2.2.4 Entwicklung von Enzymelektroden zur amperometrischen Bestimmung von Lactatkonzentrationen
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 2.2 Bioanalytik
- Author(s)
- H. Trieu, S. Ünlübayir - Technische Universität Hamburg-Harburg, C. Schubert - Infineon Technologies AG, Regensburg, A. Goehlich - Fraunhofer-Institut - IMS -, Duisburg
- Pages
- 206 - 211
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/2.2.4
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Die steigende Nachfrage nach portablen Geräten zur Kontrolle von medizinischen oder physikalischen Parametern für die Überwachung des Gesundheitszustands führt zu mehreren Ansätzen für Handheld oder Point-of-Care-Geräten. Diese finden Anwendung in der Medizin, in der Heimpflege oder auch im Lifestyle-Bereich. Die Patienten oder ganz allgemein die Benutzer werden ein solches Messgerät weniger in der Hand, sondern eher an der Kleidung oder am Körper befestigt tragen. Demnach müssen diese Messgeräte in Bezug auf Größe und Gewicht weiter verkleinert werden. Insbesondere elektrochemische Sensoren sind potentiell gut geeignet um diese Größenanforderungen zu erfüllen. In der vorliegenden Arbeit liegt das Augenmerk auf der Detektion von Laktat. Die Technik zur Herstellung der Enzymelektroden lässt sich jedoch auch auf andere elektrochemische Sensoren übertragen.
Lactat ist das Salz der Milchsäure und entsteht als Stoffwechselprodukt bei der Energiebereitstellung im Körper durch unvollständige Verbrennung von Kohlenhydraten. Bedeutung hat es insbesondere für die Sportmedizin zur Beurteilung und Steuerung der Ausdauerleistungsfähigkeit. In der Notfall- und Intensivmedizin dient Lactat als ein potentielles Alarmsignal bei allgemeinen gesundheitlichen Problemen. Ein allgemeines Ziel ist es Lactat-Sensoren für in-vivo-Messungen einzusetzen.
Beispielsweise sollen Sportler die Möglichkeit bekommen ihre Laktatkonzentration kontinuierlich über die Zeit einer Trainingseinheit zu messen, die Ergebnisse der Messungen dienen dann der Optimierung des Trainings. Dies würde eine Verbesserung gegenüber den etablierten Verfahren, welche nur die Messung von Einzelwerten vor und nach einer Trainingseinheit gestatten, bedeuten. Hierzu müssen Mikroelektroden mit entsprechend kleinen aktiven Sensoroberflächen entwickelt werden, um z.B. eine Integration in ein Hohl-Nadel- bzw. Nadel-Array-System zu ermöglichen. Hier wird von der Herstellung von Au-Elektroden mit Oberflächen im Mikrometerbereich berichtet, welche für den in-vitro-Einsatz in einem amperometrischen Lactat-Sensor mit einem Enzym funktionalisiert wurden. Als Enzym wurde Lactatoxidase verwendet und in einer Matrix aus Glutaraldehyd auf der Oberfläche der Elektroden immobilisiert.
Lactatoxidase ist ein Enzym, das eine chemische Reaktion katalysiert, in der Lactat-Säure mit Sauerstoff zu Pyruvat und Wasserstoffperoxid reagiert. Der amperometrisch messbare Redoxstrom, der bei der elektrokatalysierten Reaktion an Wasserstoffperoxid durch Elektronenübertragung entsteht, ist proportional zu der Konzentration von Lactat-Säure.
Es wird eine Immobilisierungsmethode vorgestellt, welche sowohl die Aktivität des Enzyms bewahrt als auch eine ausreichende Haftung gewährleistet. Es wurden in Acryl eingebettete Aurahtelektroden mit Durchmessern von 200 μm und 25 μm sowie Dünnschicht Au-Elektroden mit einer Fläche von 100 mm2 hergestellt und vergleichend untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss einer Polymer-Membran (Nafion®) auf die Funktionalität der Elektroden untersucht. Zur Charakterisierung der Elektroden wurden cyclovoltametrische Messungen (CV) durchgeführt.