäßen Sensors weist eine
Edelmetalloberfläche auf, wobei grundsätzlich alle Edelmetalle
oder Edelmetallgemische bzw. Edelmetall-Legierungen mit einem
Standard-Elektrodenpotential (d. h. einem Potential gegenüber
einer Normalwasserstoffelektrode Pt/H₂ (1 atm)/H⁺ (a = 1)) als
Bezugselektrode, das positiver als das Potential einer Silber
elektrode ist. Beispiele für geeignete Edelmetalle sind Au, Pt,
Pd, etc . . Besonders bevorzugt weist das Trägermaterial eine
Gold- oder Palladiumoberfläche auf.
Die Herstellung eines Trägermaterials mit einer Edelmetallober
fläche geschieht beispielsweise durch Bedampfen von Glas mit
Chrom als Haftvermittler, wobei eine ca. 0,1-10 nm dicke
Schicht entsteht. Diese Chromschicht wird anschließend mit dem
Edelmetall, z. B. Gold, bedampft, wobei eine Schicht entsteht,
welche die Oberfläche des Trägermaterials darstellt. Diese
Edelmetallschicht hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 10-200
nm. Bei einem Trägermaterial aus Kunststoff (z. B. Polycarbonat)
ist auch ein direktes Aufdampfen des Edelmetalls auf den Träger
möglich.
Die Adsorption der Moleküle an die Oberfläche des Trägermateri
als wird durch Ankergruppen vermittelt. Die Art der Ankergrup
pen hängt von der jeweiligen Oberfläche des Trägermaterials ab.
Als Ankergruppen sind insbesondere Thiol-, Disulfid-, oder/und
Phosphingruppen geeignet. Thiol- oder/und Disulfidgruppen sind
beispielsweise als Ankergruppen für eine Goldoberfläche und
Phosphingruppen als Ankergruppen für eine Palladiumoberfläche
besonders geeignet.
Für unterschiedliche Methoden zur Herstellung verdünnter Binde
schichten wird auf WO 92/10757 verwiesen. In einer ersten
Ausführungsform besteht die Monoschicht aus einer einzigen
Molekülsorte, wobei die Oberfläche mit Ankergruppen nicht
vollständig belegt ist. Die Herstellung einer derartigen
Schicht kann beispielsweise durch Eintauchen der Oberfläche in
eine Lösung erfolgen, die eine sehr geringe Konzentration (z. B.
< 1 × 10-5 mol/l) an Bindemolekülen enthält. Auf diese Weise
wird ein verdünnter Film von Bindemolekülen auf der Oberfläche
erhalten, auf dem anschließend das Enzym immobilisiert werden
kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die
Monoschicht neben den Bindemolekülen noch weiterhin Verdün
nungsmoleküle, die über Ankergruppen adsorptiv an das Trägerma
terial gebunden und nicht mit einem enzymatisch aktiven Protein
verknüpft sind. Die Herstellung einer monomolekularen Schicht
aus Binde- und Verdünnungsmolekülen erfolgt durch Eintauchen
der Oberfläche in eine Lösung, die Binde- und Verdünnungsmole
küle in gewünschten molaren Anteilen enthält. Auf dieser be
schichteten Oberfläche kann anschließend die Immobilisierung
des Enzyms erfolgen.
Vorzugsweise ist bei der Herstellung des Sensors das molare
Verhältnis von Bindemolekülen zu Verdünnungsmolekülen im Be
reich von 1 : 100 bis 100 : 1, besonders bevorzugt von 1 : 50 bis
50 : 1 und am meisten bevorzugt von 1 : 20 bis 20 : 1. In bestimmten
Anwendungen des erfindungsgemäßen Sensors kann es bevorzugt
sein, daß das molare Verhältnis von Bindemolekülen zu Verdün
nungsmolekülen größer als 1 : 1 und insbesondere 5 : 1 bis 20 : 1
ist.
Durch den Einsatz von Verdünnungsmolekülen wird nicht nur eine
Optimierung der Enzymbelegung erreicht, sondern auch die Leit
fähigkeit der Schicht wird überraschenderweise wesentlich
erhöht, was für elektrische Anwendungen ein wesentliches Krite
rium ist. Weiterhin führen die Verdünnungsmoleküle zu einer
verringerten unspezifischen Bindung von Komponenten aus einer
mit dem Sensor in Kontakt stehenden Probelösung.
Das enzymatisch aktive Protein, das über eine ionische Bindung,
eine kovalente Bindung oder eine Metallchelatbindung mit dem
Bindemolekül verknüpft ist, wird vorzugsweise aus der Gruppe
der Enzyme ausgewählt, die eine Reaktion katalysieren, bei der
Verbindungen entstehen oder/und verbraucht werden, die elek
trochemisch detektierbar sind. Eine derartige Reaktion kann
elektrochemisch, z. B. potentiometrisch oder amperometrisch,
verfolgt werden. Vorzugsweise sind dies Enzyme, die Reaktionen
katalysieren, bei denen Ionen entstehen oder/und verbraucht
werden, bei denen H₂O₂ entsteht oder/und bei denen elektroche
mische Mediatoren umgesetzt werden. Beispiele für derartige
Enzyme sind Oxidoreduktasen, d. h. Enzyme, die ein Substratmole
kül oxidieren oder/und reduzieren können. Es sind aber auch
Hydrolasen und solche Enzyme geeignet, bei deren Reaktion eine
pH-Änderung erfolgt.
Ein bevorzugtes Beispiel für ein geeignetes Enzym ist eine
Glucose-Oxidase (EC 1.1.3.4). Glucose-Oxidase aus dem Mikroor
ganismus Aspergillus niger ist beispielsweise kommerziell von
der Firma Boehringer Mannheim GmbH, Mannheim, BRD, erhältlich.
Das enzymatisch aktive Protein kann jedoch auch ein rekombinan
tes Enzym sein, d. h. ein Enzym, das aus einer heterologen
Wirtszelle gewonnen wird. Der Vorteil derartiger rekombinanter
Enzyme ist, daß sie durch genetische Manipulation in modifi
zierter Form eingesetzt werden können, wodurch eine bessere
Immobilisierung an der Sensoroberfläche möglich wird. Beispiele
für geeignete Modifikationen sind N- oder/und C-terminale
Anfügungen von einem oder mehreren Aminosäureresten, ausgewählt
aus basischen Aminosäuren, wie etwa Arginin oder Lysin, sauren
Aminosäuren wie etwa Aspartat oder Glutamat, chelatbildenden
Aminosäuren, wie etwa Histidin, oder Cystein.
Das Enzym kann kovalent, ionisch oder über eine Metallchelat
bindung mit dem Bindemolekül verknüpft sein. Eine ionische
Bindung des Enzyms kann auf der Chemie von Anionen- bzw. Katio
nen-Austauschern basieren. In dieser Ausführungsform der Erfin
dung sind die Bindemoleküle über eine ionische Bindung mit dem
enzymatisch aktiven Protein verknüpft, wobei die Bindung zwi
schen einer geladenen Endgruppe des Bindemoleküls und einem
entgegengesetzt geladenen Bereich des enzymatisch aktiven
Proteins erfolgt. So kann die geladene Endgruppe des Bindemole
küls beispielsweise mindestens eine Aminofunktion umfassen und
der entgegengesetzt geladene Bereich des enzymatisch aktiven
Proteins mindestens einen sauren Aminosäurerest, vorzugsweise
eine Serie von z. B. 2 bis 8 Aspartat- oder Glutamatresten
umfassen. Andererseits kann die geladene Endgruppe des Bindemo
leküls mindestens eine Carboxylat- oder/und vorzugsweise Sulfo
natfunktion umfassen und der entgegengesetzt geladene Bereich
des Enzyms kann mindestens einen basischen Aminosäurerest,
vorzugsweise eine Serie von z. B. 2 bis 8 Arginin- oder/und
Lysinresten umfassen. Ein Vorteil der Immobilisierung von
Enzymen auf diese Weise besteht darin, daß eine gerichtete
Bindung des Enzyms an die Festphase ermöglicht wird. Ein weite
rer Vorteil ist, daß das aktive Zentrum des Enzyms nicht beein
trächtigt wird, wenn der mit dem Bindemolekül reagierende
Bereich ein am N- oder/und C-Terminus des Enzyms angefügter
Abschnitt ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Enzym
kovalent mit dem Bindemolekül verknüpft sein, wobei die Bindung
zwischen einer reaktiven Endgruppe des Bindemoleküls und einer
reaktiven Gruppe des enzymatisch aktiven Proteins erfolgt. Ein
bevorzugtes Beispiel für eine reaktive Endgruppe des Bindemole
küls ist eine Maleimidgruppe, die min einem Cysteinrest des
Enzyms reagieren kann. Ein weiteres Beispiel für eine kovalente
Bindung ist die Bindung von Phenolresten des Enzyms an eine
Diazonium-Gruppe im Bindemolekül. Auch die Kopplung von oxi
dierten Zuckerresten des Enzyms an Amino-Endgruppen der Binde
moleküle ist möglich. Eine ausführliche Übersicht über mögliche
kovalente Immobilisierungsmittel, die bei den erfindungsgemäßen
Sensoren eingesetzt werden könne, findet sich in den bereits
genannten Literaturstellen Wiseman und Zaborsky. Auf diese
Offenbarung wird hiermit Bezug genommen.
Auch die Bindung über Metallchelate ist zur Immobilisierung von
Enzymen möglich, wobei die Bindung zwischen einer chelatbil
denden Endgruppe des Bindemoleküls, einem Metallion und einem
chelatbildenden Bereich des enzymatisch aktiven Proteins er
folgt.
Die chelatbildende Endgruppe des Bindemoleküls kann beispiels
weise eine Di- oder Tricarboxylatgruppe umfassen und der che
latbildende Bereich des enzymatisch aktiven Proteins kann eine
Serie von benachbarten Histidinresten umfassen. Beispiele für
geeignete chelatbildende Metallionen sind z. B. Nickel-, Eisen-,
Kobalt-, Kupfer- und Zinkionen. Auch bei der Bindung über
Metall-Chelate ist eine gerichtete Bindung von Enzymen an die
Festphase möglich.
Für einen erfindungsgemäßen Sensor ist weiterhin bevorzugt, daß
das Bindemolekül zwischen der Ankergruppe und der zur Bindung
mit dem enzymatisch aktiven proteinfähigen Endgruppe einen
Spacer enthält. Die Länge des Spacers zwischen der Ankergruppe
und der Bindestelle zum Enzym kann auf die Funktion des Sensors
erheblichen Einfluß ausüben. Eine Variation der Länge kann die
Leitfähigkeit sowie die Zugänglichkeit der Bindestellen für das
Enzym beeinflussen. Vorzugsweise ist der Spacer eine gegebenen
falls Heteroatome, z. B. S-, N- oder/und O-Atome, enthaltende
Alkylenkette mit einer Länge von 4-30 Atomen. Besonders bevor
zugt enthält der Spacer 1-4 C₂-C₄-Alkylenoxideinheiten, vorzugs
weise 1-4 Ethylenoxideinheiten.
Die Verdünnungsmoleküle enthalten ebenso wie die Bindemoleküle
eine zur Adsorption an die Festphase geeignete Ankergruppe,
d. h. eine Thiol-, Disulfid-, oder/und Phosphingruppe. Die
andere Endgruppe der Verdünnungsmoleküle ist vorzugsweise eine
hydrophile Funktion, z. B. eine Hydroxyl-, eine C₁-C₄-Alkoxy,
eine Amino-, eine Carboxyl-, eine Carbonsäureester- oder eine
Carbonsäureamidfunktion. Zwischen der Endgruppe und der Anker
gruppe der Verdünnungsmoleküle befindet sich vorzugsweise
ebenfalls ein Spacer wie oben definiert. Besonders bevorzugt
enthält der Spacer für die Verdünnungsmoleküle bis zu 15 Atome
und mindestens eine Ethylenoxideinheit.
Die Herstellung von genetisch modifizierten Proteinen, die
aufgrund einer Modifizierung insbesondere am C- oder/und N-
Terminus einheitlich ausgerichtet an eine Festphase gebunden
werden können, sowie eine Festphase mit dem ausgerichtet immo
bilisierten Protein wird in WO 92/08788 offenbart. Eine Metall
chelat-Bindung oder eine ionische Bindung als mögliche Immobi
lisierungsmethode von Enzymen wird nicht offenbart. Stayton et
al. (J. Am. Chem. Soc. 114 (1992), 9298-9299) beschreiben die
gerichtete Bindung von Cytochrom C durch genetische Modifika
tion und direkte Bindung des an die Oberfläche des Enzyms
eingeführten Cysteinrests an eine Goldoberfläche. Ein Nachteil
dieses Verfahrens besteht darin, daß keine andere Gruppe an der
Oberfläche des Enzyms vorhanden sein darf, die eine Adsorption
auf der Metalloberfläche zeigt. Da aber hydrophobe Oberflächen
wie Metalle oft eine starke unspezifische Adsorption von Pro
teinen zeigen, dürfte die Anwendung der obengenannten Enzymsen
soren große Nachteile aufweisen.
Ein Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein elektrochemi
scher Sensor enthaltend ein Trägermaterial, das eine Edelme
talloberfläche aufweist, eine adsorptiv an das Trägermaterial
gebundene und im wesentlichen lateral homogene Monoschicht auf
der Oberfläche des Trägermaterials, wobei die Monoschicht
Bindemoleküle umfaßt, die über Ankergruppen an das Trägermate
rial gebunden sind, wobei die Bindemoleküle über eine ionische
Bindung mit mindestens einem und vorzugsweise einer Serie von
geladenen Aminosäureresten am N- oder/und C-Terminus eines
enzymatisch aktiven Proteins verknüpft sind.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
elektrochemischer Sensor enthaltend ein Trägermaterial, das
eine Edelmetalloberfläche aufweist, eine adsorptiv an das Trä
germaterial gebundene und im wesentlichen lateral homogene
Monoschicht auf der Oberfläche des Trägermaterials, wobei die
Monoschicht Bindemoleküle umfaßt, die über Ankergruppen an das
Trägermaterial gebunden sind, wobei die Bindemoleküle über
eine Metallchelatbindung mit mindestens einem und vorzugsweise
einer Serie von benachbarten chelatbildenden Aminosäureresten
am N- oder/und C-Terminus eines enzymatisch aktiven Proteins
verknüpft sind.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur
Bestimmung eines Analyten in einer Probelösung, wobei man die
Probelösung mit einem erfindungsgemäßen Sensor inkubiert, unter
Bedingungen, die zu einer elektrochemisch nachweisbaren Reak
tion des Analyten führen, und die Reaktion des Analyten durch
eine elektrochemische Messung, z. B. durch eine potentiome
trische oder amperometrische Messung bestimmt.
Ein bevorzugtes Beispiel für einen Analyten ist Glucose, wobei
in diesem Fall ein Sensor mit einer immobilisierten Glucose-
Oxidase zur Bestimmung verwendet wird. Besonders bevorzugt wird
eine durch rekombinante DNA-Technologie modifizierte Glucose-
Oxidase mit einer N- oder/und C-terminalen Anfügung von sauren,
basischen, chelatbildenden Aminosäureresten oder/und Cysteinre
sten verwendet.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
eine Verbindung der allgemeinen Formel
A-(Sp-X)n (I),
worin A eine HS- oder H₂P-Gruppe und n 1 bedeutet oder A eine
-SS-Gruppe und n 2 bedeutet,
Sp einen Spacer mit einer Kettenlänge von 4-30 Atomen bedeutet
und X eine Maleimidgruppe oder eine Gruppe mit mindestens zwei
positiven oder negativen Ladungen, z. B. eine Guanidiniumgruppe
oder eine Gruppe der Formel (II)
ist.
Derartige Verbindungen werden vorzugsweise zur Herstellung von
elektrochemischen Sensoren verwendet.
Weiterhin wird die vorliegende Erfindung durch die folgenden
Beispiele in Verbindung mit den Abb. 1-7 erläutert.
Es zeigen:
Abb. 1: a) ein Verdünnermolekül (Verbindung A)
b) ein Bindemolekül mit Biotingruppe (Verbindung B)
c) ein Bindemolekül mit einer chelatbildenden End gruppe (Verbindung C)
d) ein Bindemolekül mit einer reaktiven Maleimid- Endgruppe (Verbindung D),
b) ein Bindemolekül mit Biotingruppe (Verbindung B)
c) ein Bindemolekül mit einer chelatbildenden End gruppe (Verbindung C)
d) ein Bindemolekül mit einer reaktiven Maleimid- Endgruppe (Verbindung D),
Abb. 2: ein Cyclovoltammogramm der Sensoren
a) beschichtet mit reiner Verbindung B
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und B (10 : 1),
a) beschichtet mit reiner Verbindung B
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und B (10 : 1),
Abb. 3: ein Cyclovoltammogramm der Sensoren
a) beschichtet mit reiner Verbindung C
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und C (1 : 10),
a) beschichtet mit reiner Verbindung C
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und C (1 : 10),
Abb. 4: die Ergebnisse einer amperometrischen Bestimmung bei
Bindung von Glucose-Oxidase-His₄ an unbeschichtete
Goldoberflächen, an mit Verdünnungsmolekülen (Ver
bindung A) beschichtetes Gold und an mit einem che
latbildenden Bindemolekül (Verbindung C) beschichte
tes Gold,
Abb. 5: die Abhängigkeit des Stromsignals von der Glucosekon
zentration bei einem Sensor gemäß Beispiel 6,
Abb. 6: die Reproduzierbarkeit aufeinanderfolgender Messungen
bei einem Sensor gemäß Beispiel 6,
Abb. 7: ein Cyclovoltammogramm der Sensoren
a) beschichtet mit reiner Verbindung D
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und D (1 : 10),
a) beschichtet mit reiner Verbindung D
b) beschichtet mit einem Gemisch aus den Verbindun gen A und D (1 : 10),
Abb. 8: die Abhängigkeit des Stromsignals von der Glucosekon
zentration bei einem Sensor gemäß Beispiel 7.
Das Expressionsplasmid YEpL/AD-GOD leitet sich von dem Plasmid
YEpL/GOD (Herstellung und Beschreibung, siehe DE-A-43 01 904,
Beispiel 1.1-1.5) ab. Das Plasmid YEpL/GOD enthält das GOD-Gen
aus Aspergillus niger und eignet sich zur rekombinanten Ex
pression und Sekretion von GOD in Saccharomyces cerivisiae.
Aus konstruktionstechnischen Gründen wurde das nicht essen
tielle positive Regulatorgen MAL2-8cp in YEpL/GOD (stimuliert
den für die GOD-Expression verwendeten α-Glucosidase Promotor)
durch einen Polylinker ersetzt. Dies ermöglicht die Konstruk
tion von C-terminalen GOD-Fusionsproteinen mittels einer nun
singulär vorhandenen Sphl Restriktionsschnittstelle.
Dazu wurde das Plasmid YEpL/GOD mit den Restriktionsendonuklea
sen BamHl und Mlul verdaut, das ca. 10,2 kBp lange BamHl/Mlul-
YEpL/GOD-Vektorfragment isoliert und mit dem folgenden, aus 2
Oligonukleotiden durch Hybridisierung hergestellten, DNA-Linker
ligiert.
Das gewünschte Plasmid YEpL/AD-GOD wurde durch Restriktions
kartierung identifiziert und weiter analysiert.
Das Expressionsplasmid YEpL/GOD-(His)₄ enthält ein GOD-Gen mit 4
zusätzlichen C-terminalen His-Resten. Die Isolierung und enzy
matische Charakterisierung von GOD-(His)₄ sind in DE-A-43 01 904
(Beispiele 4, 7 und 8) beschrieben.
Das Plasmid enthält ein modifiziertes GOD Gen, das für eine GOD
Enzymvariante kodiert, die C-terminal zusätzlich 4 Histidin
reste und einen Cysteinrest besitzt.
Das Plasmid YEpL/GOD-(His)₄Cys wurde entsprechend wie das Plas
mid GOD-(His)₄ mittels 2 komplementärer Oligonukleotide aus dem
Plasmid YEpL/AD-GOD hergestellt.
Dazu wurde das Plasmid YEpL/AD-GOD mit SphI und PvuII gespal
ten, das ca. 10,2 kBp lange SphI/PvuII-YEpL/GOD-Vektorfragment
isoliert und mit dem folgenden, aus 2 Oligonukleotiden durch
Hybridisierung hergestellten, DNA Linker ligiert.
Das gewünschte Plasmid YEpL/GOD-(His)₄Cys wurde durch Restrik
tionskartierung (neue EcoRI Schnittstelle) identifiziert und
durch partielle Sequenzierung (C-terminale Bereich des GOD
Strukturgens) weiter analysiert.
Die Expression, Reinigung und enzymatische Charakterisierung
erfolgte entsprechend wie für GOD-(His)₄ in DE-A-43 01 904,
(Beispiele 4, 7 und 8) beschrieben.
Das Plasmid enthält ein modifiziertes GOD Gen, das für eine GOD
Enzymvariante kodiert, die C-terminal zusätzlich einen Cystein
rest besitzt.
Das Plasmid YEpL/GOD-Cys wurde entsprechend wie das Plasmid
GOD-(His)₄Cys mittels 2 komplementärer Oligonukleotide aus dem
Plasmid YEpL/AD-GOD hergestellt.
Dazu wurde das Plasmid YEpL/AD-GOD mit SphI und PvuII gespal
ten, das ca. 10,2 kBp lange SphI/PvuII-Fragment isoliert und
mit dem folgenden, aus 2 Oligonukleotiden durch Hybridisierung
hergestellten, DNA Linker ligiert.
Das gewünschte Plasmid YEpL/GOD-Cys wurde durch Restriktions
kartierung identifiziert (neue EcoRI Schnittstelle) und durch
partielle Sequenzierung (C-terminaler Bereich des GOD Struktur
gens) weiter analysiert.
Die Expression, Reinigung und enzymatische Charakterisierung
erfolgte entsprechend wie für GOD-(His)₄ in der DE-A-43 01 904,
(Beispiele 4, 7 und 8) beschrieben.
Die C-terminalen GOD-Fusionsproteine GOD-(His)₄, GOD-(His)₄-Cys
und GOD-Cys verhalten sich in Hefe (in Wildtyp und glycosylie
rungsdefekten Hefestämmen) hinsichtlich Sekretion, Glycosylie
rung, Kohlenhydratanteil, spezifischer Aktivität, Thermo- und
pH-Stabilität wie das nicht modifizierte GOD Enzym.
Eine Lösung von 5 g (20 mmol) N-Succinimidyl-S-acetylthiopro
pionat (Herstellung vgl. Beispiel 28 von WO-A-92/10757) in 50
ml THF wurden tropfenweise zu einer Lösung von 2,14 g (20 mmol)
2-(2-Aminoethoxy)ethanol in 25 ml THF im Zeitraum von 15 Min.
zugegeben und für 2 Stunden bei 20°C gerührt. Nach Beendigung
der Reaktion (DC-Kontrolle) wurde das Reaktionsgemisch im
Vakuum eingedampft und durch Chromatographie an Silicagel
gereinigt.
Ausbeute 2,7 g
DC: Kieselgel 60
Eluens: Ethylacetat/Methanol = 7 : 3 + 1% Essigsäure
RF = 0,67
MS (Pos FAB) : MH⁺ = 236.
Ausbeute 2,7 g
DC: Kieselgel 60
Eluens: Ethylacetat/Methanol = 7 : 3 + 1% Essigsäure
RF = 0,67
MS (Pos FAB) : MH⁺ = 236.
600 ml einer 1 mol/l Lösung von Hydroxylamin in Methanol wurden
zu 2,7 g (8,7 mmol) der unter Punkt A hergestellten Verbindung
gegeben und für eine Stunde bei 20°C gerührt. Dann wurde das
Lösungsmittel im Vakuum eingedampft und der Rückstand wurde
dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Es wurden 1,5 g eines
öligen Rohprodukts erhalten und durch Flash-Chromatographie an
Kieselgel gereinigt. Diese Verbindung ist als Verdünnungsmole
kül einsetzbar.
Ausbeute: 0,86 g (farbloses Öl)
DC: Kieselgel 60,
Eluens: Dichlormethan/Methanol = 9/1
RF = 0,45
MS (pos. FAB) : MH⁺ = 194.
Ausbeute: 0,86 g (farbloses Öl)
DC: Kieselgel 60,
Eluens: Dichlormethan/Methanol = 9/1
RF = 0,45
MS (pos. FAB) : MH⁺ = 194.
C. Aus der unter Punkt B hergestellten Thiolverbindung wurde
durch Oxidation die Disulfidverbindung (Verbindung A)
hergestellt.
28 g Bromessigsäure wurden in 75 ml 2 N NaOH gelöst und auf 0°C
abgekühlt. N-Boc-L-Lysin wurde in 75 ml 2 N NaOH gelöst und
langsam zur Bromessigsäure getropft. Nach dem Zutropfen wurde
das Eisbad entfernt, auf 70°C erwärmt und weitere 2 Stunden
gerührt. Die Lösung wurde auf das halbe Volumen eingeengt und
anschließend mit 300 ml 1 N HCl versetzt. Dabei bildete sich
ein weißer Niederschlag. Der Ansatz wurde 3-4 Stunden bei 4°C
stehengelassen, abgesaugt und der Rückstand 1 × mit Eiswasser
gewaschen und getrocknet. Die Substanz (15,3 g) wurde anschlie
ßend in 100 ml Chloroform suspendiert. 20 ml Trifluoressigsäure
wurden zugegeben und 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Chloroform und Trifluoressigsäure wurden am Hochvakuum abgezo
gen und der zähe Rückstand wurde mit 100 ml Ether versetzt und
gerührt, bis sich ein weißer Feststoffabschied. Die Substanz
wurde abgesaugt, gewaschen und getrocknet (Ausbeute 15,3 g).
1,5 g dieser Substanz wurden in 30 ml Methanol und 1,62 g
Triethylamin gelöst. Unter Rühren wurden 0,92 g N-Succinimidyl-
S-acetylthioacetat zugegeben. 3 Stunden wurde bei Raumtempera
tur gerührt und anschließend das Lösungsmittel abgezogen. Das
Produkt wurde über eine Kieselgelsäule gereinigt (Ausbeute 2
g). Dieses Produkt wurde anschließend unter Stickstoff in 40 ml
12,5%iger Ammoniaklösung gelöst und 1 Stunde bei Raumtemperatur
gerührt. Die Lösung wurde am Hochvakuum eingeengt und das
Produkt anschließend säulenchromatographisch isoliert (Ausbeute
500 mg).
10,9 g Dithiodipropionsäure, 12,7 g N-Hydroxysuccinimid und
22,7 g Dicyclohexylcarbodiimid wurden in 100 ml DMF und 100 ml
Dioxan gelöst und 12 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. An
schließend wurde der Niederschlag abgesaugt und das Lösungs
mittel abgezogen. Man erhielt 18,5 g eines öligen Rückstandes.
2,06 g des Produkts wurden in 100 ml Dioxan gelöst. Zu dieser
Lösung wurden 2,78 g Mono-N-Boc-1,8-diamino-3,6-dioxaoctan
gegeben und bei Raumtemperatur 12 Stunden gerührt. Anschließend
wurde der Ansatz mit 2,2 ml Trifluoressigsäure versetzt, am
Rotationsverdampfer bis auf ca. 20 ml eingeengt und säulen
chromatographisch gereinigt. Man erhielt nach Abziehen des
Lösungsmittels ca. 4 g eines öligen Produkts. Dieses Produkt
wurde in 50 ml Dioxan gelöst und zu dieser Lösung wurden 3,1 g
Maleimidohexanoyl-N-hydroxy-succinimidester in 10 ml Dioxan
gegeben. Der Ansatz wurde 12 Stunden bei Raumtemperatur ge
rührt, anschließend das Lösungsmittel abgezogen und säulen
chromatographisch gereinigt. Vom Produkt wurden 190 mg als
weißes Pulver erhalten.
Auf Polycarbonatträger wurden nacheinander 2 × 40 nm Gold
aufgedampft. Die Träger wurden anschließend in 5 · 10-4 mol/l
eines Gemisches aus der Biotinverbindung B (Synthese: siehe
Beispiel 29 von W0-A-92/10757) und Verbindung A (Synthese:
siehe Beispiel 2) im molaren Verhältnis von 1 : 10 in Wasser 1 h
lang inkubiert. Nach gründlichem Waschen in Wasser wurde im
Argonstrom getrocknet.
Die elektrochemische Umsetzung von 1 mmol/l K₄[Fe(CN)₆]
und N,N-Dimethylnitrosoanilin wurde mit Hilfe der Cyclovoltam
metrie charakterisiert. Während eine unverdünnte SAM aus der
reinen Verbindung B die Umsetzung von Hexacyanoferrat nahezu
vollständig verhinderte, wurde durch das Aufbringen einer
Mischschicht eine gute Leitfähigkeit der Oberfläche hergestellt
(Abb. 2). Oberflächenplasmonen-Resonanz- und Kontaktwinkelmes
sungen wiesen auf eine dichte Belegung der Oberfläche hin.
Die mit Bindemolekül (Verbindung B) und Verdünner (Verbindung
A) beschichtete Elektrode wurde anschließend 1 h lang in eine
Lösung von Streptavidin (1 mg/ml) in 0,1 mol/l Kaliumphosphat
puffer pH 7,0 getaucht, mit Puffer gespült und 1 h in einer
Lösung von biotinylierter Glucoseoxidase in oben genanntem
Puffer (1 mg/ml) inkubiert. Nach erneutem gründlichem Spülen
mit Puffer und Wasser war der Sensor einsatzfähig.
Die Bestimmung des Analyten, in diesem Fall Glucose (10
mmol/l), erfolgte amperometrisch. Der Probelösung wurde Media
tor, z. B. N-Nitrosoanilin in einer Konzentration von 1·10-3
mol/l, zugegeben und nach einer Inkubationszeit von 2 min. der
Strom bei entsprechend dem Mediator angelegten Potential, hier
240 mV, gemessen.
Es wurden mit diesem Sensor nur sehr geringe Ströme bei Gluco
sezusatz erzielt, obwohl die GOD-Aktivität photometrisch nach
weisbar war. Die in WO-A-92/10757 beschriebene Universalbinde
phase ist somit für elektrochemische Enzymsensoren nicht opti
mal. Die nächsten Beispiele beschreiben die Veränderung des
Bindemoleküls, um zu einem für elektrochemische Anwendungen ge
eigneten Aufbau zu kommen.
Die Goldträger entsprachen denen aus Beispiel 5. Die Träger
wurden in 2·10-3 mol/l eines Gemisches aus Verbindung C (Mercap
tonitrilotriessigsäure) und Verbindung A in Methanol 1 h lang
inkubiert. Nach gründlichem, aufeinanderfolgendem Waschen in
reinem Methanol und Wasser wurde 10 min. in einer 0,2%igen
Lösung von NiCl₂ in Wasser inkubiert, wieder mehrmals in Wasser
gewaschen und im Argonstrom getrocknet.
Die Schicht wurde mit Hilfe der Cyclovoltammetrie charakteri
siert (vgl. Beispiel 5). Während beim Aufbringen der reinen
Verbindung C der Umsatz redoxaktiver Substanzen wie K₄[(Fe(CN)₆]
sehr stark erschwert war, führte die zusätzliche Bindung der
Verbindung A auf der Goldoberfläche zu einer guten Reaktion des
Mediators an der Elektrode (Abb. 3).
Auf Genebene modifizierte Glucoseoxidase, die C-terminal mit
Histidinresten verlängert ist (vgl. Beispiel 1), wurde über
Metallchelatbindung an die Festphase gebunden, indem man den
modifizierten Träger 1 h in eine Lösung des Enzyms in 0,1 mol/l
Kaliumphosphatpuffer pH 7,0 tauchte.
Die funktionsabhängige Bewertung fand wie in Beispiel 5 be
schrieben mit einer 10 mmol/l Glucoselösung, N,N-Dimethyl-4-
nitrosoanilin als Mediator und einem Potential von 240 mV
statt. Abb. 4 und Tab. 1 zeigen, daß der gewählte Sensoraufbau
zu einer deutlich höheren Sensitivität führte als die direkte
Immobilisierung des Enzyms auf der Goldoberfläche und die
Immobilisierung auf der reinen Verbindung C. Ein molares Ver
hältnis der Verbindungen C und A von 10 : 1 erwies sich als am
günstigsten. Im Gegensatz dazu kam es nicht zu einer Bindung
des Enzyms an Oberflächen der reinen Verbindung A. Das Signal
an einem Sensor, der mit einem Gemisch der Verbindungen A und C
beschichtet war, verhielt sich proportional zum Gehalt der
Glucose in der Probelösung (Abb. 5). Zudem war das Signal bei
mehreren aufeinanderfolgenden Messungen stabil (Abb. 6).
Die Goldträger entsprachen denen aus Beispiel 1. Sie wurden 1 h
in einer Lösung der Verbindung D ("Maleimidlinker") und Ver
bindung A im molaren Verhältnis von 10 : 1 (beste Ergebnisse) und
in einer Gesamtkonzentration von 1·10-3 mol/l in Methanol inku
biert. Nach gründlichem Waschen in Methanol und Wasser wurde im
Argonstrom getrocknet.
Das Cyclovoltammogramm mit 1 mmol/l K₄[Fe(CN)₆] zeigt, daß die
dicht gepackte Schicht der reinen Verbindung D den Umsatz von
N,N-Dimethylnitrosoanilin stark verringerte. Durch einen Zusatz
der Verbindung A wurde diese Barriere aufgehoben, und die Ober
fläche verhielt sich bezüglich der Redoxreaktion ähnlich aktiv
wie reines Gold (Abb. 7).
Anschließend erfolgte eine einstündige Inkubation des Trägers
in einer Lösung von SH-modifizierter Glucoseoxidase GOD-Cys (1
mg/ml) in 0,1 mol/l Kaliumphosphatpuffer pH 7,0. Dabei wurde
das Enzym kovalent über die Thiolgruppen an die Maleimid-End
gruppe des Linkers gebunden. Die Bestimmung des Analyten wurde,
wie in Beispiel 5 beschrieben, durchgeführt. Abb. 8 zeigt die
Zunahme des Stromes mit der Analytkonzentration.
Claims (29)
1. Elektrochemischer Sensor, enthaltend
ein Trägermaterial, das eine Edelmetalloberfläche auf
weist,
eine adsorptiv an das Trägermaterial gebundene und im wesentlichen lateral homogene Monoschicht auf der Ober fläche des Trägermaterials, wobei die Monoschicht Bindemo leküle umfaßt, die über Ankergruppen an das Trägermaterial gebunden sind,
wobei die Bindemoleküle über ein ionische Bindung, eine kovalente Bindung oder eine Metallchelatbindung mit einem enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind und wobei der Belegungsgrad der Bindemoleküle auf dem Trägermaterial geringer als der maximale Belegungsgrad ist.
eine adsorptiv an das Trägermaterial gebundene und im wesentlichen lateral homogene Monoschicht auf der Ober fläche des Trägermaterials, wobei die Monoschicht Bindemo leküle umfaßt, die über Ankergruppen an das Trägermaterial gebunden sind,
wobei die Bindemoleküle über ein ionische Bindung, eine kovalente Bindung oder eine Metallchelatbindung mit einem enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind und wobei der Belegungsgrad der Bindemoleküle auf dem Trägermaterial geringer als der maximale Belegungsgrad ist.
2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermaterial eine Gold- oder Palladiumoberfläche
aufweist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankergruppen Thiol-, Disulfid-, oder/und Phosphin
gruppen sind.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Monoschicht weiterhin Verdünnungsmoleküle umfaßt,
die über Ankergruppen adsorptiv an das Trägermaterial
gebunden und nicht mit einem enzymatisch aktiven Protein
verknüpft sind.
5. Sensor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das molare Verhältnis von Bindemolekülen zu Verdün
nungsmolekülen im Bereich von 1 : 100 bis 100 : 1 ist.
6. Sensor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das molare Verhältnis von Bindemolekülen zu Verdün
nungsmolekülen im Bereich von 1 : 50 bis 50 : 1 ist.
7. Sensor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das molare Verhältnis von Bindemolekülen zu Verdün
nungsmolekülen im Bereich von 1 : 20 bis 20 : 1 ist.
8. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das enzymatisch aktive Protein aus der Gruppe der
Enzyme ausgewählt ist, die eine Reaktion katalysieren, bei
der Verbindungen entstehen oder/und verbraucht werden, die
elektrochemisch detektierbar sind.
9. Sensor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das enzymatisch aktive Protein eine Oxidoreductase
oder Hydrolase ist.
10. Sensor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das enzymatisch aktive Protein eine Glucose-Oxidase
(E.C.1.1.3.4) ist.
11. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das enzymatisch aktive Protein ein rekombinantes Enzym
ist.
12. Sensor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das enzymatisch aktive Protein durch N- oder/und C-
terminale Anfügung von einem oder mehreren Aminosäurere
sten, ausgewählt aus basischen Aminosäuren, sauren Amino
säuren, chelatbildenden Aminosäuren oder Cysteinresten
modifiziert ist.
13. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemoleküle über eine ionische Bindung mit dem
enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind, wobei die
Bindung zwischen einer geladenen Endgruppe des Bindemole
küls und einem entgegengesetzt geladenen Bereich des enzy
matisch aktiven Proteins erfolgt.
14. Sensor nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die geladene Endgruppe des Bindemoleküls mindestens
eine Aminofunktion umfaßt und der entgegengesetzt geladene
Bereich des enzymatisch aktiven Proteins mindestens einen
Aspartat- oder/und Glutamatrest umfaßt.
15. Sensor nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die geladene Endgruppe des Bindemoleküls mindestens
eine Carboxylat- oder/und Sulfonatfunktion umfaßt und der
entgegengesetzt geladene Bereich des enzymatisch aktiven
Proteins mindestens einen Arginin- oder/und Lysinrest
umfaßt.
16. Sensor nach einem der Ansprüche 1-12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemoleküle über eine kovalente Bindung mit dem
enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind, wobei die
Bindung zwischen einer reaktiven Endgruppe des Bindemole
küls und einer reaktiven Gruppe des enzymatisch aktiven
Proteins erfolgt.
17. Sensor nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die reaktive Endgruppe des Bindemoleküls eine Malei
midgruppe umfaßt und die reaktive Gruppe des enzymatisch
aktiven Proteins einen Cysteinrest umfaßt.
18. Sensor nach einem der Ansprüche 1-12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindemoleküle über eine Metallchelatbindung mit
dem enzymatisch aktiven Protein verknüpft sind, wobei die
Bindung zwischen einer chelatbildenden Endgruppe des Bin
demoleküls, einem Metallion und einem chelatbildenden
Bereich des enzymatisch aktiven Proteins erfolgt.
19. Sensor nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die chelatbildende Endgruppe des Bindemoleküls eine
Di- oder Tricarboxylatgruppe umfaßt und der chelatbildende
Bereich des enzymatisch aktiven Proteins mindestens einen
Histidinrest umfaßt.
20. Sensor nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallion ein Nickel-, Eisen-, Kobalt-, Kupfer-
oder Zinkion ist.
21. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemolekül zwischen der Ankergruppe und der zur
Bindung mit dem enzymatisch aktiven Protein fähigen End
gruppe einen Spacer enthält.
22. Sensor nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spacer eine gegebenenfalls Heteroatome enthaltende
Alkylenkette mit einer Länge von 4-30 Atomen ist.
23. Elektrochemischer Sensor enthaltend
ein Trägermaterial, das eine Edelmetalloberfläche auf
weist,
eine adsorptiv an das Trägermaterial gebundene und im
wesentlichen lateral homogene Monoschicht auf der Ober
fläche des Trägermaterials, wobei die Monoschicht Bindemo
leküle umfaßt, die über Ankergruppen an das Trägermaterial
gebunden sind, wobei die Bindemoleküle über eine ionische
Bindung mit mindestens einem geladenen Aminosäurerest am
N- oder/und C-Terminus eines enzymatisch aktiven Proteins
verknüpft sind.
24. Elektrochemischer Sensor enthaltend
ein Trägermaterial, das eine Edelmetalloberfläche auf
weist,
eine adsorptiv an das Trägermaterial gebundene und im
wesentlichen lateral homogene Monoschicht auf der Ober
fläche des Trägermaterials, wobei die Monoschicht Bindemo
leküle umfaßt, die über Ankergruppen an das Trägermaterial
gebunden sind, wobei die Bindemoleküle über eine Metall
chelatbindung mit mindestens einem chelatbildenden Amino
säurerest am N- oder/und C-Terminus eines enzymatisch
aktiven Proteins verknüpft sind.
25. Verfahren zur Bestimmung eines Analyten in einer Probelö
sung,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Probelösung mit einem Sensor nach einem der
Ansprüche 1-24 unter Bedingungen, die zu einer elektroche
misch nachweisbaren Reaktion des Analyten führen, kontak
tiert und die Reaktion des Analyten durch eine elektroche
mische Messung bestimmt.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß man Glucose als Analyten bestimmt.
27. Verbindung der allgemeinen Formel
A-(Sp-X)n (I),worin A eine HS- oder H₂P-Gruppe und n 1 bedeutet oder A
eine -SS-Gruppe und n 2 bedeutet,
Sp einen Spacer mit einer Kettenlänge von 4-30 Atomen bedeutet und X eine Maleimidgruppe oder eine Gruppe mit mindestens zwei positiven oder negativen Ladungen bedeu tet.
Sp einen Spacer mit einer Kettenlänge von 4-30 Atomen bedeutet und X eine Maleimidgruppe oder eine Gruppe mit mindestens zwei positiven oder negativen Ladungen bedeu tet.
28. Verbindung nach Anspruch 27, worin X eine Guanidiumgruppe
oder eine Gruppe der Formel (II)
ist.
29. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 27 oder 28 zur
Herstellung eines elektrochemischen Sensors.
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