Химически модифицированный электрод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1413(51) 4 М 274 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ 57) Изобретениеимки химически осит лектро дифицирова обилизации электродов для ческих веществ. лективности к с ль - увеличфгидрильны отосинпочвоведени И.Ваин А.А.Соловьевувалов и Ю,Е,088.8) временным сохранениемской активности иммобилещества. В качестве позуют органическое вещеструктуры:0 с одн химич ногоиспол ис.ат,ЛингейГосхими оф И М. - 8-38 ий Ю 10 Сера в ках. с. ВАННЬЙ ЭЛЕК ЕСКИ МОДИ-СН М СД ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институттеза АН СССР(56) Кольт лярография 1948, с. 3Торчинс Наука, 197 (54) ХИМИЧ ТРОД органиение се группам лектро- изованложки тво сле где К - радикал, предй собой (-СН-)э - или ИН-(-СН)-группы. 5 ил, 1413511Изобретение относится к электрохимии, а именно к электрохимии химически модифицированных электродов, и может быть использовано для иммобилиза ции органических веществ на химически модифицированном электроде. Иммобилизацию веществ на электроде производят для придания им специальных свойств (электрокаталитических, фото" 10 электрокаталитических и т.п.).Целью изобретения является увеличение селективности к сульфгидрильным группам с одновременным сохранением электрохимической активности иммобилизованного вещества.Химически модифицированный электрод для иммобилизации органических веществ состоит из электропроводной подложки и слоя органического веще ства, связанного с ней силановыми группами и имеющего следующую .струк,а туру:эО3м-о-в 1-в-юн-с неон где М - электропроводная подложка,К - (-СН -) или (-СН-) -ИН-(СН ),щНа фиг.1 показана потенциодинамическая характеристика электрода, отобранного для контроля силанизации в соответствии с примером 1; на фиг.2 - потенциодинамическая характеристика электрода, отобранного для контроля ацилирования в соответствии с примером 1; на фиг.3 - потенциодинамическая характеристика электродов с иммобилизованным цистеином и 2,3-дихлор,4-нафтохиноном в соответствии с примером 3; на фиг.4 - потенциодинамическая характеристика электрода :с иммобилизованньпи глутатионом и 2 3-дихлор4-нафтохиноном в соотФ 145 ветствии с примером 6; на Фиг,5 - потенциодинамические характеристики чистого электрода (А) и Рй - электрода с иммобилизованным 3-аминопропил-триметоксисиланом (Б) на фоне О, 1 М боратного буФера рН 9,18,50 50 мВ/с (условия измерения аналогичны условиям получения характеристик, показанных на фиг.1-4).П р и м е р 1. Химически модифицированный электрод для иммобилизации 55 органических веществ, состоящий из платиновой подложки и связанного с ней через силановые группы слоя органического вещества следующей структу-,ры: Данный химически модифицированный электрод получают следующим способом.Платиновые игольчатые электроды (диаметр 0,5 мм, длина 20 мм) выдерживают 5 мин в концентрированной азотной кислоте (пл. 1,51 г/см), отмывают дистиллированной водой и поляризуют 5 мин при потенциале +1,9 В (здесь и далее все потенциалы указаны относительно нормального каломельного электрода) в растворе 0,5 М НБО+ с помощью трехэлектродной схемы полярографа РА(ЧССР). Затем сканируют 10 раз потенциал в диапазоне +1,1- 0,2 В, заканчивают при потенциале +1,1 В с задержкой 30 с и вынимают электроды из электрохимической ячейки под данным потенциалом. Электроды промывают дистиллированной водой и высушивают под вакуумом при 50 С. Полученные при этом платинооксидные электроды кипятят с обратным холодильником 5 мин в 27-ном растворе 3-аминопропилтриметоксисилана в абсолютном толуоле. Силанизированные электроды отмывают абсолютным толуолом.Один электрод из серии отбирают на контроль .силанизации и отмывают его этанолом. Остальные электроды нагревают 25 мин при 80 С в О, 1 М растворе и-хлормеркурбензоилхлорида в абсолютном пиридине, Затем электроды отмывают последовательно абсолютным пиридином, абсолютным толуолом и этанолом. Один электрод из серий отбирают на контроль ацилирования, остальные электроды готовы к использованию. Отобранные на контроль электроды выдерживают 2 ч в 510М растворе 2,3-дихлор,4-нафтохинона в этаноле, отмывают последовательно этанолом и водой и регистрируют их потенциодинамические характеристики на фоне О, 1 М водного боратного буферного раствора с рН 9, 18 в диапазоне потенциалов 0-0,7 В, Силанизацию количественно контролируют по пикам окисления-восстановления иммобилизованного на аминосилане хинона (Фиг.1):3 1413511 4О и иммобилизацией хинона на оставшихся аминогруплах.Постадийный контроль химическойР 1-О 8 1 СН 2 Ь НН ( ) модификации электрода вместе с ири 5Гведенными в последующих примерах испытаниями его функциональных характеристик позволяет приписать органическому слою определенную структуру иПротекание ацилирования аминосилаявляется обязательным этапом синтеза. на контролируют по отсутствию таких П р и м е р 2. Химически модифиципиков на потенциодинамической харак- рованный электрод для иммобилизации ,теристике электрода (фиг.2). Наличие органических веществ, отличающийся небольших остаточных пиков связано с от примера 1 следующей структурой орнеполным ацилированием аминосилана 15 ганического слоя; О ОРф, -С - 81-(СН,) -ЫН -(СН,),-НН-С -НЕОН 1 сСООН О1Н- З-СН - СН(Н О 1 Р-с-Ъ 1-сн,Ь- нн-с О П р и и е р 4. Химически модифиованный электрод (в соответствии примером 1)10 М раст ыдерживают 50 мин ре цистеина в 0,1 Способ его получения такой же, как в примере 1, но для силанизации электрода используют 3-(2-аминоэтиламино)пропилтриметоксилан.Основные характеристики полученных 15 электродовПоверхностная концентрация активныхгрупп, моль/смф "10-ИНижний предел концентрации тиола приего иммобилизации, М 1 10 фВремя иммобилизации,минКоэффициент селективности (по отношениюк конкурирующим аминам) 110Электродная кинетика КвазиобратимаяаоРабота химически модифицированного электрода для иммобилизации органических веществ и достижение положительного эффекта показаны в следующих примерах,45П р и м е р 3. Химически модифици-рованный электрод (в соответствии с примером 1) помещают на 1 с в 1 х х 10М раствор цистеина в О, 1 М трис-НС 1 буфере с РН 8, отмывают дистиллированной водой и затем выдерживают 1 ч в 510- М растворе 2,3-дихлор,4-нафтохинона в этаноле. Электрод последовательно отмывают этанолом и водой, и регистрируют его потенциодинамическую характеристику нафоне 0,1 М водного боратного буферарН 9,18 (фиг.З). По разнице потенциалов катодного и анодного пиков (ДЕ= 45 мВ при Ч = 50 мВ/с) определяютквазиобратимый характер переносаэлектрона сквозь слой иммобилизованного органического вещества, а поплощади расСчитывают поверхностнуюконцентрацию активных групп ртутьорганики (2 10-" моль/см для фиг.З) .Потенциодинамическая характеристикаэлектрода сохраняется при многих циклах сканирования потенциала, что показывает стабильность иммобилизацииорганического вещества. Это связанос тем, что тиольная группа цистеинасвязывается с ртуть-органикой, иммобилизованной на электроде, а аминогруппа цистеина остается свободнойдля реакции с нафтохиноном, которыйиспользуют в качестве ред-окс метки,В конце эксперимента потенциодинамическая характеристика соответствуетэлектроду следующей структуры:13511 6110 э М растворе цистеина в О, 1 Мтрис-НС 1 буфере с рН 8, содержащем,кроме того, алании в концентрации51 10 - М. Далее проводят операции всоответствии с примером 3. Получаютпотенциодинамическую характеристикуаналогичную фиг.З, что указывает наотсутствие мешающего влияния добавкиаланина. Коэффициент селективностииммобилизации цистеина в присутствииаланина рассчитывают по формуле: 14 С спец.е 110М се"етцбнф ц С 1 10- М 1 10 флфнннинтерпретируют аналогично фиг.З.Данный пример показывает возможность иммобилизации на электроде с гасохранением его электрохимическиххарактеристик ,полипептидов, содержащих цистеин, Кроме того, пример показывает возможность селективной самосборки на электроде пространственно гсорганизованной системы - ред-оксгруппа на полипептидной подложке ОЙСНг- СН-С,0ын-сн; сщонС=ОСНгСНг1СН-ХНОС 1 0 Н О е р 7, Химическиэлектрод (в соотв2) помещают на 1твор цистеина в 0фере с рН 8 и далции в соответстви 4 мером 3. Полукую характергичную фиг.Знирование химичго электродабилизованной и м одифи- тствии тенциодинамичесчают цировайный ., с примеромх 10 Мра трис-НС 1 б электрода аналооказывает функцио- модифицированноь-органикой, иммоее длинной "ножке": стику чтов 1 х1 Ме прос приеск водят о на ООН 31р+ о-я 1-сн,),-нн-сн,1,-нн-с. СНг-СН - Х СО лективной иммвеществ (пре трис-НС 1 буфере с рН 8 и далее проводят операции в соответствии с примером 3. Получают потенциодинамическую характеристику электрода, аналогичную фиг,З, что показывает возможность иммобилизации с тиольной группой при его крайне низкой концентрации.П р и м е р 5. Химически модифицированный электрод (в соответствии с примером 1) выдерживают 50 мин в Селанцнц- концентрация, не мешающая иммобилизации цистеина,П р и м е р 6. Химически модифицированный электрод (в соответствии с примером 1) помещают на 1 с в 1"10М раствор глутатиона в О, 1 М трис-НС 1 буфере с рН 8 и далее проводят операции в соответствии с примером 3. Получают потенциодинамическую характеристику электрода (фиг,4), которую О 1 Р -О-Я 1-ЖН,),-ХН-С 0 Химически модифицированный элерод может быть использован для с илизации органическихущественно аминокислот7 14полипептидов, белков) с тиольнымигруппами из водных растворов с рН5-8,5 при отсутствии в растворе неорганических сульфидов, ионов тяжелыхметаллов и комплексонов, т,е. в техже условиях, в которых используютп-хлормеркурбензоат в качестве сульфгидрильного реагента,Использование предлагаемого химически модифицированного электрода позволяет высокоселективно (коэффициент селективности 110-) связыватьорганические вещества с тиольнымигруппами.Связывание происходит спонтаннопри комнатной температуре эа короткоевремя (1 смин) из растворов крайне низкой концентрации (до 10М),что позволяет производить на электроде самосборку пространственно организованных систем из биомолекул.13511 8 Формула изобретения 0и)-о-в-в-хн-сион 20 где К - (-СН -) - или (-СН -) -1 ЯНЭ 1 Э - (-СН-) -группы Химически модифицированный электрод для иммобилизации органических веществ, состоящий из электропроводной подложки М и слоя органического вещества, связанного с подложкой силановыми группами, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличе ния селективности к сульфгидрильнымгруппам с одновременным сохранением электрохимической активности иммобилизованного вещества, в качестве подложки использовано органическое веще ство следующей структуры: