Polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos para su uso en sensores electroquímicos basados en enzimas.

Un polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico para su uso en sensores electroquímicos basados enenzimas,

estando el polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico constituido por:

un polímero hidrófilo que incluye porciones iónicas; y

una pluralidad de mediadores rédox unidos formados de monómeros que contienen mediador,en el que el peso molecular del polímero de alto peso molecular hidrófilo iónico es superior a 16 kg/mol,en el que el polímero hidrófilo está formado de monómeros hidrófilos seleccionados de acrilamida,hidroximetacrilato de etilo, metacrilato de glicerol, N-vinilpirrolidinona y N-isopropilacrilamida,

en el que las porciones iónicas están formadas de monómeros seleccionados de monómeros catiónicos deamonio cuaternario, monómeros catiónicos de amonio terciario y monómeros aniónicos de ácido carboxílico,y en el que los mediadores rédox están seleccionados de ferroceno (Fc), quinonas, ferricianuro, azul demetileno, 2,6-dicloroindofenol, tionina, galocianina e indofenol.

Polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos para su uso en sensores electroquímicos basados en enzimas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a sensores y, en particular, a sensores electroquímicos basados en enzimas.

2. Descripción de la técnica relacionada

El uso de sensores electroquímicos basados en enzimas que emplean un mediador rédox (por ejemplo, ferroceno) y una enzima rédox (tal como glucosa oxidasa) conjuntamente con un electrodo (s) para la determinación de un analito en una muestra líquida ha conseguido un elevado interés en los últimos años. Se cree que tales sensores electroquímicos basados en enzimas son particularmente adecuados para la monitorización continua o semicontinua de analitos (por ejemplo, glucosa) en muestras de fluido corporal (por ejemplo, muestras de sangre o fluido intersticial) . Por ejemplo, los sensores de glucosa electroquímicos basados en enzimas que emplean un mediador rédox, una enzima rédox y un electrodo de trabajo pueden determinar (es decir, medir) concentración de glucosa usando potenciales relativamente bajos (por ejemplo, inferiores a 0, 4 V frente a SCE) , limitando así cualquier respuesta interferente, en el electrodo de trabajo. Para otra descripción de sensores electroquímicos basados en enzimas véanse, por ejemplo, la patentes de EE.UU. nº 5.089.112 y 6.284.478.

Las proteínas que rodean un centro rédox de la enzima rédox pueden descartar la transferencia directa de electrones de una enzima rédox a un electrodo de un sensor electroquímico basado en enzimas. Por tanto, en sensores electroquímicos basados en enzimas típicos, un mediador rédox se emplea para facilitar la transferencia de electrones entre la (s) enzima (s) rédox y un electrodo (s) del sensor electroquímico. En una circunstancia tal, la enzima rédox pasa por ciclos entre estados oxidados y reducidos, accionados por la presencia del analito, el mediador rédox y una superficie del electrodo. El resultado neto de tales ciclos es que los electrones son tanto aceptados como donados en la superficie del electrodo mientras que la enzima rédox mantiene esencialmente su estado de oxidación original y características catalíticas.

Para sensores electroquímicos basados en enzimas que requieren estabilidad a largo plazo, tal como sensores de glucosa electroquímicos continuos o semicontinuos, es esencial que tanto el mediador rédox como la enzima rédox no se laven de la vecindad del electrodo. Por tanto, no se desea emplear mediadores rédox fácilmente lavables (tales como ferricianuro fácilmente lavable, benzoquinona y derivados de quinona de bajo peso molecular, ferroceno, derivados de ferroceno de bajo peso molecular, complejos de rutenio y complejos de osmio) en sensores electroquímicos basados en enzimas. Además, si el mediador rédox es una sustancia que es peligrosa para los seres humanos u otros sujetos, el lavado del mediador rédox en un cuerpo humano o de otro sujeto es no deseable y entonces tiene que evitarse.

Además, la enzima rédox y mediador rédox de sensores electroquímicos basados en enzimas deben poder interaccionar favorablemente entre sí y el mediador rédox debe poder intercambiar electrones con un electrodo del sensor electroquímico basado en enzimas. En otras palabras, la actividad de tanto la enzima rédox como el mediador rédox deben mantenerse mientras que se previene el lavado involuntario.

Para evitar el lavado de mediador rédox se han propuesto ciertas composiciones químicas en las que los mediadores rédox se unen químicamente a enzimas rédox para su uso en sensores electroquímicos. Las enzimas rédox de tales composiciones químicas pueden, sin embargo, sufrir una disminución perjudicial en la actividad enzimática.

Alternativamente, los mediadores rédox también se han unido a cadenas de polímeros sintéticos insolubles en agua tales como polisiloxanos con el fin de prevenir el lavado. Sin embargo, tales composiciones químicas sufren baja flexibilidad, y así una actividad de mediación reducida debido a su naturaleza hidrófoba. Además, la unión de mediadores rédox a cadenas de polímeros sintéticos insolubles en agua no trata directamente la necesidad de prevenir el lavado de las enzimas rédox empleadas en sensores electroquímicos basados en enzimas.

Por tanto, en el campo todavía se necesita una composición química para su uso en sensores electroquímicos basados en enzimas que prevenga el lavado involuntario de tanto mediadores rédox como enzimas rédox de la vecindad del electrodo del sensor electroquímico mientras que mantiene la actividad adecuada del mediador rédox y la enzima rédox.

El documento WOO3/025257 desvela “electrodeposición de polímeros rédox y co-electrodeposición de enzimas por reticulación coordinativa”.

El documento US 5 26 5035 desvela electrodos recubiertos con polímeros reticulados que tienen centros rédox.

Bu y col. Anal. Chem. 68, 3951-3957 (1996) trata la modificación de electrodos de gel rédox reticulados.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Los polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos según realizaciones de la presente invención previenen el lavado involuntario de tanto mediadores rédox como enzimas rédox de la vecindad de un electrodo de sensor electroquímico mientras que mantienen la actividad adecuada del mediador rédox y la enzima rédox.

La presente invención se refiere a polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos como se explican en la reivindicación 1.

Los polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos para su uso en sensores electroquímicos basados en enzimas según realizaciones de la presente invención incluyen un polímero hidrófilo con porciones iónicas (por ejemplo, monómeros iónicos incorporados en el esqueleto del polímero hidrófilo) y una pluralidad de mediadores rédox unidos formados de monómeros que contienen mediador. Los mediadores rédox pueden estar, por ejemplo, covalentemente unidos al polímero hidrófilo en un modo lateral.

El peso molecular del polímero rédox hidrófilo iónico es suficientemente alto de forma que el polímero rédox tenga una fuerte afinidad hacia, sea fácilmente inmovilizado sobre, se incorpore fácilmente en y/o sea fácilmente atrapado en la vecindad de un electrodo (por ejemplo, un electrodo de trabajo basado en carbono) de un sensor electroquímico basado en enzimas. Por tanto, el peso molecular de los polímeros rédox hidrófilos iónicos según la presente invención es superior a 16 kg/mol.

La naturaleza iónica de polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos según realizaciones de la presente invención fomenta una fuerte asociación con enzimas rédox cargadas (tal como glucosa oxidasa) . Esta fuerte asociación tanto minimiza el lavado de la enzima rédox como fomenta la actividad entre la enzima rédox y el mediador rédox.

Los polímeros rédox de alto peso molecular hidrófilos iónicos según realizaciones de la presente invención pueden sintetizarse por, por ejemplo, co-polimerización de radicales libres de un monómero que contiene mediador (tal como vinilferroceno (VFc) ) , un monómero hidrófilo y un monómero iónico. En una síntesis tal, el monómero hidrófilo puede emplearse para sintetizar una porción importante de un esqueleto hidrófilo de polímero dentro del polímero rédox. La naturaleza hidrófila del polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico resultante proporciona hinchamiento y/o solubilidad del polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico en una disolución acuosa (tal como un fluido corporal acuoso) .

El uso de un monómero iónico produce la incorporación de una porción iónica (es decir, una funcionalidad cargada) en el polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico, mientras que el uso de un monómero que contiene mediador produce un mediador que se une al polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Un mejor entendimiento de las características y ventajas de la presente invención se obtendrá por referencia a la siguiente descripción detallada que expone realizaciones ilustrativas, en las que se utilizan principios de la invención, y los dibujos adjuntos de los que:

La FIGURA 1 es una representación esquemática simplificada de una realización a modo de ejemplo de un polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico según la presente invención en la vecindad de una enzima rédox y un electrodo de un sensor electroquímico basado en enzimas; La FIGURA 2 es una representación simplificada... [Seguir leyendo]

1. Un polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico para su uso en sensores electroquímicos basados en enzimas, estando el polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico constituido por:

un polímero hidrófilo que incluye porciones iónicas; y una pluralidad de mediadores rédox unidos formados de monómeros que contienen mediador, en el que el peso molecular del polímero de alto peso molecular hidrófilo iónico es superior a 16 kg/mol, en el que el polímero hidrófilo está formado de monómeros hidrófilos seleccionados de acrilamida, hidroximetacrilato de etilo, metacrilato de glicerol, N-vinilpirrolidinona y N-isopropilacrilamida, en el que las porciones iónicas están formadas de monómeros seleccionados de monómeros catiónicos de amonio cuaternario, monómeros catiónicos de amonio terciario y monómeros aniónicos de ácido carboxílico, y en el que los mediadores rédox están seleccionados de ferroceno (Fc) , quinonas, ferricianuro, azul de metileno, 2, 6-dicloroindofenol, tionina, galocianina e indofenol.

2. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que el esqueleto de polímero hidrófilo está formado al menos parcialmente de un monómero de acrilamida (AAM) hidrófilo.

3. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que las porciones iónicas se incorporan en el esqueleto hidrófilo y los mediadores rédox se unen covalentemente al esqueleto de polímero hidrófilo en una manera lateral.

4. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que las porciones iónicas son porciones catiónicas.

5. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que la porción iónica está formada de cloruro de [2- (acriloiloxi) etil]trimetilamonio (AETMAC) .

6. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que la porción iónica está formada de al menos un monómero catiónico de amonio cuaternario y un monómero catiónico de amonio terciario.

7. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que el mediador rédox es ferroceno (Fc) .

8. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que:

el polímero hidrófilo es un esqueleto de polímero hidrófilo formado al menos parcialmente de monómero de acrilamida (AAM) hidrófilo; la porción iónica está formada al menos parcialmente de cloruro de [2- (acriloiloxi) etil]trimetilamonio (AETMAC) incorporado en el esqueleto de polímero hidrófilo; y el mediador rédox es ferroceno (Fc) covalentemente unido al esqueleto de polímero hidrófilo en forma de vinilferroceno (VFc) .

9. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 8, en el que el peso molecular es aproximadamente 110 kg/mol.

10. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 8, en el que la porción molar relativa de AAM está en el intervalo de 84 a 99, la porción molar relativa de VFc está en el intervalo de 1 a 6 y la porción molar relativa de AETMAC está en el intervalo de casi cero a 10.

11. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que la porción iónica está formada de un monómero de ácido carboxílico.

12. El polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico de la reivindicación 1, en el que el polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo iónico es un polímero rédox de alto peso molecular hidrófilo aniónico.