Langlebige ß-D-Glucose- und L-Lactat-Biosensoren für kontinuierliche Durchflußmessungen zur „fouling”-resistenten und selektivitätsoptimierten Serum- und Hämoanalytik

Abstract

Zusammenfassung: Es werden bioelektrochemische Membranelektroden zur O 2 -sensitiv-enzymatischen Durchflußanalyse von ß-D-Glucose und L-Lactat beschrieben. Die Enzymmembranen der Biosensoren basieren auf derQuervernetzung von Glucose-Oxidase-oder Lactat-Oxidase-Molekülen durch Glutardialdehyd zwischen zwei Dialysemembranen. Anhand einer Gegenüberstellung zur redoxmediatorfreien H 2 O 2 -Detektion und im Vergleich zu photometrischen Bestimmungsmethoden wird ihre Verläßlichkeit in der Elektroanalytik verdünnter Seren durch die Vermessung von Richtigkeitskontrollseren demonstriert. Die kontinuierliche Hämoanalytik im ungerinnbaren Blut erfolgt nach dem Prinzip der Zwischenträgeranalyse auf der Basis von Additivsystemen. Die tangentiale Anströ-mung des Miniatur-Dialysators mit zirkulärer Kanalfuhrung minimiert eine Porenverlegung der Dialysemembran durch Erythrocyten, Leukocyten oder Proteine. Eine Oxigenatorpumpe zum Gasaustausch zwischen der gepufferten Trägerlösung und der umgebenden Atmosphäre ist der Garant für einen konstanten Sauerstoffpartialdruck im Carrierstrom. Die durch die Oxigenatorpumpe erzeugten Pulsationen werden durch eine miniaturisierte Druckausgleichskammer mit vernachlässigbarem Totraumvolumen für die Enzymmembran des Sensors gedämpft. Glutardialdehyd wirkt als Hemmstoff für mikrobielles Wachstum im Kanalsystem und beugt damit einer unerwünschten Sauerstoffzehrung durch Mikroorganismen vor, so daß auch in proteinhaltigen Meßmedien eine "fouling <c -resistente Applikation der Etizymelektroden ermöglicht wird. Daher kann das bioelektrochemische Meßsystem auch in anderen Medien wie Fermentationslösungen zur Elektroanalytik eingesetzt werden. Bei kontinuierlichem Durchflußbe-trieb wurde ein Wechsel der Glucose^Oxidase-Membranen nach 100 bis 150 Tagen und der Lactat-Oxidase-Membranen nach 3 bis 6 Wochen vorgenommen. Longjunctioning ß^D-glucose and L-lactate biosensors for continuous flow-through measurements for tt fouling"-resistant and selectivity^optimized serüm-and haemoanalysisSummary: Bioelectrochemical membrane-electrodes for O 2 -sensitive enzymatic flow-through analysis of ß-Z>-glucose and L-lactate are described. The enzymenrnembranes of the biosensors consist of glucose-oxidase or lactateoxidase molecules cross-linked with glutardialdehyde between two dialysis membranes. The accuracy of the biosensors is demonstrated by electroanalysis of diluted control serum and compared with redox-mediator-free H 2 O 2 detection and photometric methods. Continuous haemoanalysis of uncoagulated blood was carried out, using an intermediate carrier stream with additive Systems. Tangential Streaming to the miniaturized dialysis chamber with a oireular channel minimkes blockage of the pores of the dialysis membrane by erythrocytes, leukocytes or protein.An oxygenator pump for the exchange of gases between the buffered solution of the intermediate carrier and the surrounding atmosphere guarantees a constant oxygen partial pressure within the carrier stream. The pulsations produced by the oxygenator pump are ...

Kurzberichte

“…Daher wurden für beide Aldehyde weiterhin alle Messungen zwischen l und 5 Gew.-% unter Anwendung der Zwischenträgeranalyse [2] Tf^ir .» ^· «^* «Hfc · : * · " ' _ · * · · A' ···« fl * ^ ·"> ->> '· ·"*·-->' …”

“…Die bakteriziden Wirkungen von Glutardialdehyd können zur Supprimierung eines "biofoulings" [1] in elektroanalytischen Meßsystemen mit ß-D-Glucose-und L-Lactat-Biosensoren ausgenutzt werden [2]. Ebenfalls sind die desinfizierenden Eigenschaften wäßriger Formaldehyd-Lösungen bekannt.…”

O 2 -sensitive L-Lactat-Biosensoren mit Enzymmembranen auf der Basis von L-Lactat-2-monooxygenase und L-Lactat-Oxidase im elektroanalytischen Vergleich - An Electro-analytical Comparison of O2-sensitive L-lactate Biosensors. Using Enzyme Membranes on the Basis of L-lactate-2-monooxygenase and L-lactate oxidase

“…Da L-Lactat-Oxidase (LOD) und L-Lactat-2-monooxygenase (LMOG) gleichermaßen ihr Substrat L-Lactat unter Sauerstoffverbrauch umsetzen, ist die reaktandenbezogene Messung des Analyten in beiden Fällen nach den Gleichungen (1) und (7) über den Sauerstoffverbrauch mittels O 2 -Detektoren ausführbar [14][15][16]; bei einer elektrochemischen Erfassung der Reaktionsprodukte können nach Gleichung (1) der H 2 O 2 -Sensor [13] und nach Gleichung (7) die gassensitive CO 2 -Elektrode als Detektoren herangezogen werden.…”

“…Die Der Supprimierung mikrobiellen Wachstums innerhalb des Durchnußmeßsystems diente das bakterizid wirkende Glutardialdehyd (GDA) [16]. Die täglich einmalige Applikation von l ml 0,25 Vol.% GDA-Lösung sicherte die "Fouling"-resistente Funktionsweise der O 2 -sensitiv-enzymatischen Biosensoren bei Serum-bzw.…”

“…Biologisches "Fouling" mit mikrobieller Sauerstoffzehrung kann durch GDA wirksam supprimiert werden [16]. Dies stellt eine ganz wesentliche Wende in der biokompatiblen Applikation mikrobiell wirksamer Hemmstoffe für L-Lactat-Sensoren ebenso wie für ß-D-Glucose-Sensoren dar.…”