Sensores electroquímicos de urea y métodos para fabricar los mismos.

Un sensor para detectar urea en una muestra, que comprende:

un electrodo;

una membrana selectiva de iones que comprende una matriz de polímero que comprende un ionóforo selectivo de iones amonio;

una capa enzimática dispuesta sobre la superficie de la membrana selectiva de iones, comprendiendo dicha capa enzimática ureasa; y

una capa de difusión externa para entrar en contacto con una muestra, en la que la capa de difusión externa está dispuesta sobre la capa enzimática, es permeable a urea, y comprende poliuretano hidrófilo.

Sensores electroquímicos de urea y métodos para fabricar los mismos

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de los sensores electroquímicos, particularmente a sensores que miden urea en muestras analíticas.

Información sobre los antecedentes Los investigadores y los médicos clínicos a menudo necesitan medir la concentración de varios analitos en muestras biológicas. Estos analitos incluyen gases disueltos (por ejemplo, dióxido de carbono) , iones (por ejemplo, hidrogeno, sodio, potasio, calcio, litio, amonio y magnesio) , y moléculas biológicamente activas (por ejemplo, urea) . En muchos casos, la muestra biológica es un fluido corporal (por ejemplo, sangre, suero, plasma, fluido cerebroespinal, saliva, y/o orina) tomada del paciente durante una visita a la consulta o mientras se les somete a cirugía. El diagnóstico y tratamiento apropiados a menudo dependen de la exactitud de estas medidas y de la velocidad con la que se obtienen.

Un sistema de sensor electroquímico es una herramienta analítica que se puede usar para medir la concentración de un analito en una muestra biológica. El sensor electroquímico contiene un transductor físico, tal como un electrodo metálico, separado de la muestra analítica por lo menos por una membrana semipermeable. Los sensores de enzima, que detectan y/o miden metabolitos biológicos (tales como carbohidratos, péptidos, lípidos, nucleótidos, o urea, por ejemplo) en una muestra analítica, incluyen una capa enzimática que cubre la membrana semipermeable. La capa enzimática contiene por lo menos una enzima que reacciona con el analito de interés para producir un subproducto químico, que puede migrar a través de la membrana semipermeable y ser detectado por el electrodo. Un ejemplo de un sensor de enzima es un sensor de urea, que puede contener una enzima, tal como ureasa, que hidroliza urea para formar iones amonio.

Los sensores de urea existentes generalmente tienen una corta vida útil comparado con otros tipos de sensores (por ejemplo, sensores de iones) . Esto es debido al hecho de que la capa enzimática de los sensores de urea existentes está en contacto directo con la muestra analítica, que permite que la enzima y otros componentes de la membrana se filtren dentro de la muestra y/o los contaminantes en la muestra degraden o destruyan la enzima en la capa de enzima.

El documento US 4.713.165 A describe un sensor que tiene un electrodo selectivo de iones.

El documento US 5.326.449 A describe una membrana compuesta para un dispositivo de sensor para medir la concentración de un analito en disolución.

El documento GB 2194843 A describe una membrana de electrodo de enzima y un método para fabricar la misma. El documento WO 02/097419 A describe una matriz de enzima reticulada.

Sumario de la invención La presente invención proporciona un sensor de urea en el que la capa enzimática no está en contacto directo con la muestra, lo que da como resultado un sensor que permite múltiples y continuas determinaciones de la concentración de urea en muestras. Además, el sensor de urea de la presente invención es susceptible de miniaturización y se puede incorporar en tarjetas de sensores que contienen otros sensores electroquímicos miniaturizados usados para análisis a largo plazo continuos de múltiples analitos sin comprometer la vida útil total de la tarjeta de sensores.

En general, en un aspecto, la presente invención presenta un sensor para detectar urea en una muestra que incluye un electrodo, una capa enzimática, y una capa de difusión externa. La capa de difusión externa es permeable a la urea y está dispuesta entre la capa enzimática y la muestra. Previniendo el contacto directo entre la capa enzimática y la muestra, la capa de difusión externa inhibe la degradación y/o pérdida de la enzima, extendiendo de este modo la vida del sensor de urea. El sensor de urea se puede usar para determinar la concentración de urea de muestras de sangre, suero, plasma, fluido cerebroespinal, saliva, y/o orina, por ejemplo.

Las realizaciones de este aspecto de la invención pueden incluir las siguientes características. El electrodo puede ser un electrodo metálico, tal como un electrodo de plata/cloruro de plata. La capa enzimática puede contener una enzima tal como ureasa, que cataliza la hidrólisis de urea a iones amonio. La capa enzimática puede contener también uno o más estabilizantes de enzima, que incluyen, por ejemplo, polipéptidos (por ejemplo, glutatión) y proteínas inertes (por ejemplo, seroalbúmina bovina) . En una realización particular, la capa enzimática incluye ureasa reticulada con glutatión. En otras realizaciones, la capa enzimática incluye una o más proteínas inertes, tales como seroalbúmina bovina, reticulada con por lo menos una de ureasa y glutatión. La capa de difusión externa puede incluir un polímero, tal como poliuretano, un ionómero de poli (tetrafluoroetileno) , poli (metacrilato de 2hidroximetilo) , poli (cloruro de vinilo) , poli (cloruro de vinilo) carboxilado, poli (cloruro de vinilo) hidroxilado, policarbonato, acetato de celulosa y sus mezclas.

El sensor de urea incluye adicionalmente una membrana selectiva de iones dispuesta entre el electrodo y la capa enzimática. Por ejemplo, la membrana selectiva de iones puede ser una membrana selectiva de iones amonio que incluye una matriz de polímero en la que está dispuesto un ionóforo selectivo de amonio. La matriz de polímero puede incluir, por ejemplo, poli (cloruro de vinilo) , poli (cloruro de vinilo) carboxilado, poli (cloruro de vinilo) hidroxilado, poliuretano, poli (tetrafluoroetileno) , poli (metacrilato de metilo) , caucho de silicona, y sus mezclas. Los ejemplos de ionóforos selectivos de iones amonio apropiados incluyen nonactina, monactina, dinactina, trinactina, tetranactina, narasina, benzoéteres corona, depsipéptidos cíclicos, y sus mezclas.

En otro aspecto, la presente invención presenta una tarjeta de sensores que incluye uno o más sensores descritos anteriormente dispuestos en o sobre un substrato.

En otro aspecto más, la presente invención proporciona métodos para formar un sensor descrito anteriormente. En un enfoque, el método incluye las etapas de proporcionar un electrodo, aplicar por lo menos a una superficie del electrodo una capa enzimática, y aplicar una capa de difusión externa sobre la capa enzimática. En otro enfoque, el método incluye las etapas de proporcionar un electrodo, aplicar a por lo menos una superficie del electrodo una membrana selectiva de iones, aplicar a la membrana selectiva de iones una capa enzimática, y aplicar una capa de difusión externa sobre la capa enzimática.

El anterior y otros objetivos, aspectos, características, y ventajas de la invención se volverán más evidentes con la siguiente descripción y con las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos, los caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala, haciendo hincapié en su lugar generalmente en ilustrar los principios de la invención.

La FIG. 1 es un diagrama esquemático de los componentes de una realización de un sistema de sensor electroquímico según la invención, que incluye un cartucho sensor con una tarjeta de electrodos y una entrada de muestra, una bomba peristáltica, y un microprocesador.

La FIG. 2 ilustra una vista frontal de una realización de una tarjeta de electrodos según la invención.

La FIG. 3 ilustra una vista de un corte transversal de una realización de un electrodo selectivo de iones (ISE) según la invención.

La FIG. 4 ilustra una vista de un corte transversal de una realización de un electrodo de dióxido de carbono (CO2) según la invención.

La FIG. 5 ilustra una vista de un corte transversal de una realización de un electrodo de enzima según la invención.

La FIG. 6 es una tabla que contiene ejemplos de componentes de membrana polimérica y sus respectivos porcentajes en peso para cuatro ISEs diferentes.

La FIG. 7 es una representación gráfica de las respuestas cronopotenciométricas de una tarjeta de electrodos que incluye un ISE de sodio con una membrana polimérica que contiene poli (cloruro de vinilo) de alto peso molecular (HMW-PVC) , con medidas tomadas antes y después de ensayar una muestra que contiene sodio contaminada con 10 mg/dl de tiopental de sodio (tiopental) .

La FIG. 8 es una representación gráfica de las respuestas cronopotenciométricas de una tarjeta de electrodos que incluye cinco ISEs de sodio con una membrana polimérica que contiene poli (cloruro de vinilo) carboxilado (PVC-COOH) según la invención,... [Seguir leyendo]

1. Un sensor para detectar urea en una muestra, que comprende: un electrodo; una membrana selectiva de iones que comprende una matriz de polímero que comprende un ionóforo selectivo de

iones amonio;

una capa enzimática dispuesta sobre la superficie de la membrana selectiva de iones, comprendiendo dicha capa enzimática ureasa; y una capa de difusión externa para entrar en contacto con una muestra, en la que la capa de difusión externa está

dispuesta sobre la capa enzimática, es permeable a urea, y comprende poliuretano hidrófilo.

2. El sensor de la reivindicación 1, en el que el electrodo comprende un electrodo metálico, y en cuyo caso opcionalmente en el que el electrodo comprende un electrodo de plata/cloruro de plata.

3. El sensor de la reivindicación 1, en el que la capa enzimática:

(a) cataliza la hidrólisis de urea a iones amonio; o

(b) comprende adicionalmente uno o más estabilizantes de enzima; y en cuyo caso opcionalmente en el que el estabilizante de enzima se selecciona del grupo que consiste en polipéptidos y proteínas inertes; y en el que opcionalmente: en el que el polipéptido comprende glutatión, o en el que la proteína inerte comprende seroalbúmina bovina; o

(c) comprende ureasa reticulada con glutatión; y en cuyo caso opcionalmente comprende adicionalmente una o más proteínas inertes reticuladas con por lo menos una de la ureasa y el glutatión; y en cuyo caso opcionalmente en el que la proteína inerte comprende seroalbúmina bovina.

4. El sensor de la reivindicación 1, en el que la matriz de polímero se selecciona del grupo que consiste en poli (cloruro de vinilo) , poli (cloruro de vinilo) carboxilado, poli (cloruro de vinilo) hidroxilado, poliuretano, poli (tetrafluoroetileno) , poli (metacrilato de metilo) , caucho de silicona, y sus mezclas.

5. El sensor de la reivindicación 1, en el que el ionóforo se selecciona del grupo que consiste en nonactina, monactina, dinactina, trinactina, tetranactina, narasina, benzoéteres corona, depsipéptidos cíclicos, y sus mezclas.

6. El sensor de la reivindicación 1, en el que la muestra se selecciona del grupo que consiste en sangre, suero, plasma, fluido cerebroespinal, saliva y orina.

7. Una tarjeta de sensores que comprende: un substrato; y uno o más sensores de la reivindicación 1 dispuestos sobre o en el substrato.

8. Un método para formar el sensor de la reivindicación 1, comprendiendo el método las etapas de: proporcionar un electrodo; aplicar una capa de disolución interna al electrodo; aplicar sobre la capa de disolución interna una membrana selectiva de iones; aplicar a la membrana selectiva de iones una capa enzimática; y aplicar una capa de difusión externa sobre la capa enzimática, en el que el sensor detecta o mide urea en una muestra.

9. Un sensor para detectar urea en una muestra, que comprende: un electrodo y una membrana compuesta, comprendiendo dicha membrana compuesta una capa de disolución interna adyacente al electrodo; una membrana selectiva de iones colocada junto a la capa de disolución interna, comprendiendo dicha membrana

selectiva de iones una matriz de poli (cloruro de vinilo) y nonactina; una capa enzimática dispuesta sobre la superficie de la membrana selectiva de iones, comprendiendo dicha capa

enzimática glutaraldehído, y ureasa reticulada con glutatión; y una capa de difusión externa permeable a urea y dispuesta sobre la capa enzimática, en el que la capa de difusión externa es para entrar en contacto con una muestra y comprende poliuretano hidrófilo.