CZ2003409A3

CZ2003409A3 - Elektrochemický způsob měření rychlostí chemických reakcí

Info

Publication number: CZ2003409A3
Application number: CZ2003409A
Authority: CZ
Inventors: Alastair Hodges; Ron Chatelier
Original assignee: Lifescan, Inc.
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-10-15
Also published as: MXPA03000382A; KR20030036605A; WO2002006788A8; SG138459A1; WO2002006806A3; IL153585A0; AU2001282890A1; KR20030036609A; WO2002006828A2; JP2004530099A; HK1055147A1; WO2002006788A3; AU2001276888B2; MXPA03000383A; WO2002008763A3; CN1252471C; NO20030017L; NO20030027L; CA2416207A1; KR20030038664A

Description

Elektrochemický způsob měření rychlostí chemických reakcí

Oblast techniky

Tento vynález se týká měření postupu chemické reakce, která generuje elektroaktivní produkt reakce, který je potom zjištěn na elektrodě měřením proudu nebo měřením náboje. Způsob je užitečný při použitích, při kterých je žádoucí sledovat postup chemické reakce, zvláště při použitích senzorů, při kterých může postup reakce analytického vzorku být užitečný k určení koncentrace analytického vzorku.

Dosavadní stav techniky

V elektrochemii, používající měření proudu, může být proud protékající v elektrodě použit jako míra koncentrace elektroaktivního druhu reagujícího elektrochemicky na pracovní elektrodě. Při měření náboje se proud protékající v elektrodě v čase integruje, aby se dostalo celkové množství prošlého náboje, který dává míru množství elektroaktivního materiálu reagujícího na pracovní elektrodě. Protékající proud (nebo náboj procházející v libovolném čase) v elektrodě je závislý na rychlosti přenosu elektroaktivního druhu k pracovní elektrodě. Když je významná koncentrace elektroaktivního druhu umístěna blízko k elektrodě a na elektrodu se přiloží elektrický potenciál dostatečný aby elektrochemicky reagoval na elektrochemický druh na rozhraní elektroda/roztok, poteče zpočátku větší proud, který se s Časem zmenšuje. Pro izolovanou elektrodu, na které potenciál přiložený na elektrodu je • · • · ·· · · ·»· ·♦· dostatečný k reakci elektroaktivního druhu účinně okamžitě po dojití na elektrodu a kde přenos elektroaktivního druhu na elektrodu je řízen difúzí, bude proud sledovat křivku známou v oboru jako Cottrellova rovnice. Podle této rovnice se proud mění inverzně s druhou odmocninou času. Toto dává proud, který klesá s časem když se elektroaktivní druh, který reaguje na elektrodě, blízko u elektrody vyčerpává a tak elektroaktivní druh se musí s postupem času k dosažení elektrody přemístit ze vzdálenějšího a ještě vzdálenějšího místa.

Když kromě elektrochemické reakce elektroaktivního druhu na elektrodě se chemickou reakcí generuje elektroaktivní druh blízko pracovní elektrody, stane se tvar proudu protékajícího v elektrodě složitým. Reakce elektrody vede ke zmenšení koncentrace elektroaktivního druhu blízko pracovní elektrody, zatímco chemická reakce vede ke zvětšení koncentrace elektroaktivního druhu v této oblasti. Chování těchto dvou procesů v závislosti na čase se proto směšuje a je obtížné měřit kinetiku chemické reakce z protékajícího proudu (nebo procházejícího náboje) v elektrodě.

Z tohoto důvodu se v publikované literatuře obecně rychlosti chemických reakcí neměří elektrochemicky, s výjimkou specializovaných aplikací používajících specializovaného zařízení. Příklad takového zařízení je v oboru znám jako rotační kruhová/disková elektroda. Tento přístroj se dá použít jen pro relativně rychlou kinetiku reakce a požaduje, aby se elektroda točila při známé řízené rychlosti s dobře charakterizovanou hydrodynamikou kapaliny.

Podstata vynálezu

Poskytnutý způsob umožňuje vyjmout informaci o rychlosti chemické reakce použitím jednoduchého elektrochemického způsobu a zařízení.

• · • fcfc · • ··· · · ··· fcfcfc fcfcfc · • fc · fcfc ·

V prvním aspektu je poskytnut způsob měření rychlosti chemické reakce mezi složkou kapalného vzorku a činidlem, reakce produkuje elektroaktivní druh, obsahující poskytnutí elektrochemické komory, která má pracovní elektrodu, protilehlou elektrodu a alespoň jednu stenu; podstatné znehybnění činidla v elektrochemické komoře v místě reakce v minimální vzdálenosti od pracovní elektrody, přičemž vzdálenost je taková, že přenos elektroaktivního druhu z místa reakce do pracovní elektrody je řízen difúzí; umístění kapalného vzorku v elektrochemické komoře tak, že kapalný vzorek je ve styku s činidlem, pracovní elektrodou a protilehlou elektrodou; reagování složky s činidlem k vytvoření elektroaktivního druhu; přiložení potenciálu mezi pracovní elektrodu a protilehlou elektrodu, přičemž potenciál je dostatečný, aby elektrochemicky reagoval na elektroaktivní druh na pracovní elektrodě; a měření proudu vytvořeného elektrochemickou reakcí na pracovní elektrodě k získání míry rychlosti chemické reakce.

V jednom aspektu tohoto provedení pracovní elektroda a protilehlá elektroda jsou dostatečně prostorově rozmístěny, takže produkt elektrochemické reakce vyskytující se na protilehlé elektrodě nedosáhne pracovní elektrodu, když se měří proud. Pracovní elektroda a protilehlá elektroda mohou být od sebe prostorově rozmístěny ve vzdálenosti větší než asi 500 mikrometrů; mezi asi 500 mikrometry a asi 5 milimetry; nebo mezi asi 1 milimetrem a asi 2 milimetry. Pracovní elektroda a protilehlá elektroda mohou být umístěny na stejné rovině.

V jiném aspektu tohoto provedení místo reakce a pracovní elektroda jsou odděleny minimální vzdáleností v rozsahu od asi 10 mikrometrů do asi 5 milimetrů; od asi 50 mikrometrů do asi 500 mikrometrů; nebo od asi 100 mikrometrů do asi 200 mikrometrů.

fcfcfc • fcfcfc·

V jiném aspektu tohoto provedení je protilehlá elektroda schopná fungovat jako kombinovaná protilehlá/referenční elektroda. Elektrochemická komora může dále obsahovat referenční elektrodu.

V jiném aspektu tohoto provedení pracovní elektroda funguje jako anoda a může obsahovat platinu, palladium, uhlík, uhlík v kombinaci s jedním nebo více inertními pojivý, iridium, oxid india, oxid cínu, indium v kombinaci s oxidem cínu ajejich směsi.

V jiném aspektu tohoto provedení pracovní elektroda funguje jako katoda a může obsahovat platinu, palladium, uhlík, uhlík v kombinaci s jedním nebo více inertními pojivý, iridium, oxid india, oxid cínu, indium v kombinaci s oxidem cínu, ocel, nerezovou ocel, měď, nikl, stříbro, chrom ajejich směsi.

V jiném aspektu tohoto provedení protilehlá elektroda obsahuje platinu, palladium, uhlík, uhlík v kombinaci s inertními pojivý, iridium, oxid india, oxid cínu, indium v kombinace s oxidem cínu, ocel, nerezovou ocel, měď, nikl, chrom, stříbro a jejich směsi. Protilehlá elektroda může také obsahovat stříbro potažené podstatně nerozpustnou stříbrnou solí takovou jako je chlorid stříbrný, bromid stříbrný, jodid stříbrný, ferrokyanid stříbrný a ferrikyanid stříbrný.

V jiném aspektu tohoto provedení je místo reakce umístěno na protilehlé elektrodě nebo na stěně. Místo reakce a pracovní elektroda mohou být umístěny na stejné rovině nebo v rovině ležící naproti a celkově paralelní k pracovní elektrodě.

· · · · · · fl • · · · ·«*·*·« · * · · fl · · · ··· ··· «fl fl >»

V jiném aspektu tohoto provedení je činidlo obsaženo uvnitř polymerní základní látky upevněné k povrchu v elektrochemické komoře; je chemicky připevněno k povrchu v elektrochemické komoře; je fyzikálně připevněno k povrchu v elektrochemické komoře; nebo je vysušeno na povrchu v elektrochemické komoře a vykazuje dostatečně malou pohyblivost v kapalném vzorku, takže činidlo se podstatně nepřesunuje, když se měří proud.

V jiném aspektu tohoto provedení způsob dále obsahuje redukčně oxidačního zprostředkovatele. Redukčně oxidační zprostředkovatel může obsahovat ferrocinium, komplexy osmia s bipyridinem, benzofenon a ferrikyanid.

V jiném aspektu tohoto provedení může vzorek obsahovat čistou krev. Složka může obsahovat glukózu. Činidlo může obsahovat enzym takový jako PQQ závislou glukózovou dehydrogenasu, NAD závislou glukózovou dehydrogenasu, glukózovou oxidasu, laktátovou dehydrogenasu a alkoholovou dehydrogenasu.

V jiném aspektu tohoto provedení je potenciál výhodně mezi + 50 mV a + 500 mV a výhodněji asi + 300 mV.

Ve druhém provedení je poskytnut způsob měření rychlosti chemické reakce mezi glukózou a PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou v čisté krvi, obsahující poskytnutí elektrochemické komory, která má pracovní elektrodu, protilehlou elektrodu a alespoň jednu stěnu, redukčně oxidačního zprostředkovatele obsahujícího ferrikyanid a obsažený uvnitř elektrochemické komory a činidlo obsahující PQQ závislou glukózovou dehydrogenasu, činidlo je podstatně znehybněno v elektrochemické komoře • ti • titi tititi • · · * « • ·«·· · · · · • · » « # · ·· · ·· *φ v místě reakce v minimální vzdálenosti od pracovní elektrody; umístění vzorku čisté krve v elektrochemické komoře tak, že vzorek je ve styku s činidlem, redukčně oxidačním zprostředkovatelem, pracovní elektrodou a protilehlou elektrodou; reagování glukózy s PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou k vytvoření redukované PQQ závislé glukózové dehydrogenasy, redukovaná PQQ závislá glukózová dehydrogenasa naopak reaguje s redukčně oxidačním zprostředkovatelem ferrikyanidu k vytvoření ferrokyanidu; přiložení potenciálu mezi pracovní elektrodu a protilehlou elektrodu, přičemž potenciál je dostatečný aby elektrochemicky reagoval na ferrokyanid na pracovní elektrodě; a měření proudu vytvořeného elektrochemickou reakcí ferrokyanidu na pracovní elektrodě, přičemž měření je ukazatelem rychlosti chemické reakce mezi glukózou a PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje elektrochemickou komoru, ve které je činidlo umístěno na stěně komory obrácené k pracovní elektrodě.

Obr. 2 znázorňuje elektrochemickou komoru, ve které je činidlo umístěno na protilehlé elektrodě.

Obr. 3 uvádí proud jako funkci času pro tři vzorky čisté krve pro reaktivní zařízení obsahující glukózu, PQQ závislou glukózovou dehydrogenasu a redukčně oxidačního zprostředkovatele ferrikyanidu draselného. Tři vzorky krve obsahují hladiny hematokritu jednotlivě postupně 20 %, 42 % a 65 %, kde hematokrit je objemové procento červených krvinek ve vzorku.

Příklady provedeni vynálezu

Následující popis a příklady podrobně ilustrují preferované provedení tohoto vynálezu. Osoby znalé oboru poznají, že existuje řada · · ·· ·· • 00 0 0 ···· · 0 obměn a modifikací vynálezu, které jsou zahrnuty do jeho rozsahu. Podle toho popis preferovaného provedení by se neměl považovat za omezení rozsahu tohoto vynálezu.

Podle tohoto vynálezu informace týkající se rychlosti chemické reakce, která dává alespoň jeden elektroaktivní produkt, se může získat použitím elektrochemické komory při zajištění, že chemická reakce je umístěna v místě reakce vzdáleném od elektrody použité aby elektrochemicky reagovala na elektroaktivní produkt(y).

Způsoby a zařízení k získání elektrochemických měření kapalných vzorků se probírají dále ve společně projednávané U.S. patentové přihlášce čís. 09/615,691 vyplněné 14. července 2000 nazvané „ANTIOXIDANT SENSOR“ (antioxidanční senzor), ve společně projednávané U.S. patentové přihlášce čís. 09/616,512 vyplněné 14. července 2000 nazvané „HEMOGLOBIN SENSOR“ (hemoglobinový senzor) a ve společně projednávané U.S. patentové přihlášce čís. 09/616,433 vyplněné 14. července 2000 nazvané „IMMUNOSENSOR“ (senzor imunity), z nichž každá je zde ve svém celku začleněna jako reference.

Místo chemické reakce je dostatečně oddáleno od elektrody, takže přenos hmoty elektroaktivního druhu z místa chemické reakce k elektrodě efektivně řídí proud protékající v jakémkoli čase v elektrodě. Toto uspořádání zajišťuje v podstatě lineární gradient koncentrace elektroaktivního druhu mezi místem chemické reakce a elektrodou. Koncentrace elektroaktivního druhu se udržuje na elektrodě efektivně na nule elektrochemickou reakcí, která tam probíhá. Časový průběh velikosti tohoto gradientu koncentrace bude tedy v podstatě určen jen časovým průběhem koncentrace elektroaktivního druhu(ů) v místě chemické reakce a difuzním koeficientem(y) produktu(ů) elektroaktivní reakce v kapalném médiu. Protože proud protékající v elektrodě je úměrný gradientu koncentrace elektroaktivního druhu(ů) na elektrodě, bude časový průběh • · ··· tohoto proudu odrážet časový průběh chemické reakce probíhající ve vzdáleném místě reakce. Toto umožňuje, aby proud měřený v elektrodě (nebo procházející náboj, když se proud integruje) byl použit jako vhodná míra rychlosti a rozsahu probíhající chemické reakce.

Příklad vhodného způsobu k zajištění toho, aby chemická reakce byla vzdálena od pracovní elektrody, je znehybnění jedné nebo více složek reakce na pevném povrchu vzdáleném od elektrody. Složka(y) reakce může být znehybněna jejím spojením s polymerní základní hmotou, která je vysušena nebo jinak připevněna na pevný povrch. Složka(y) reakce může také být upevněna přímo na pevný povrch buď chemickým nebo fyzikálním pojivém. Alternativně jedna nebo více složek reakce může být jednoduše vysušena na pevném povrchu bez speciálního znehybňujícího prostředku. V této situaci jedna nebo více složek reakce má dostatečně malou pohyblivost v kapalné základní hmotě vyplňující elektrochemickou komoru, tj. podstatně se nepřesunují z polohy, ve které byly vysušeny během časového období, ve kterém může být elektrochemický proud užitečně monitorován k provedení požadovaného měření. V této souvislosti podstatné přesunutí znamená, že nejpomalejší pohybující se součást požadovaná pro chemickou reakci se přiblíží dostatečně blízko k pracovní elektrodě, že vyčerpání kinetiky Cottrellova typu začne ovlivňovat časový průběh proudu tekoucího v elektrodě.

Rozsah oddělovací vzdálenosti mezi místem chemické reakce a pracovní elektrodou je v preferovaném provedení vhodně menší než asi lem, přednostně méně než 5 mm, přednostněji mezi 5, 10, 50, 100, 200, 500 mikrometry a 5 mm, přednostněji mezi 5, 10, 50, 100, 200 a 500 mikrometry a nejpřednostněji mezi 5, 10, 50, 100 a 200 mikrometry.

Stejně jako pracovní elektroda je poskytnuta alespoň protilehlá elektroda ve styku s kapalným vzorkem k dokončení elektrochemického obvodu. Protilehlá elektroda může podle volby fungovat jako kombinovaná • * * • ··· to to • · • · · · to · ··· ··· « protilehlá/referenční elektroda nebo může být poskytnuta oddělená referenční elektroda. V preferovaném provedení jsou pracovní elektroda a protilehlá elektroda vhodně od sebe prostorově rozmístěny ve vzdálenosti větší než asi 300 mikrometrů, přednostně ve vzdálenosti větší než asi 500 mikrometrů a přednostněji ve vzdálenosti mezi asi 500 mikrometry a 10 mm, přednostněji ve vzdálenosti mezi asi 500 mikrometry a 1,2, 5 mm a nejpřednostněji mezi 1 mm a 2, 5, 10 mm.

Pracovní elektroda je konstruována z materiálů, které chemicky nereagují s jakoukoli složkou se kterou přijdou do styku při použití do rozsahu, který ruší proudovou odezvu elektrody. Jestliže se má pracovní elektroda použít jako anoda, potom příklady vhodných materiálů jsou platina, palladium, uhlík, uhlík v kombinaci s inertními pojivý, iridium, oxid india, oxid cínu, směs india a oxidu cínu. Jestliže se pracovní elektroda má použít jako katoda, potom ještě k materiálům uvedeným výše vhodné jiné materiály jsou ocel, nerezová ocel, měď, nikl, stříbro a chrom.

Příklady materiálů vhodné pro protilehlou elektrodu jsou platina, palladium, uhlík, uhlík v kombinaci s inertními pojivý, iridium, oxid india, oxid cínu, směs india a oxidu cínu, ocel, nerezová ocel, měď, nikl, chrom, stříbro a stříbro potažené podstatně nerozpustnou stříbrnou solí takovou jako je chlorid stříbrný, bromid stříbrný, jodid stříbrný, ferrokyanid stříbrný, ferrikyanid stříbrný.

Místo chemické reakce může být umístěno na holé stěně nebo na protilehlé elektrodě, vzdáleně od pracovní elektrody. Místo chemické reakce může být na stejné rovině jako pracovní elektroda nebo přednostněji v rovině ležící naproti a celkově paralelní k pracovní elektrodě.

' * · » * · • · ♦ · * ··· • · · · * *·· ··· '* .

« · • · · · • · · ·» ··

Obr. 1 znázorňuje přístroj vhodný k použití v jednom provedení. Na obr. 1 je pracovní elektroda 2 a protilehlá elektroda 3 umístěna na elektricky izolačním podkladu χ. Na druhém podkladu 5 je umístěna vrstva chemické reagující látky 4, kde alespoň jedna reagující látka je podstatně znehybněna na podkladu 5. Při použití je prostor mezi stěnami X a 5 vyplněn kapalinou obsahující látku schopnou reagovat s reagující látkou 4 k vytvoření alespoň jednoho elektroaktivního druhu. Produkty chemické reakce difundují směrem k pracovní elektrodě 2, kde se elektrochemicky reaguje na elektroaktivní druh(y) k vytvoření proudu. Velikost proudu nebo náboje procházejícího v určitém čase nebo časový průběh proudu nebo procházejícího náboje může potom být použit k získání míry rychlosti nebo rozsahu chemické reakce probíhající ve vrstvě reagující látky 4.

Obr. 2 znázorňuje jiné provedení. Číslování součástí na obr. 2 odpovídá součástem na obr. 1. Na obr. 2 je reagující látka 4 umístěna na protilehlé elektrodě 3, která je umístěna na elektricky odporovém podkladu 5. V tomto provedení jsou konstrukční materiály protilehlé elektrody 3 inertní k reakci s jakoukoli složkou reagující látky 4 umístěné na elektrodě

3.

Příklad chemie a reakce, která je vhodná k použití v preferovaném provedení, je měření glukózy v čisté krvi použitím enzymu PQQ závislé glukózové dehydrogenasy (GDHpqq) a redukčně oxidačního zprostředkovatele. V této reakci glukóza v čisté krvi reaguje s GDHpqq k vytvoření glukónové kyseliny. V procesu se PQQ v enzymu redukuje. Zprostředkovatel, takový jako ferrikyanid draselný, potom oxiduje PQQ v enzymu a vytvoří ferrokyanid. Enzym v oxidované formě potom může reagovat s další glukózou, Čistý účinek této reakce je k vytvoření dvou molekul ferrokyanidu pro každou reagovanou molekulu glukózy. Ferrokyanid je elektroaktivní druh a tak může být na elektrodě oxidován • · · · · · »·· « · · ···»··· v · • · · · · · · · · ·· ··· ·· · ·* ·· k vytvoření proudu. Jiné vhodné enzymy pro tuto reakci jsou glukózová oxidasa (GOD) nebo NAD závislá glukózová dehydrogenasa. Pro jiné reakce může být použita laktátová dehydrogenasa a alkoholová dehydrogenasa. Jiní vhodní redukčně oxidační zprostředkovatelé obsahují ferrocinium, komplexy osmia s bipyridinem a benzofenon.

Reakce glukózy v čisté krvi s enzymem může být pomalá, trvající k dokončení až několik minut. Také Čím je větší hematokrit vzorku krve, tím pomalejší je reakce. Hematokrit krve je objemový podíl červených krvinek ve vzorku čisté krve. V tomto příkladu se konstruuje elektrochemická komora podle obr. 2. Roztok obsahující 50 mg/ml GDHpqq, 0,9 M ferrikyanidu draselného a 50 mM tlumícího roztoku při pH 6,5 byl uložen na protilehlé elektrodě a voda byla odstraněna, aby byla ponechána suchá vrstva reagující látky. V této vrstvě je GDHpqq dostatečně velká k účinnému znehybnění na protilehlé elektrodě, zatímco ferrikyanid se může smísit rovnoměrněji v kapalině v elektrochemické komoře. Do komory byl zaveden vzorek krve a okamžitě byl přiložen potenciál + 300 mV mezi pracovní elektrodu a protilehlou elektrodu. I když potenciál + 300 mV je k oxidaci ferrokyanidu nejvíce preferován, potenciál může být vhodně mezi + 40 mV a + 600 mV, přednostně mezi + 50 mV a +500 mV a přednostněji mezi + 200 mV a + 400 mV. V komoře je pracovní elektroda skládající se z vrstvy zlata rozprášeného na polyesterový podklad a protilehlá elektroda skládající se z vrstvy palladia rozprášeného na polyesterový podklad.

Průběhy proudu zaznamenané pro vzorky krve s různými hematokrity, ukazující větší rychlost reakce v krvi s menším hematokritem, jsou uvedeny na obr. 3. Čísla na konci každé křivky jsou procenta hematokritu použitého vzorku krve, tj. jednotlivě postupně 20 %, 42 % a 65%. Úroveň glukózy v každém vzorku krve je přibližně stejná, jmenovitě • · • · * 4 4 4 • · · 4 4 444 4 • 4 44» 4444

444 444 44 4 44 4 4

5,4 mM pro vzorek s 65 % hematokritu, 5,5 mM pro vzorek s 42 % hematokritu a 6,0 mM pro vzorek s 20 % hematokritu.

Proud uvedený na obr. 3 může být dán přibližně rovnicí;

i = - FADC/L kde ί je proud

F je Faradayova konstanta (96486,7 C/mole)

A je plocha elektrody

D je difuzní koeficient ferrokyanidu ve vzorku C je koncentrace ferrokyanidu v místě reakce a L je vzdálenost mezi místem reakce a elektrodou.

Rychlost reakce daná rychlostí změny C s časem je proto dána vztahem:

dC/dt = - (L/FAD) di/dt.

Pro reakce znázorněné na obr. 3 mezi 6 a 8 sekundou pro vzorky s hematokritem 20 %, 42 % a 65 % byla průměrná di/dt postupně jednotlivě 3,82, 2,14 a 1,32 mikroampéru za sekundu. Difuzní koeficienty ferrokyanidu pro tyto vzorky byly postupně jednotlivě 2,0 x 10⁶, 1,7 x 10⁶a 1,4 x 10⁶ cm²/s pro vzorky s hematokritem 20 %, 42 % a 65 %. Plocha elektrody byla 0,1238 cm² a L byla 125 mikrometrů. Tyto hodnoty dávají rychlosti reakce jednotlivě postupně 2,0, 1,3 a 0,99 mM/s pro vzorky s hematokritem 20 %, 42% a 65 %.

Výše popsaný způsob může být použit s jakýmkoli vhodným elektrochemickým zařízením. Způsob může být např. použit k měření oxidantů nebo antioxidantů v kapalných vzorcích. Způsob se dá použít na jakýkoli oxidant nebo antioxidant, který existuje v užitečně reprezentativní koncentraci v kapalném vzorku. Antioxidanty, které mohou být * φ · · · » φφφ * φφφ* φφφφ φφφ φ * φ φφφ · · φ φ «•φφφφ φφ * «· φφ analyzovány jsou např. kysličník siřičitý a kyselina askorbová. Oxidanty, které mohou být analyzovány obsahují např. chlor, jodid bromný, peroxidy, hypochlorit a ozón. Ve vodě nerozpustné oxidanty nebo antioxidanty mohou být také analyzovány, jestliže může být připravena vodní forma, např. použitím detergentu k přípravě emulze ve vodě nerozpustného redukčně oxidačního reaktivního analytického vzorku. Způsob se může také použít pro reakce ochranných tělísek v krvinkách/antigenů nebo analýzu hemoglobinu.

Výše uvedený popis vysvětluje několik způsobů a materiálů tohoto vynálezu. Vynález je citlivý na modifikace způsobů a materiálů a také na střídání výrobních způsobů a zařízení. Takové modifikace budou osobám znalým oboru zřejmé při uvažování tohoto vysvětlení nebo praxe zde vysvětleného vynálezu. V důsledku toho není úmyslem, aby tento vynález byl omezen na specifická provedení zde vysvětlená, ale aby pokryl všechny modifikace a alternativy, které jsou ve skutečném rozsahu a duchu vynálezu, jak jsou obsaženy v připojených nárocích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob měření rychlosti chemické reakce mezi složkou kapalného vzorku a činidlem, reakce produkuje elektroaktivní druh, obsahující:

poskytnutí elektrochemické komory, která má pracovní elektrodu, protilehlou elektrodu a alespoň jednu stěnu;

podstatně znehybnělé činidlo v elektrochemické komoře v místě reakce s minimální vzdáleností od pracovní elektrody, přičemž vzdálenost je taková, že přenos elektroaktivního druhu z místa reakce do pracovní elektrody je řízen difúzí;

umístění kapalného vzorku v elektrochemické komoře tak, že kapalný vzorek je ve styku s činidlem, pracovní elektrodou a protilehlou elektrodou;

reagování složky s činidlem k vytvoření elektroaktivního druhu;

přiložení potenciálu mezi pracovní elektrodu a protilehlou elektrodu, přičemž potenciál je dostačující, aby elektrochemicky reagoval na elektroaktivní druh na pracovní elektrodě a měření proudu vytvořeného elektrochemickou reakcí na pracovní elektrodě k získání míry rychlosti chemické reakce.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní elektroda a protilehlá elektroda jsou dostatečně vzdáleny, takže produkt elektrochemické reakce vyskytující se na protilehlé elektrodě nedosáhne pracovní elektrodu, když se měří proud.

• · φ · φ · · · · • · · φ φ φφφφ · · · • · φφφ φφ··

15 ··· ··· ·· · ·« ··
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že pracovní elektroda a protilehlá elektroda jsou od sebe vzdáleny ve vzdálenosti větší než asi 500 mikrometrů.
4, Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že vzdálenost je mezi asi 500 mikrometry a asi 5 mm.
5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že vzdálenost je mezi asi lmm a asi 2 mm.
6. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že pracovní elektroda a protilehlá elektroda jsou umístěny na stejné rovině.
7, Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že místo reakce a pracovní elektroda jsou odděleny minimální vzdáleností rozsahu od asi 10 mikrometrů do asi 5 milimetrů.

S. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že minimální vzdálenost je v rozsahu od asi 50 mikrometrů do asi 500 mikrometrů.
9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že minimální vzdálenost je v rozsahu od asi 100 mikrometrů do asi 200 mikrometrů.

• · · · · · fcfcfc • · fc · fcfcfc···· · · • · fcfcfc · fc fc fc ··*·«· ·· · ·· ··
10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že protilehlá elektroda je schopná fungovat jako kombinovaná protilehlá /referenční elektroda.
11. Způsob podle nároku !, vyznačující se tím, že elektrochemická komora dále obsahuje referenční elektrodu.
12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní elektroda funguje jako anoda.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že pracovní elektroda obsahuje materiál vybraný ze skupiny, která se skládá z platiny, palladia, uhlíku, uhlíku v kombinaci s jedním nebo více inertními pojivý, iridia, oxidu india, oxidu cínu, india v kombinaci s oxidem cínu ajejich směsí.
14. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní elektroda funguje jako katoda.
15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že protilehlá elektroda obsahuje stříbro potažené s podstatně nerozpustnou stříbrnou solí.
16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že stříbrná sůl je vybrána ze skupiny obsahující chlorid stříbrný, bromid stříbrný, jodid stříbrný, ferrokyanid stříbrný a ferrikyanid stříbrný.

« ti ti · · • » · ···· · · · * • · · «·«· ·· · ··· *·· tititi
17. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že místo reakce je umístěno na protilehlé elektrodě.
18. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že místo reakce je umístěno na stěně.
19. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že místo reakce a pracovní elektroda jsou umístěny na stejné rovině.
20. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že místo reakce je umístěno v rovině ležící naproti a celkově paralelní k pracovní elektrodě.
21. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že činidlo je obsaženo uvnitř polymerní základní hmoty připevněné na povrchu v elektrochemické komoře.
22. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že činidlo je chemicky připevněno nebo fyzikálně připevněno k povrchu v elektrochemické komoře.
23. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že činidlo je vysušeno na povrchu v elektrochemické komoře, Činidlo vykazuje dostatečně malou pohyblivost v kapalném vzorku takže činidlo se nepodstatně přesunuje když se měří proud.

• · · tttt tt ··««··· · » * · · ♦ · tttt·» • tttt ·»· ·· ♦ ·· ··
24. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje redukčně oxidačního zprostředkovatele.
25. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxidační redukční zprostředkovatel se vybere ze skupiny obsahující ferrocinium, komplex osmia s bipyridinem, benzofenon a ferrikyanid.
26. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzorek obsahuje čistou krev.
27. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že složka obsahuje glukózu.
28, Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že činidlo obsahuje enzym vybraný ze skupiny obsahující PQQ závislou glukózovou dehydrogenasu, NAD závislou glukózovou dehydrogenasu, glukózovou oxidasu, laktátovou dehydrogenasu a alkoholovou dehydrogenasu.
29. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že potenciál je mezi asi +50 mV a +500 mV.
30. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že potenciál je asi +300mV.
31. Způsob k měření rychlosti chemické rekce mezi glukózou a PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou v čisté krvi obsahující:

• · *··· · · * • · ·· *····* · α • · ··· * · · · ····» ·· « ·· ·· poskytnutí elektrochemické komory, která má pracovní elektrodu, protilehlou elektrodu a alespoň jednu stěnu, oxidačně redukčního zprostředkovatele obsahujícího ferrikyanid a obsažený v elektrochemické komoře a činidlo obsahující PQQ závislou glukózovou dehydrogenasu, činidlo je podstatně znehybněno v elektrochemické komoře v poloze s minimální vzdáleností od pracovní elektrody;

umístění vzorku čisté krve do elektrochemické komory tak, že kapalný vzorek je ve styku s činidlem, oxidačně redukčním zprostředkovatelem, pracovní elektrodou a protilehlou elektrodou;

reagování glukózy s PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou k vytvoření redukované PQQ závislé glukózové dehydrogenasy, redukovaná PQQ závislá glukózová dehydrogenasa naopak reaguje s ferrikyanidem oxidačně redukčního zprostředkovatele k vytvoření ferrokyanidu;

přiložení potenciálu mezi pracovní elektrodu a protilehlou elektrodu, přičemž potenciál je dostačující, aby elektrochemicky reagoval na ferrokyanid na pracovní elektrodě a měření proudu vytvořeného elektrochemickou reakcí ferrokyanidu na pracovní elektrodě, přičemž měření ukazuje rychlost chemické reakce mezi glukózou a PQQ závislou glukózovou dehydrogenasou .