179570. lajstromszámú szabadalom • Molekula-szelektív érzékelő és eljárás annak előállítására
3 179570 4 Az ismert elektródok sérülékenyek, mechanikai szilárdságuk kicsi és válaszidejük hosszú, pl. 2 ... 8 perc. Egy további, főleg használatuk során jelentkező hátrány, - hogy az amperometriás jelzőelektródban pl. platinaelektródban oldott gáz pl. oxigén gáz, vagy a felületén létrejött oxidréteg, továbbá a használat eredményeként a jelzőelektród felületén kialakult fém pl. ezüst-szennyezés vagy egyéb — szigetelő sajátságra réteg kedvezőtlenül befolyásolja a jel-zaj viszonyt, csökkenti a jelzőelektród aktív felületét, az érzékelő által szolgáltatott jel nagyságát. A felsorolt hátrányok elegendőek voltak arra, hogy az igényelt egyszerű és szelektív méréstechnikát biztosító érzékelők a gyakorlatban ne terjedjenek el és a kereskedelmi forgalomban ne jelenjenek meg. A találmány célja olyan molekula-szelektív érzékelő konstrukció biztosítása, amely egyszerűen, rövid idő alatt, különleges szakértelem nélkül és reprodukálhatóan állítható elő, továbbá, amelynél az érzékelő élettartama az ismertekének többszöröse pl. 1/2 ... 1 év, a mechanikai szilárdság nagy, a válaszidő rövid pl. 20 ... 30 másodperc. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy a célkitűzéseknek megfelelő minőségű érzékelők úgy állíthatók elő, hogy az érzékelő működéséhez szükséges enzim katalizátort vagy katalizátorokat fehérje alapú, természetes struktúrájú membránon, pl. bélfalon kémiailag kötjük meg és ezt az aktivált membránt használjuk fel az érzékelő reakció rétegének kiképzésére. A fehérje alapú, természetes membránok (halfélék légpólyája, emlősök, hüllők bőr részlete, egyes állatfajok szaruhártyája, bélfala, stb.) mechanikai szilárdsága — a válaszidő szempontjából előnyös vékonysága (10 /um) ellenére — éppen struktúrájuk következtében kiváló, a membránokat felépítő aminosavak aktív amino-csoportjainak koncentrációja az ugyancsak fehérje alapú enzimek kémiailag történő megkötése, immobilizálása szempontjából optimális és állandó, így széles koncentráció-tartományban használható, rövid válaszidejű érzékelők állíthatók elő. Az aktivált természetes membránok az immobilizálás után — tekintettel arra, hogy az enzimek természetes környezetben nyertek elhelyezést - szárazon, adott esetben szobahőmérsékleten is hosszú ideig pl. 1/2 év tárolhatók anélkül, hogy aktivitásuk jelentősen változna. A természetes alapú membránok víz, gáz és ionátjárhatósága a méréstechnikai feladatok szempontjából ideális. További hasznos sajátságuk, hogy a reagensként vagy reakciótermékként szereplő gázok vagy ionok átjárhatóságának biztosítása mellett a mérést esetleg zavaró nagy molekulasúlyú anyagokkal - ez lehet maga a szubsztrátum vagy egyéb a mintában levő anyag — szemben át nem eresztő rétegként viselkednek, miáltal jelentősen csökken vagy teljesen elmarad a különböző koncentrációjú minták cseréje során fellépő hiszterézis jelensége. A találmány szerinti elektród kialakítható úgy is, hogy az érzékelő reakció rétegének kiképzésére egy, két reakció réteggel rendelkező vagy több egymásra rétegezett egy vagy két reakció réteggel rendelkező természetes membránt használunk fel. Ebben az elrendezésben mindegyik membránfelület más és más sajátságú enzimet tartalmaz immobilizált állapotban. /3-glükozid szelektív érzékelő esetében a minta felé eső membrán felülete /3-glükozidázt, a jelzőelektród felé eső membrán glükóz-oxidázt tartalmaz. Az első membránon levő enzim, a /3-glükozidáz a meghatározandó komponens, a /3-glükozid (pl. amigdalin, szalicin) és a víz között hidrolízis reakciót hoz létre, amelynek egyik terméke glükóz. A második membránon levő enzim, a glükóz-oxidáz a keletkezett glükóz és az oxigén közötti reakciót katalizálja. Az oxigén a membránok mögött elhelyezkedő jelzőelektródon koncentrációjával arányos mérőjelet hoz létre. Az oxigén-koncentráció csökkenéssel arányos jel a meghatározandó komponens koncentrációjával jól definiált függvénykapcsolatban van. Ezzel a kiviteli elrendezéssel méréstechnikai egyszerűsítések és szelektivitás növelés érhető el, ugyanakkor olyan termékek meghatározására is lehetőség van, amelyek egylépcsős reakcióban nem hoznak létre mérhető terméket vagy változást a mérhető anyag koncentrációjában vagy aktivitásában. A találmány szerinti elektród megvalósítható úgy is, hogy a reakció réteget képező természetes struktúrájú membrán szeparált felületrészletein, vagy adott felületrészletén statisztikusan homogén eloszlásban más és más enzim-fajta van megkötve és a felületrészlethez egy vagy több jelzőelektród tartozik. Ezzel az elrendezéssel méretnövelés nélkül többfunkciós molekula-szelektív érzékelők állíthatók elő, miáltal ugyanabban a mintában egyidejűleg több komponens meghatározása valósítható meg, vagy a mérést zavaró anyagok koncentrációjának párhuzamos mérésével azok hatása automatikusan vagy kézi úton számításba vehető. A találmány szerinti molekula-szelektív érzékelők más változatainál pl. ipari rendeltetésű érzékelők esetében a reakció réteg mechanikai hatásokkal szembeni védelme és szilárdságuk növelése céljából a természetes struktúrájú membránnal érintkezésben inert, műanyag háló vagy szövedék van elhelyezve. Más változataiknál — az igen rövid válaszidő elérése érdekében — a természetes struktúrájú membrán egyik oldalának felületi rétegében van kialakítva az enzimet immobilizált állapotban tartalmazó reakció réteg és másik oldalának felületi rétegében impregnálást követő térháló sí tással létrehozott gázátjárható vagy ioncserélő sajátságú réteg van kialakítva. A találmány szerinti molekula-szelektív. érzékelőket úgy állítjuk elő, hogy a természetes struktúrájú membrán felületét enzimet és kémiai kötés létrehozására alkalmas bífunkcíonális reagens anyagot pl. glutáraldehidet tartalmazó oldattal szobahőmérsékleten kezeljük. A kapcsolási reakció befejeztével a membránokat desztillált vizes fürdőbe helyezzük, ahol az oldható állapotban maradt részeket kioldjuk. A kioldási művelet befejeztével a membránok mérőkész állapotban vannak. Ezután adott esetben előkészítjük a fém jelzőelektródot. A jelzőelektród felületét tisztítás céljából néhány percig salétromsavba helyezzük, ezután vízzel lemossuk, majd az oxidok és a fém jelzőelektródban fizikailag oldott oxigén átalakítása érdekében redukáló anyagot pl. aszkorbinsavat tartalmazó fürdőben tartjuk. A kész membránt adott esetben gáz vagy gáz és oldott anyag számára átjárható hártyával együtt felhelyezzük az érzékelő burkoló-testére, a jelző és vonatkozási elektródot pedig be-5 19 15 20 5 90 95 40 45 50 55 60 65 2
