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WO1997043631A1 - Sensor for detecting proteins and process for its production - Google Patents

Sensor for detecting proteins and process for its production Download PDF

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Publication number
WO1997043631A1
WO1997043631A1 PCT/EP1997/001501 EP9701501W WO9743631A1 WO 1997043631 A1 WO1997043631 A1 WO 1997043631A1 EP 9701501 W EP9701501 W EP 9701501W WO 9743631 A1 WO9743631 A1 WO 9743631A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
proteins
protein
polymer layer
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1997/001501
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Wessa
Hans Sigrist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority to EP97908292A priority Critical patent/EP0897536A1/en
Publication of WO1997043631A1 publication Critical patent/WO1997043631A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes
    • C12Q1/002Electrode membranes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • G01N33/5438Electrodes

Definitions

  • the invention relates to a sensor for the detection of proteins according to the preamble of patent claim 1, as known from DE 44 18 926, and a method for its production.
  • EP 0 361 729 A2 discloses a method of the type described above for producing a sensor which has a protective layer for the spatial separation of substrate and aqueous analyte solution - 2 - has. At an operating frequency> 100 MHz, this sensor has attenuations between 30 and 40 dB, which causes a high susceptibility to interference with strong noise.
  • the object of the invention is now a sensor of the e. G. Design in such a way that simple manufacture is possible with good reproducibility.
  • the sensor enables the specific measurement of the presence or concentration of various biomolecules such as proteins, enzymes and more complex macromolecules - parts of the genetic material (DNA, RNA) or various pathogens (e.g. viruses or bacteria) - by directly detecting the binding to specific antibodies in aqueous solutions.
  • various biomolecules such as proteins, enzymes and more complex macromolecules - parts of the genetic material (DNA, RNA) or various pathogens (e.g. viruses or bacteria) - by directly detecting the binding to specific antibodies in aqueous solutions.
  • pathogens e.g. viruses or bacteria
  • the sensor is a mass-sensitive sensor which uses the change in the speed of sound of acoustic surface waves (SAW) caused by the sorption of the analyte to determine the sorbed mass of the analyte and thus its presence or concentration in the solution to conclude.
  • SAW acoustic surface waves
  • the sensor according to the invention is therefore a real immunosensor which determines its data in-situ and thus enables a real on-line measurement method for bioanalytics.
  • the senor described offers a number of advantages:
  • Fig. 1 shows the course of an enzymatic decomposition of glucose on a sensor
  • the sensor in our example works on the basis of surface acoustic waves.
  • a sensor is described in DE 43 19 215.
  • the sensor body is first coated on one side with a polymer, in this example an aromatic polyimide.
  • the surface of the sensor body is coated with polyimide as described in DE 44 18 926, p. 3, lines 11 to 55. 10 ⁇ l of the suitably diluted, modified receptor molecule are then added to the polyimidized sensor surface.
  • TRIMID-modified glucose oxides T-glucose oxidase, T-GOD
  • T-glucose oxidase T-GOD
  • the TRIMID content was 6.5 mol TRIMID per mol glucose oxidase.
  • T-GOD solution could not be deposited undiluted on the sensor. If the protein concentration is too high, there are high input attenuations and no acoustic wave can be observed.
  • the T-glucose oxidase solution was diluted 1: 125 with phosphate buffer (1: 100), 10 ⁇ l of this solution was applied to the sensor and the Enzyme immobilized as described above (vacuum-treated, exposed).
  • the amount of enzyme deposited on the sensor surface could be determined spectroscopically using an enzymatic assay.
  • the increase in absorption at 520 nm is given as an example for three different sensors in FIG. 1. This gives an average of the slopes of 0.0021 absorption units per minute. A comparison with the enzyme activity of the T-GOD stock solution shows that this increase in absorption corresponds to a protein mass of 18.5 ng on the entire sensor.
  • the sensor sensitivity and the detection limit for polyclonal antibodies against glucose oxidase were determined by varying the amount of antibody in the analyte stream.
  • the sensors were coated with T-glucose oxidase via the photoinitiated reaction described and first rinsed with bovine serum albumin (4 mg / ml) in order to block the non-specific binding sites. Since the sensors were sampled in flow with the protein, they showed different deposition rates, but all of them then reached a frequency change of 35 kHz (within an error range of 10%).
  • the sensors pretreated in this way were then individually sampled with anti-body solution, the analyte - polyclonal antibody against glucose oxidase - was passed in a circuit via the sensors.
  • Different amounts of antibody were dissolved in 5 ml of phosphate buffer and passed over the sensors.
  • the concentration series which is shown in extracts in FIG. 2, comprised a range of 2-200 ⁇ g / ml antibody (corresponds to 10-1000 ⁇ g).
  • the change in the resonance frequency of the oscillator was plotted against the amount of antibody in the analyte stream.
  • the slope of the straight line reflects the sensor sensitivity, which was determined to be 58.8 Hz / ⁇ g.
  • the initial rate of the immunoreaction was determined for each measurement.
  • the frequency decrease per unit of time could be calculated from the measuring points within the first minute after addition of the analyte by linear regression.
  • the correlation coefficients were significantly greater than 0.98 in all evaluated curves.
  • the procedure is as follows.
  • the sensitivity is 58.8 Hz / ⁇ g
  • the intercept was determined to be 27.1 kHz.
  • the detection limit for polyclonal antibodies against glucose oxidase can be determined to be 2 ⁇ g or 13.6 pmol. Since the respective amount of antibody was weighed into 5 ml of phosphate buffer, this corresponds to - 8 - . This value of a minimum detectable concentration of 2.7 nmol / 1.
  • the coating method described can also be applied to other sensor or measuring principles.
  • the sensor chips of the optical grating coupler can be coated in the same way with modified receptor molecules.
  • Enzymes, antigens and antibodies as well as nucleic acids can be used as possible receptor molecules.
  • TRIMID 3-trifluoromethyl-3- (m-isothiocyanophenyl) diazirine
  • T-GOD was therefore manufactured according to the following regulation:
  • the protein concentration can be determined using the Lowry method.
  • a specially prepared BSA standard was measured as a reference and the absorbance of the T-GOD related to it.
  • the trimide content of a protein can be checked by the difference in extinction of a sample before and after exposure at 348 nm.
  • the problem with glucose oxidase is that the FAD molecules in this area also absorb light. beer that covers the TRIMID peak.
  • the FAD is separated from the enzyme after an incubation at elevated temperature. Since the FAD peak overlaps the absorption band of TRI-MID, the FAD was first separated to detect TRIMID by incubating the protein (500 ⁇ l in each case) at 50 ° C. for 2 h and then chromatographing the solution on a PDIO column. After that, only the protein peak at 280 nm was visible in the enzyme fraction.
  • the protein fraction was then exposed twice in the cuvette for 10 min each and an absorption spectrum was recorded after each exposure. 3 clearly shows a change in the absorption between 340 nm and 400 nm, that is to say in the region of the TRIMID band.
  • the covalently bound TRIMID content was 8 + 2 mol TRI-MID per mol glucose oxidase.
  • the enzymatic activity of the modified protein could be determined spectroscopically using the enzymatic assay described above. For this purpose, 50 ⁇ l of T-GOD, which contained 8.73 ⁇ g protein, were examined.
  • the enzymatic activity of the glucose oxidase solutions used was determined with this method. 4 shows the kinetics of the enzymatic catalysis of the stock solution (GOD) and that of the modified enzyme (T-GOD).
  • a straight line was determined through the linear part of the curve by means of linear regression. This served as a calibration line for the detection of the enzymatic activity of the respective glucose oxidase on the sensor.
  • the T-GOD produced was marked with [ 14 C].
  • the glucose oxidase was first reductively methylated and then immobilized on a polyimidized surface.
  • the enzymatic activity of the radioactively labeled protein fraction was again determined using the enzymatic assay.
  • the washing procedure consisted of rinsing the platelets five times with a solution of 50 mM PBS, 150 mM NaCl and 0.02% by volume TWEEN 20. To determine the radioactivity, the cover platelets were placed in the scintillation tubes, covered with 5 ml scintillation solution and then short mixing (vortex) determines the radiation of the polyimidized glass slides. In FIG. 5 it can be seen that the exposure after 30 minutes of exposure has no effect on the polyimide. The radiation from these glass plates is approximately of the same order of magnitude as that from the unexposed control samples.
  • T-GOD on polyimide A photoimmobilization of T-GOD on polyimide is consequently possible if only a little water is present in the protein matrix. In the presence of water, the degree of modification of T-GOD with TRIMID is too low, so that all carbenes produced by exposure react with water and there is no measurable connection to the surface. Furthermore, these investigations show that the selected washing procedure is suitable for removing non-specifically adhering protein molecules from the polyimized surface and for washing out residual radioactivity.

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Abstract

The invention relates to a sensor for detecting proteins on the key-lock reaction principle, consisting of a sensor body, one surface of which is coated with a polymer layer, where the receptor molecules on the key-lock reaction are bonded to said polymer layer. It is the aim of the invention to design the sensor in such a way that it can be easily and highly reproducibly made. This is achieved in that the bond between the polymer and the receptor molecules is provided by a photoreactive molecule which is covalent to the lysine of a receptor molecule and inserted into a C-H bond of the polyimide.

Description

Sensor zum Nachweis von Proteinen und Verfahren zu dessen Her¬ stellungSensor for the detection of proteins and method for its production

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Nachweis von Proteinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus der DE 44 18 926 bekannt ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a sensor for the detection of proteins according to the preamble of patent claim 1, as known from DE 44 18 926, and a method for its production.

Es gibt bislang einige etablierte analytische Verfahren um auch Biomoleküle zu analysieren, die sich aber meist aufwendi¬ ger und teurer Labormethoden bedienen (HPLC, GC-MS) . Eine ähn¬ lich preisgünstige Alternative zu der hier beschriebenen Me¬ thode stellen hingegen die sogenannten Immunoassays dar. Diese basieren ebenfalls auf der Bindung eines Analyten an einen An¬ tikörper, benutzen aber zwangsläufig ein indirektes Verfahren für den Nachweis dieser Bindung. Dabei wird der Probe ein ra¬ dioaktiv-, fluoreszenz- oder enzymmarkiertes analyt-analoges Molekül zugesetzt, das mit dem Analyt um die Antikörperbinde¬ stellen konkurriert. Zur Auswertung ist damit ein Verfahren nötig, das aus mehreren Reagenzienzuführungen, Inkubations¬ und Waschgängen besteht; die Gesamtzeit pro Assay beträgt typischerweise eine Stunde. Eine On-line-Messung ist damit ausgeschlossen.So far, there have been some established analytical methods for analyzing biomolecules, which, however, mostly use complex and expensive laboratory methods (HPLC, GC-MS). In contrast, the so-called immunoassays represent a similarly inexpensive alternative to the method described here. These are also based on the binding of an analyte to an antibody, but inevitably use an indirect method for the detection of this binding. A radioactive, fluorescent or enzyme-labeled analyte-analog molecule is added to the sample, which competes with the analyte for the antibody binding sites. A method is therefore required for the evaluation, which consists of several reagent feeds, incubations and washing cycles; the total time per assay is typically one hour. An online measurement is therefore impossible.

Darüber hinaus wurden weitere Immunosensorprinzipien in der Literatur beschrieben. Nach Meinung vieler Autoren weichen sie immer noch stark von der Idealvorstellung eines preisgün¬ stigen, genügend empfindlichen zukünftigen Immunosensors ab: In mehreren Übersichtsartikeln wurden solche Methoden bereits aufgrund ihrer hohen Kosten (Oberflächen-Plasmonen-Resonanz, Gitterkoppler, Differentielles Interferometer) bzw. wegen ih¬ rer niedrigen Empfindlichkeit (Potentiometrischer Immunosen¬ sor) kritisiert, während der Immunosensor auf Oberflächenwel¬ len (OFW) -Basis bislang favorisiert wurde.In addition, other immunosensor principles have been described in the literature. In the opinion of many authors, they still deviate significantly from the ideal idea of an inexpensive, sufficiently sensitive future immunosensor: In several review articles, such methods have already been mentioned because of their high costs (surface plasmon resonance, grating coupler, differential interferometer) or because of them ¬ rer low sensitivity (potentiometric immunosensor) criticized, while the immunosensor based on surface waves (OFW) has been favored so far.

Aus der EP 0 361 729 A2 ist ein Verfahren der e. g. Art zur Erzeugung eines Sensors bekannt, welcher eine Schutzschicht zur räumlichen Trennung von Substrat und wäßriger Analytlösung - 2 - aufweist. Dieser Sensor weist bei einer Arbeitsfrequenz >100 MHz Dämpfungen zwischen 30 und 40 dB auf, wodurch eine hohe Störanfälligkeit bei starkem Rauschen verursacht wird.EP 0 361 729 A2 discloses a method of the type described above for producing a sensor which has a protective layer for the spatial separation of substrate and aqueous analyte solution - 2 - has. At an operating frequency> 100 MHz, this sensor has attenuations between 30 and 40 dB, which causes a high susceptibility to interference with strong noise.

Der Nachteil des in der DE 44 18 926 beschriebenen Sensors be¬ steht darin, daß die Herstellung einen hohen Arbeitsaufwand bei einem hohen Gefährdungspotential erfordert und daß die Sensoreigenschaften eine starke Streuung aufweisen.The disadvantage of the sensor described in DE 44 18 926 is that the production requires a lot of work with a high risk potential and that the sensor properties have a large spread.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Sensor der e. g. Art so auszugestalten, daß eine einfache Herstellung bei guter Re¬ produzierbarkeit gegeben ist.The object of the invention is now a sensor of the e. G. Design in such a way that simple manufacture is possible with good reproducibility.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Pa¬ tentansprüche 1 und 3. Die Unteransprüche beschreiben vorteil¬ hafte Ausgestaltungen des Verfahrens.This object is achieved by the features of claims 1 and 3. The dependent claims describe advantageous embodiments of the method.

Der Sensor ermöglicht die spezifische Messung der Anwesenheit bzw. der Konzentration verschiedener Biomoleküle wie Proteine, Enzyme sowie komplexerer Makromoleküle - Teile des Erbgutes (DNS, RNS) oder verschiedene Krankheitserreger (z. B. Viren oder Bakterien) - durch Direktnachweis der Bindung an spezifi¬ sche Antikörper in wäßrigen Lösungen. Mit dieser Methode sind damit keine zeitaufwendige Verfahren mehr notwendig, die auf die Konkurrenz zwischen gelabelten und ungelabelten Analyten beruhen (indirektes Nachweisverfahren bei Immunoassays) .The sensor enables the specific measurement of the presence or concentration of various biomolecules such as proteins, enzymes and more complex macromolecules - parts of the genetic material (DNA, RNA) or various pathogens (e.g. viruses or bacteria) - by directly detecting the binding to specific antibodies in aqueous solutions. With this method, time-consuming procedures based on competition between labeled and unlabeled analytes are no longer necessary (indirect detection procedure in immunoassays).

Bei dem Sensor handelt es sich um einen massensenεitiven Sen¬ sor, der die bei der Sorption des Analyten verursachten Schallgeschwindigkeitsänderung von akustischen Oberflächenwel¬ len (OFW) nutzt, um auf die sorbierte Masse des Analyten und somit auf dessen Anwesenheit bzw. Konzentration in der Lösung zurückzuschließen.The sensor is a mass-sensitive sensor which uses the change in the speed of sound of acoustic surface waves (SAW) caused by the sorption of the analyte to determine the sorbed mass of the analyte and thus its presence or concentration in the solution to conclude.

Um eine analytenspezifische Sorptionsreaktion zu erhalten, sind selektive Beschichtungen auf dem OFW-Substrat notwendig. Besondere Flexibilität ist hierbei dann gewährleistet, wenn diese Beschichtungen aus immunochemisch aktiven Molekülen wie Antikörpern oder Antigenen bestehen. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor handelt es sich also um einen echten Immunosensor der seine Daten in-situ ermittelt und damit eine echte On-line- Meßmethode für Bioanalytik ermöglicht.In order to obtain an analyte-specific sorption reaction, selective coatings on the SAW substrate are necessary. Special flexibility is guaranteed here if these coatings consist of immunochemically active molecules such as antibodies or antigens. The sensor according to the invention is therefore a real immunosensor which determines its data in-situ and thus enables a real on-line measurement method for bioanalytics.

Gegenüber der herkömmlichen Bioanalytik bietet der beschrie¬ bene Sensor eine Reihe von Vorteilen:Compared to conventional bioanalytics, the sensor described offers a number of advantages:

Kostengünstig: 4 - 10 DM pro StückInexpensive: 4 - 10 DM per piece

Empfindlichkeit wie Bio-AssaySensitivity like bio-assay

- auf beliebige Biosysteme übertragbar- transferable to any biosystems

sehr gute Langzeitstabilitätvery good long-term stability

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an example with the aid of the figures.

Fig. 1 zeigt den Verlauf einer enzymatischen Glukosezersetzung auf einem Sensor und dieFig. 1 shows the course of an enzymatic decomposition of glucose on a sensor and the

Fig. 2 zeigt den Verlauf von Immunoreaktionen für unterschied¬ liche Antikörperkonzentrationen.2 shows the course of immunoreactions for different antibody concentrations.

Die Fig. 3 zeigt den TRIMID Gehalt des Rezeptorproteins und3 shows the TRIMID content of the receptor protein and

die Fig. 4 dessen Enzymaktivität anhand von Absorptionsspek¬ tren.4 shows its enzyme activity on the basis of absorption spectra.

Die Fig. 5 zeigt die Rezeptoranbindung an das Polymer Polyi- mid.5 shows the receptor connection to the polymer polyimide.

Der Sensor in unserem Beispiel arbeitet auf der Basis akusti¬ scher Oberflächenwellen. Ein solcher Sensor wird in der DE 43 19 215 beschrieben. Der Sensorkörper wird auf einer Seite zunächst mit einem Poly¬ mer, in diesem Beispiel einem aromatischen Polyimid beschich¬ tet. Die Beschichtung der Oberfläche des Sensorkörpers mit Po¬ lyimid erfolgt wie in der DE 44 18 926, S. 3, Zeilen 11 bis 55 beschrieben. Auf die polyimidiserte Sensoroberfläche werden anschließend 10 μl des geeignet verdünnten, modifizierten Re¬ zeptormoleküls gegeben.The sensor in our example works on the basis of surface acoustic waves. Such a sensor is described in DE 43 19 215. The sensor body is first coated on one side with a polymer, in this example an aromatic polyimide. The surface of the sensor body is coated with polyimide as described in DE 44 18 926, p. 3, lines 11 to 55. 10 μl of the suitably diluted, modified receptor molecule are then added to the polyimidized sensor surface.

Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, kommt es nur zur Immobilisation von photomarkierten Enzym auf der polyimidisierten Sensorober¬ fläche, wenn der Wassergehalt in der Proteinmatrix niedrig ge¬ halten wird. Bei einem zu hohen Wassergehalt im Protein kommt es bei Belichtung zur Reaktion des Carbens mit Wasser, so daß die Insertierungsreaktion zwischen Polyimid und Protein in den Hintergrund gedrängt wird und die Anbindung an die Sensorober- flache ausbleibt. Aus diesem Grund werden die Sensoren 20-40 min in einem Vakuumtrockenschrank bei Raumtemperatur und einem Druck < 10 mbar behandelt. Optimal ist eine 30 minütige Trock¬ nung bei 1 mbar. Der daraus resultierende eingetrocknete En¬ zymfilm wurde anschließend mit einer Quecksilberdampflampe be¬ lichtet. Zur Erzeugung der Triplettcarbene ist eine Belichtung des Enzymfilms bei 348 nm und 0,7 mW/cm2 für 30 min notwendig.As can be seen in FIG. 5, only the photo-labeled enzyme is immobilized on the polyimidized sensor surface if the water content in the protein matrix is kept low. If the water content in the protein is too high, the carbene reacts with water on exposure, so that the insertion reaction between the polyimide and the protein is pushed into the background and the connection to the sensor surface is absent. For this reason, the sensors are treated for 20-40 minutes in a vacuum drying cabinet at room temperature and a pressure <10 mbar. A 30 minute drying at 1 mbar is optimal. The resulting dried enzyme film was then exposed to light using a mercury vapor lamp. To generate the triplet carbene, exposure of the enzyme film at 348 nm and 0.7 mW / cm 2 for 30 min is necessary.

Zur Immobilisierung wurde mit TRIMID modifizierte Glucoseoxi- dase (T-Glucoseoxidase, T-GOD) mit einem Proteingehalt von 1.92 mg/ml verwendet. Der TRIMID-Gehalt betrug 6.5 mol TRIMID pro mol Glucoseoxidase.For the immobilization, TRIMID-modified glucose oxides (T-glucose oxidase, T-GOD) with a protein content of 1.92 mg / ml were used. The TRIMID content was 6.5 mol TRIMID per mol glucose oxidase.

Voruntersuchungen zeigten, daß die T-GOD-Lösung nicht unver¬ dünnt auf dem Sensor abgeschieden werden konnte. Bei einer zu hohen Proteinkonzentration kommt es zu hohen Eingangsdämpfun¬ gen und es kann keine akustische Welle beobachtet werden.Preliminary investigations showed that the T-GOD solution could not be deposited undiluted on the sensor. If the protein concentration is too high, there are high input attenuations and no acoustic wave can be observed.

Als Ergebnis dieser Voruntersuchungen wurde die T-Glucose- oxidaselösung im Verhältnis 1:125 mit Phosphatpuffer (1 : 100) verdünnt, 10 μl dieser Lösung auf den Sensor gebracht und das Enzym, wie oben beschrieben, immobilisiert (vakuumbehandelt, belichtet) .As a result of these preliminary investigations, the T-glucose oxidase solution was diluted 1: 125 with phosphate buffer (1: 100), 10 μl of this solution was applied to the sensor and the Enzyme immobilized as described above (vacuum-treated, exposed).

Mittels eines enzymatischen Assays konnte die auf der Sen¬ soroberfläche abgeschiedene Menge an Enzym spektroskopisch be¬ stimmt werden.The amount of enzyme deposited on the sensor surface could be determined spectroscopically using an enzymatic assay.

Zur Durchführung der Enzymaktivitätsüberprüfung sind folgende Lösungen notwendig:The following solutions are necessary to carry out the enzyme activity check:

Lösung 1Solution 1

53 mg 3 ,5-Dichlor-2-Hydroxy-Benzosulphonsäure werden in Wasser (bidest.) gelöst und mit 1 M NaOH auf pH=7 gebracht. Dann wer¬ den 3 mg Peroxidase (Meerrettich) zugegeben und auf 10 ml mit Wasser aufgefüllt.53 mg of 3, 5-dichloro-2-hydroxy-benzosulphonic acid are dissolved in water (bidistilled) and brought to pH = 7 with 1 M NaOH. Then 3 mg peroxidase (horseradish) are added and made up to 10 ml with water.

Lösung 2Solution 2

16.2 mg 4-Aminophenazon werden in 10 ml Wasser gelöst.16.2 mg of 4-aminophenazone are dissolved in 10 ml of water.

Lösung 3Solution 3

1.4 g Na2HP04 * 2 H20 und 700 mg NaH2Pθ4 sowie 37.2 mg EDTA werden in 100 ml Wasser gelöst.1.4 g Na 2 HP0 4 * 2 H 2 0 and 700 mg NaH2Pθ4 and 37.2 mg EDTA are dissolved in 100 ml water.

Lösung 4Solution 4

1.8 g -D-Glucose werden in 10 ml Wasser gelöst.1.8 g of -D-glucose are dissolved in 10 ml of water.

In eine Küvette werden dann 1.55 ml von Lösung 3 0.2 ml von Lösung 4 0.2 ml von Lösung 1 50 μl von Lösung 2Then 1.55 ml of solution 3, 0.2 ml of solution 4, 0.2 ml of solution 1, and 50 μl of solution 2 are placed in a cuvette

gegeben und nach guter Durchmischung (Vortex) der Hintergrund bei 520 nm vermessen. Anschließend gibt man 50 μl einer ange¬ messen verdünnten GOD-Lösung hinzu und mißt die Absorptionsän¬ derung bei 520 nm (Ausbildung eines roten Farbstoffs) inner¬ halb der ersten Minuten. Bei hohen Glucoseoxidasekonzentratio- nen genügen 2 Minuten, bei den auf dem Sensor abgeschiedenen Mengen an Antigen wurde 10-20 Minuten lang gemessen.given and after thorough mixing (vortex) measure the background at 520 nm. 50 μl of an appropriately diluted GOD solution are then added and the change in absorption at 520 nm (formation of a red dye) is measured within the first minutes. With high glucose oxidase concentration It takes only 2 minutes, the amounts of antigen deposited on the sensor were measured for 10-20 minutes.

Der Extinktionskoeffizient des entstehenden Farbstoffs beträgt 13300 (M cm)-1. Damit ist es möglich die spezifische Enzymak¬ tivität der Glucoseoxidaselösung zu bestimmen. Diese wird in "units/mg" angegeben, wobei eine "unit" wie folgt definiert ist: Eine " unit" oxidiert l μmol -D-Glucose pro Minute bei pH=5.1 (T=35°C).The extinction coefficient of the resulting dye is 13300 (M cm) -1 . It is thus possible to determine the specific enzyme activity of the glucose oxidase solution. This is given in "units / mg", a "unit" being defined as follows: A "unit" oxidizes 1 μmol -D-glucose per minute at pH = 5.1 (T = 35 ° C).

Da zur Erzeugung von 1 mol des roten Farbstoffs 2 mol Wasser¬ stoffperoxid (aus der Glucosespaltung) notwendig sind, ent¬ spricht die gemessene Zunahme des Chromophors 0.5 units pro Minute.Since 2 mol of hydrogen peroxide (from glucose cleavage) are necessary to produce 1 mol of the red dye, the measured increase in chromophore corresponds to 0.5 units per minute.

Die Zunahme der Absorption bei 520 nm ist exemplarisch für drei verschiedene Sensoren in Fig. 1 angegeben. Daraus ergibt sich ein Mittelwert der Steigungen von 0.0021 Absorptionsein¬ heiten pro Minute. Ein Vergleich mit der Enzymaktivität der T- GOD-Stammlösung zeigt, daß diese Absorptionszunahme einer Pro¬ teinmasse auf dem gesamten Sensor von 18.5 ng entspricht.The increase in absorption at 520 nm is given as an example for three different sensors in FIG. 1. This gives an average of the slopes of 0.0021 absorption units per minute. A comparison with the enzyme activity of the T-GOD stock solution shows that this increase in absorption corresponds to a protein mass of 18.5 ng on the entire sensor.

Die Bestimmung der Sensorempfindlichkeit sowie der Nachweis¬ grenze für polyklonale Antikörper gegen Glucoseoxidase er¬ folgte durch Variation der Antikörpermenge im Analytstrom.The sensor sensitivity and the detection limit for polyclonal antibodies against glucose oxidase were determined by varying the amount of antibody in the analyte stream.

Dazu wurden die Sensoren mit T-Glucoseoxidase über die be¬ schriebene photoinitiierte Reaktion beschichtet und zunächst mit Rinderserumalbumin (4 mg/ml) gespült, um die unspezifi¬ schen Bindungstellen zu blockieren. Da die Sensoren im Durch¬ fluß mit dem Protein beprobt wurden, zeigten sie unterschied¬ liche Abscheidungsgeschwindigkeiten, die dann aber alle zu ei¬ ner (innerhalb eines Fehlerbereichs von 10 %) Frequenzänderung von 35 kHz gelangten.For this purpose, the sensors were coated with T-glucose oxidase via the photoinitiated reaction described and first rinsed with bovine serum albumin (4 mg / ml) in order to block the non-specific binding sites. Since the sensors were sampled in flow with the protein, they showed different deposition rates, but all of them then reached a frequency change of 35 kHz (within an error range of 10%).

Die so vorbehandelten Sensoren wurden dann einzeln mit Anti¬ körperlösung beprobt, wobei der Analyt - polyklonale Antikör- per gegen Glucoseoxidase - im Kreislauf über die Sensoren ge¬ leitet wurde. Dabei wurden jeweils unterschiedliche Antikör¬ permengen in 5 ml Phosphatpuffer gelöst und über die Sensoren geleitet. Die Konzentrationsreihe, die in Auszügen in Fig. 2 dargestellt ist, beinhaltete einen Bereich von 2 - 200 μg/ml Antikörper (entspricht 10-1000 μg) .The sensors pretreated in this way were then individually sampled with anti-body solution, the analyte - polyclonal antibody against glucose oxidase - was passed in a circuit via the sensors. Different amounts of antibody were dissolved in 5 ml of phosphate buffer and passed over the sensors. The concentration series, which is shown in extracts in FIG. 2, comprised a range of 2-200 μg / ml antibody (corresponds to 10-1000 μg).

Es sind verschiedene Frequenzabnahmen sowie unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeiten der Immunoreaktionen zu erkennen.Different frequency decreases and different initial speeds of the immunoreactions can be seen.

Die Änderung der Resonanzfrequenz des Oszillators wurde gegen die Antikörpermenge im Analytstrom aufgetragen. Die Steigung der Gerade gibt die Sensorempfindlichkeit wieder, die zu 58.8 Hz/μg bestimmt wurde.The change in the resonance frequency of the oscillator was plotted against the amount of antibody in the analyte stream. The slope of the straight line reflects the sensor sensitivity, which was determined to be 58.8 Hz / μg.

Um die Korrelation zwischen Antikörpermenge und Reaktionsge¬ schwindigkeit zu bestimmen, wurde für jede Messung die An¬ fangsgeschwindigkeit der Immunoreaktion ermittelt. Aus den Meßpunkten innerhalb der ersten Minute nach Analytzugabe konnte durch lineare Regression die Frequenzabnahme pro Zeiteinheit berechnet werden. Die Korrelationskoeffizienten waren bei allen ausgewerteten Kurven deutlich größer als 0.98.In order to determine the correlation between the amount of antibody and the reaction rate, the initial rate of the immunoreaction was determined for each measurement. The frequency decrease per unit of time could be calculated from the measuring points within the first minute after addition of the analyte by linear regression. The correlation coefficients were significantly greater than 0.98 in all evaluated curves.

Die so ermittelten Anfangsgeschwindigkeiten korrelieren mit der zugegebenen Antikörpermenge. Es resultiert ein deutlich linearen Zusammenhang zwischen den beiden Größen (r = 0.9822). Die Steigung der Regressionsgerade beträgt 4.92 Hz/(sμg) .The initial speeds determined in this way correlate with the amount of antibody added. There is a clearly linear relationship between the two quantities (r = 0.9822). The slope of the regression line is 4.92 Hz / (sμg).

Um die Nachweisgrenze für polyklonale Antikörper gegen Gluco¬ seoxidase zu bestimmen, geht man wie folgt vor. Die Empfindlichkeit beträgt 58.8 Hz/μg, der Achsenabschnitt wurde mit 27.1 kHz bestimmt. Mit diesen Werten kann unter Ein- bezug des dreifachen Rauschsignals der Sensoren (120 Hz) , die Nachweisgrenze für polyklonale Antikörper gegen Glucoseoxidase zu 2 μg bzw. 13.6 pmol bestimmt. Da die jeweilige Antikörper¬ menge in 5 ml Phosphatpuffer eingewogen wurde, enspricht die- - 8 -. ser Wert einer minimal detektierbaren Konzentration von 2.7 nmol/1.To determine the detection limit for polyclonal antibodies against glucose oxidase, the procedure is as follows. The sensitivity is 58.8 Hz / μg, the intercept was determined to be 27.1 kHz. With these values, taking into account the triple noise signal from the sensors (120 Hz), the detection limit for polyclonal antibodies against glucose oxidase can be determined to be 2 μg or 13.6 pmol. Since the respective amount of antibody was weighed into 5 ml of phosphate buffer, this corresponds to - 8 - . This value of a minimum detectable concentration of 2.7 nmol / 1.

Das beschriebene Beschichtungsverfahren kann auch auf andere Sensor- bzw. Meßprinzipien übertragen werden. Beispielsweise können die Sensorchips des Optischen Gitterkopplers in glei¬ cher Weise mit modifizierten Rezeptormolekülen beschichtet werden.The coating method described can also be applied to other sensor or measuring principles. For example, the sensor chips of the optical grating coupler can be coated in the same way with modified receptor molecules.

Als mögliche Rezeptormoleküle können Enzyme, Antigene und An¬ tikörper sowie Nukleinsäuren verwendet werden.Enzymes, antigens and antibodies as well as nucleic acids can be used as possible receptor molecules.

Ein Beispiel für eine Beschichtung ist an dem Antigen Gluco¬ seoxidase gezeigt, das direkt mit 3-Trifluoromethyl-3-(m- isothiocyanophenyl) -diazirin (TRIMID) umgesetzt wurde, um so zu einem photoreaktiven Protein zu gelangen. Den Antikörper selbst mit TRIMID zu modifizieren ist prinzipiell ebenso mög¬ lich, aber kostenintensiver.An example of a coating is shown on the antigen glucose oxidase, which was reacted directly with 3-trifluoromethyl-3- (m-isothiocyanophenyl) diazirine (TRIMID) in order to obtain a photoreactive protein. In principle, it is also possible to modify the antibody itself with TRIMID, but it is more expensive.

Der Syntheseweg konnte nicht direkt von dem literaturbekannten T-BSA auf T-GOD übertragen werden, da Glucoseoxidase das Coen- zym FAD enthält, das nicht kovalent an das Enzym gebunden ist. Durch die Umsetzung von GOD mit TRIMID bei pH 11.4 mittels In¬ kubation bei 50°C wurde Glucoseoxidase zwar mit TRIMID modifi¬ ziert, das Coenzym aber war abgetrennt, was durch das UV-Spek¬ trum nachgewiesen wurde. Es konnte eine Schulter bei 348 nm (TRIMID) festgestellt werden, die FAD-Peaks bei 375 bzw. 450 nm waren nicht mehr zu erkennen.The synthetic route could not be transferred directly from the literature-known T-BSA to T-GOD, since glucose oxidase contains the coenzyme FAD, which is not covalently bound to the enzyme. By reacting GOD with TRIMID at pH 11.4 by means of incubation at 50 ° C., glucose oxidase was modified with TRIMID, but the coenzyme was separated, which was demonstrated by the UV spectrum. A shoulder at 348 nm (TRIMID) was found, the FAD peaks at 375 and 450 nm were no longer recognizable.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Inkubation bei 50°C zur Abtrennung des Coenzyms führt, die Behandlung des Enzyms bei pH=11.4 diese Dissoziation jedoch nicht herbeiführt.Investigations have shown that the incubation at 50 ° C. leads to the separation of the coenzyme, but the treatment of the enzyme at pH = 11.4 does not bring about this dissociation.

T-GOD wurde deshalb nach folgender Vorschrift hergestellt:T-GOD was therefore manufactured according to the following regulation:

18 mg Glucoseoxidase und 1.27 g -D-Glucose wurden in 0.1 Vol-% TEA (in Wasser, pH = 11.4) gelöst und die resultierende Lösung mit reinem TEA auf einen pH von 10.4 eingestellt.18 mg glucose oxidase and 1.27 g -D-glucose were mixed in 0.1 vol% TEA (in water, pH = 11.4) dissolved and the resulting solution adjusted to a pH of 10.4 with pure TEA.

Zugabe von 170 μl TRIMID (29 μmol/1) in ChloroformAdd 170 μl TRIMID (29 μmol / 1) in chloroform

30 see im Ultraschallbad beschallen, wobei eine milchig gelbeSonicate 30 seconds in an ultrasonic bath, with a milky yellow

Suspension entstandSuspension was created

2 Stunden bei 37°C im Wasserbad inkubierenIncubate for 2 hours at 37 ° C in a water bath

über eine Sephadex G-25-Säule in 1.5 mM NaCl, 0.05 mM Natrium¬ phosphatpuffer (pH=7.4) Chromatographieren .Chromatograph over a Sephadex G-25 column in 1.5 mM NaCl, 0.05 mM sodium phosphate buffer (pH = 7.4).

Eine Bestimmung der Proteinkonzentration ist mit der Methode nach Lowry möglich. Dazu wurde ein speziell vorbereiteter BSA- Standard als Referenz vermessen und die Extinktionen des T-GOD darauf bezogen.The protein concentration can be determined using the Lowry method. For this purpose, a specially prepared BSA standard was measured as a reference and the absorbance of the T-GOD related to it.

Für diese Untersuchung war eine Stammlösung aus 0.5 ml 2%-iger CuS04-Lösung, 0.5 ml 2%-iger Tartratlösung und 49 ml 2%-iger Na2Cθ3~Lösung in 0.1 M NaOH notwendig. Um die Proteinkonzen¬ tration der Fraktionen 12 und 13 zu bestimmen, wurden 100 μl mit PBS (1:100) auf 1 ml verdünnt und 6 Proben hergestellt, indem jeweils 10 μl, 20 μl und 30 μl auf 200 μl mit PBS (1:100) verdünnt wurden (Doppelbestimmung). Zu diesen Proben kam je 1 ml der Stammlösung hinzu, das Gemisch wurde 10 min stehen gelassen.For this investigation, a stock solution of 0.5 ml 2% CuS0 4 solution, 0.5 ml 2% tartrate solution and 49 ml 2% Na2CO3 solution in 0.1 M NaOH was necessary. In order to determine the protein concentration of fractions 12 and 13, 100 μl were diluted to 1 ml with PBS (1: 100) and 6 samples were prepared by adding 10 μl, 20 μl and 30 μl to 200 μl with PBS (1: 100) were diluted (double determination). 1 ml of the stock solution was added to each of these samples, and the mixture was left to stand for 10 min.

Anschließend erfolgte die Zugabe von 100 μl 0.5 N Folinlösung, die ein Extinktionsmaximum bei 578 nm erzeugt, was nach 30 min vermessen werden konnte. Mit Hilfe des BSA-Standards konnte anschließend die Proteinmenge von T-GOD errechnet werden; es ergab sich eine Proteinmassenkonzentration von 4.22 mg/ml.Then 100 μl of 0.5 N folin solution was added, which produces an extinction maximum at 578 nm, which could be measured after 30 min. The protein amount of T-GOD could then be calculated using the BSA standard; the protein mass concentration was 4.22 mg / ml.

Der Trimidgehalt eines Proteins kann durch den Extinktionsun¬ terschied einer Probe vor und nach dem Belichten bei 348 nm überprüft werden. Bei Glucoseoxidase stellt sich das Problem, daß die FAD-Moleküle in diesem Bereich ebenfalls Licht absor- bieren, was den TRIMID-Peak überdeckt. Bei der Bestimmung des TRIMID-Anteils in T-GOD wurde die Tatsache ausgenutzt, daß das FAD nach einer Inkubation bei erhöhter Temperatur vom Enzym abgetrennt wird. Da der FAD-Peak die Absorptionsbande von TRI¬ MID überlagert, wurde zur Detektion von TRIMID zunächst das FAD abgetrennt, indem das Protein (jeweils 500 μl) 2 h bei 50° C inkubiert und anschließend die Lösung über eine PDIO-Säule chromatographiert wurde. In der Enzymfraktion war danach nur noch der Proteinpeak bei 280 nm erkennbar.The trimide content of a protein can be checked by the difference in extinction of a sample before and after exposure at 348 nm. The problem with glucose oxidase is that the FAD molecules in this area also absorb light. beer that covers the TRIMID peak. When determining the TRIMID content in T-GOD, the fact was used that the FAD is separated from the enzyme after an incubation at elevated temperature. Since the FAD peak overlaps the absorption band of TRI-MID, the FAD was first separated to detect TRIMID by incubating the protein (500 μl in each case) at 50 ° C. for 2 h and then chromatographing the solution on a PDIO column. After that, only the protein peak at 280 nm was visible in the enzyme fraction.

Die Proteinfraktion wurde dann in der Küvette 2 mal je 10 min belichtet und nach jeder Belichtung ein Absorptionsspektrum aufgenommen. Man erkennt in Fig. 3 deutlich eine Veränderung der Absorption zwischen 340 nm und 400 nm, also im Bereich der TRIMID-Bande.The protein fraction was then exposed twice in the cuvette for 10 min each and an absorption spectrum was recorded after each exposure. 3 clearly shows a change in the absorption between 340 nm and 400 nm, that is to say in the region of the TRIMID band.

Der Gehalt an kovalent gebundenem TRIMID betrug 8 + 2 mol TRI¬ MID pro mol Glucoseoxidase.The covalently bound TRIMID content was 8 + 2 mol TRI-MID per mol glucose oxidase.

Die enzymatische Aktivität des modifizierten Proteins konnte spektroskopisch mittels des oben beschriebenen enzymatischen Assays ermittelt werden. Dazu wurden 50 μl T-GOD, die 8.73 μg Protein enthielten untersucht.The enzymatic activity of the modified protein could be determined spectroscopically using the enzymatic assay described above. For this purpose, 50 μl of T-GOD, which contained 8.73 μg protein, were examined.

Mit dieser Methode wurde die enzymatische Aktivität der ver¬ wendeten Glucoseoxidaselösungen bestimmt. In Fig. 4 ist die Kinetik der enzymatischen Katalyse der Stammlösung (GOD) sowie die des modifizierten Enzyms (T-GOD) dargestellt.The enzymatic activity of the glucose oxidase solutions used was determined with this method. 4 shows the kinetics of the enzymatic catalysis of the stock solution (GOD) and that of the modified enzyme (T-GOD).

Durch den linearen Teil der Kurve wurde mittels linearer Re¬ gression jeweils eine Gerade bestimmt. Diese diente als Kali¬ briergerade zur Detektion der enzymatischen Aktivität der je¬ weiligen Glucoseoxidase auf dem Sensor.A straight line was determined through the linear part of the curve by means of linear regression. This served as a calibration line for the detection of the enzymatic activity of the respective glucose oxidase on the sensor.

Die Bestimmung der Absorptionszunahme mittels linearer Regres¬ sion ergab für T-GOD einen Wert von 0.989 min-1. Mit Hilfe des Lambert-Beer'sehen Gesetzes kann daraus die spezifische En- zymaktivität der modifizierten Glucoseoxidase mit 34.92 units/mg bestimmt werden. Im Vergleich dazu besitzt die nicht modifizierte Glucoseoxidase einen Wert von 87.59 units/mg.The determination of the increase in absorption by means of linear regression gave a value of 0.989 min -1 for T-GOD. With the help of the Lambert-Beer's law, the specific enzyme activity of the modified glucose oxidase can be determined at 34.92 units / mg. In comparison, the unmodified glucose oxidase has a value of 87.59 units / mg.

Um die Anbindung von T-GOD auf einer Oberfläche und im spe¬ ziellen an Polyimid zu beobachten, wurde das erzeugte T-GOD mit [14C] markiert. Dazu wurde die Glucoseoxidase zunächst re- duktiv methyliert und anschließend auf einer polyimidisierten Oberfläche immobilisiert.In order to observe the binding of T-GOD on a surface and in particular on polyimide, the T-GOD produced was marked with [ 14 C]. For this purpose, the glucose oxidase was first reductively methylated and then immobilized on a polyimidized surface.

Bei der reduktiven Methylierung werden Aminofunktionen mit Formaldehyd umgesetzt und die entstehenden Schiffschen Basen reduziert. Diese hochspezifische Reaktion greift nur die -Ami- nogruppen der Lysineinheiten im Protein sowie den N-Terminus in der Aminosäuresequenz an. Um eine Denaturierung durch Zer¬ störung der Disulfidbrücken sowie die sofortige Reduktion des Formaldehyds zu vermeiden, wird als mildes Reduktionsmittel Natriumcyanborhydrid verwendet, was zu N,N-Dimethylderivaten führt. Es resultiert eine nahezu vollständige Umsetzung bei Einsatz des sechsfachen Überschusses an Formaldehyd, bezogen auf die Proteinmasse.In reductive methylation, amino functions are reacted with formaldehyde and the resulting Schiff bases are reduced. This highly specific reaction only attacks the -amino groups of the lysine units in the protein and the N-terminus in the amino acid sequence. In order to avoid denaturation by destroying the disulfide bridges and the immediate reduction of the formaldehyde, sodium cyanoborohydride is used as a mild reducing agent, which leads to N, N-dimethyl derivatives. The result is an almost complete conversion when using a six-fold excess of formaldehyde, based on the protein mass.

Da die reduktive Methylierung in HEPES-Puffer (pH=7.5) ab¬ läuft, wurde 1 ml T-GOD (4.22 mg/ml) über einer PDIO-Säule um¬ gepuffert und die Proteinfraktion zur radioaktiven Markierung verwendet. Dabei wurde wie folgt vorgegangen:Since the reductive methylation takes place in HEPES buffer (pH = 7.5), 1 ml of T-GOD (4.22 mg / ml) was buffered over a PDIO column and the protein fraction used for radioactive labeling. The procedure was as follows:

800 μl dieser Proteinfraktion wurden in ein lichtgeschütztes Reaktionsgefäß gebracht (Schutz der TRIMID-Gruppe) Zugabe von 6.5 μl [14C]-Formaldehyd (=200 nmol) , mit einer Ra¬ dioaktivität von 11.6 μCi Zugabe von 100 μl NaCNBH3, (=240 mmol/1) auffüllen mit HEPES-Puffer auf 1 ml 3 h rühren bei Raumtemperatur das Produkt wurde über einer PDIO-Säule chromatographiert, um überschüssiges Formaldehyd abzutrennen. Die T-GOD-Fraktion des radioaktiv markierten Enzyms wurde wie oben beschrieben auf den Proteingehalt untersucht. Es ergab sich eine Proteinkonzentration von 0.915 mg/ml.800 μl of this protein fraction were placed in a light-protected reaction vessel (protection of the TRIMID group) addition of 6.5 μl [ 14 C] -formaldehyde (= 200 nmol), with a radioactivity of 11.6 μCi addition of 100 μl NaCNBH 3 , (= Make up 240 mmol / 1) with HEPES buffer to 1 ml and stir for 3 h at room temperature. The product was chromatographed on a PDIO column in order to remove excess formaldehyde. The T-GOD fraction of the radiolabeled enzyme was examined for protein content as described above. The protein concentration was 0.915 mg / ml.

Um den Grad der radioaktiven Modifizierung von T-GOD zu be¬ stimmen, wurden jeweils 5 μl der einzelnen Fraktionen der [14C]-T-GOD-Synthese mit 5 ml Szintillationslösung (eine Mi¬ schung aus 1080 ml Toluol p.a., 5.4 g 2,5-Diphenyloxazol (PPO) , 0.2 g 2,2 '-p-Phenyl-bis-5-Phenyloxazol (POPOP) , 920 ml Triton und 40 ml Eisessig) vermischt (Vortex) und die -Strah¬ lung mit einem Szintillationszähler bestimmt.In order to determine the degree of radioactive modification of T-GOD, 5 μl of the individual fractions of the [ 14 C] -T-GOD synthesis were each treated with 5 ml of scintillation solution (a mixture of 1080 ml of toluene pa, 5.4 g 2,5-diphenyloxazole (PPO), 0.2 g 2,2'-p-phenyl-bis-5-phenyloxazole (POPOP), 920 ml Triton and 40 ml glacial acetic acid) mixed (vortex) and the radiation with a scintillation counter certainly.

In der Proteinfraktion wurde eine Aktivität von 2793 dpm (dpm=decompositions per minute) gefunden. Die Korrelation die¬ ser Werte mit den Ergebnissen der Proteinbestimmung nach Lowry des radioaktiv markierten Proteins ergab 597 dpm/μg Protein.An activity of 2793 dpm (dpm = decompositions per minute) was found in the protein fraction. The correlation of these values with the results of the Lowry protein determination of the radioactively labeled protein gave 597 dpm / μg protein.

Die enzymatische Aktivität der radioaktiv markierten Protein¬ fraktion wurde wiederum mittels des enzymatischen Assays be¬ stimmt. Dazu wurden 20 μl der Proteinfraktion mit HEPES auf 200 μl verdünnt und von 50 μl dieser Lösung (= 4.6 μg) die en¬ zymatische Aktivität bestimmt.The enzymatic activity of the radioactively labeled protein fraction was again determined using the enzymatic assay. For this purpose, 20 μl of the protein fraction were diluted to 200 μl with HEPES and the enzymatic activity was determined from 50 μl of this solution (= 4.6 μg).

Die Auswertung ergab eine Absorptionszunahme von 0.27 min-1, was einer spezifischen Enzymaktivität von 18.19 units/mg ent¬ spricht. Das bedeutet, daß selbst nach zwei Modifikationen des Proteins die enzymatische Aktivität noch vorhanden ist.The evaluation showed an increase in absorption of 0.27 min -1 , which corresponds to a specific enzyme activity of 18.19 units / mg. This means that even after two modifications to the protein, the enzymatic activity is still present.

Um die Ankopplung des Proteins an eine polyimidisierte Ober¬ fläche zu beobachten, wurden Deckplättchen aus Glas polyimidi- siert, anschließend mit [14C]-T-GOD beschichtet und die Radio¬ aktivität gemessen. Die Polyimidisierung von hydrophilen Ober¬ flächen ist neben anderen Methoden eine wichtige Grundlage für Immobilisationen auf akustoelektrischen Bauelementen.In order to observe the coupling of the protein to a polyimidized surface, glass cover plates were polyimidized, then coated with [ 14 C] -T-GOD and the radioactivity was measured. The polyimidization of hydrophilic surfaces is, among other methods, an important basis for immobilization on acoustoelectric components.

Auf die polyimidisierten Glasplättchen wurden 30-50 μl des ra¬ dioaktiv markierten Enzyms aufgebracht, nach einer definierten Einwirkzeit belichtet und anschließend gewaschen. Als Kon- trollexperiment wurden analog behandelte, jedoch unbelichtete Plättchen mitgeführt.30-50 μl of the radioactive labeled enzyme were applied to the polyimidized glass plate, according to a defined one Exposure time exposed and then washed. As a control experiment, analog treated but unexposed plates were carried along.

Die Waschprozedur bestand aus fünfmaligem Spülen der Plättchen mit einer Lösung aus 50 mM PBS, 150 mM NaCl sowie 0.02 Vol-% TWEEN 20. Zur Bestimmung der Radioaktivität wurden die Abdeck- plättchen in die Szintillationsröhren gebracht, mit 5 ml Szin- tillationslösung bedeckt und nach kurzem Mischen (Vortex) die -Strahlung der polyimidisierten Glasträger bestimmt. In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Belichtung nach 30 min Einwirken keine Anbindung an das Polyimid bewirkt. Die Strahlung dieser Glasplättchen liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die der unbelichteten Kontrollproben. Erst nach wesentlich länge¬ ren Einwirkzeiten vor der Belichtung bzw. partielle Trockung durch Anlegen eines Vakuums, was einen völlig eingetrockneten Proteinfilm zur Folge hatte, kommt es zur kovalenten Anbindung des Proteins an das Polyimid, was durch die deutlich höhere Radioaktivität der entsprechenden Glasträger zu erkennen ist.The washing procedure consisted of rinsing the platelets five times with a solution of 50 mM PBS, 150 mM NaCl and 0.02% by volume TWEEN 20. To determine the radioactivity, the cover platelets were placed in the scintillation tubes, covered with 5 ml scintillation solution and then short mixing (vortex) determines the radiation of the polyimidized glass slides. In FIG. 5 it can be seen that the exposure after 30 minutes of exposure has no effect on the polyimide. The radiation from these glass plates is approximately of the same order of magnitude as that from the unexposed control samples. Only after significantly longer exposure times before exposure or partial drying by applying a vacuum, which has resulted in a completely dried-up protein film, does the protein become covalently bound to the polyimide, which can be recognized by the significantly higher radioactivity of the corresponding glass carriers is.

Eine Photoimmobilisation von T-GOD auf Polyimid ist folglich möglich, sofern nur wenig Wasser in der Proteinmatrix vorhan¬ den ist. Bei Anwesenheit von Wasser ist der Modifizierungsgrad von T-GOD mit TRIMID zu gering, so daß alle durch Belichtung erzeugten Carbene mit Wasser abreagieren und es zu keiner meßbaren Anbindung an die Oberfläche kommt. Weiterhin zeigen diese Untersuchungen, daß die gewählte Waschprozedur geeignet ist, unspezifisch anhaftende Proteinmoleküle von der polyimi¬ disierten Oberfläche zu entfernen sowie Restradioaktivität auszuwaschen. A photoimmobilization of T-GOD on polyimide is consequently possible if only a little water is present in the protein matrix. In the presence of water, the degree of modification of T-GOD with TRIMID is too low, so that all carbenes produced by exposure react with water and there is no measurable connection to the surface. Furthermore, these investigations show that the selected washing procedure is suitable for removing non-specifically adhering protein molecules from the polyimized surface and for washing out residual radioactivity.

Claims

Patentansprüche: Claims: 1. Sensor zum Nachweis von Proteinen nach dem Prinzip der Schlüssel-Schloß Reaktion bestehend aus einem Sensorkörper, von dem eine Oberfläche mit einer Polymerschicht überzogen ist, wobei an die Polymerschicht die Rezeptormoleküle der Schlüssel-Schloß Reaktion gebunden sind, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bindung zwischen dem Polymer und den Re¬ zeptormolekülen durch ein photoreaktives Molekül vermittelt wird, welches kovalent am Rezeptormolekül gebunden ist und in eine C-H-Bindung des Polymers insertiert.1. Sensor for the detection of proteins according to the principle of the key-lock reaction consisting of a sensor body, of which a surface is coated with a polymer layer, the receptor molecules of the key-lock reaction being bound to the polymer layer, characterized in that the bond between the polymer and the receptor molecules is mediated by a photoreactive molecule which is covalently bound to the receptor molecule and inserts into a CH bond of the polymer. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photoreaktive Molekül 3-Trifluoromethyl-3-(m-isothiocyano- phenyl) -diazirin (TRIMID) ist.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the photoreactive molecule is 3-trifluoromethyl-3- (m-isothiocyano-phenyl) diazirine (TRIMID). 3. Verfahren zum Beschichten von Sensoren gemäß einem der An¬ sprüche 1 oder 2, mit Proteinen, wobei die Oberfläche des Sensors modifiziert wird und wobei auf der Sensoroberfläche eine silanhaltige Promoterschicht aufgebracht und daran eine Polymerschicht angebunden wird, gekennzeichnet durch fol¬ gende Verfahrensschritte: a) modifizieren der Proteine durch Anbinden von carbener- zeugenden Molekülen an die Lysineinheiten der Aminosäu¬ resequenzen der Proteine, b) aufbringen der modifizierten Proteine auf die Polymer¬ schicht c) partielle Trocknung dieser Schicht und d) kovalente Anbindung der modifizierten Proteine an die Polymerschicht durch Einwirkung von UV-Licht.3. Method for coating sensors according to one of claims 1 or 2, with proteins, the surface of the sensor being modified and a silane-containing promoter layer being applied to the sensor surface and a polymer layer being bonded thereto, characterized by the following method steps: a) modify the proteins by attaching carbene-generating molecules to the lysine units of the amino acid sequences of the proteins, b) applying the modified proteins to the polymer layer c) partially drying this layer and d) covalently linking the modified proteins to the polymer layer by exposure to UV light. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die carbenerzeugenden Moleküle TRMID sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the carbene-generating molecules are TRMID. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsgrad der Schicht durch anlegen von Vakuum erreicht wird. 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the degree of dryness of the layer is achieved by applying a vacuum.
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