RU2095813C1 - Device for determination of antigens and specific antibodies - Google Patents

Abstract

FIELD: medical engineering; immunology. SUBSTANCE: device has working chamber 1 and comparison chamber 2. Each chamber includes microporous solid-body silicon membrane 3 with immobilized immune complexes on working chamber membrane and with one of components of immunochemical pair on comparison chamber membrane positioned between two electrodes, golden electrode-acceptor (anode) 4 and cathode (source-of electrodes) 5. Golden electrode 4 is immersed in solution of 4.4-dipyridyl 6, and cathodes 5, into solution of cytochrome C (red) 7. Voltage source 8 is connected to electrodes for processing the data coming from electrodes. Current is supplied to analog-to-digital converter 10 through differential amplifier 9, and then signals from both chambers are processed by computer 11. EFFECT: higher results of analysis. 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно, к иммунологии, и может быть использовано при анализе плазмы крови на содержание специфических антител или антигенов. The invention relates to medicine, namely to immunology, and can be used in the analysis of blood plasma for the content of specific antibodies or antigens.

Известно устройство для определения антигенов и специфических антител. A device for determining antigens and specific antibodies is known.

Недостатком данного устройства является сложность выполнения, низкая точность результатов анализа и невысокая чувствительность к определяемым компонентам. The disadvantage of this device is the complexity of execution, low accuracy of the analysis results and low sensitivity to the determined components.

Известно другое устройство для амперометрического иммуноанализа с использованием электрода Кларка,недостатком которого является громоздкость исполнения и использование дорогих реагентов. Another device for amperometric immunoassay using a Clark electrode is known, the disadvantage of which is the cumbersome performance and the use of expensive reagents.

Цель изобретения повышение производительности, точности и упрощение анализа. The purpose of the invention is improving productivity, accuracy and simplifying the analysis.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство: на фиг. 2 функциональная схема устройства. In FIG. 1 shows the proposed device: in FIG. 2 functional diagram of the device.

Устройство содержит микропористую твердотельную кремниевую мембрану 3 с иммобилизированным антителом (антигеном), золотой электрод акцептор (анод) 4, катоды (источники е) 5, раствор Цитохрома C (red II) 7, раствор 4,4'-дипиридила 6, рабочую камеру 1 и камеру сравнения 2, источник напряжения 8, дифференциальный усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 10, электронно-вычислительную машину 11. The device contains a microporous solid-state silicon membrane 3 with an immobilized antibody (antigen), a gold electrode acceptor (anode) 4, cathodes (sources e) 5, a solution of Cytochrome C (red II) 7, a solution of 4,4'-dipyridyl 6, a working chamber 1 and a comparison chamber 2, a voltage source 8, a differential amplifier 9, an analog-to-digital converter 10, an electronic computer 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

1. Иммобилизируют антитела (антиген) на поверхности микропористой твердотельной кремниевой мембраны трех стадийной реакцией с Y - аминопропилтриэтоксисиланом (антиген или антитело иммобилизируют на мембране рабочей камеры и камеры сравнения). 1. Antibodies (antigen) are immobilized on the surface of a microporous solid-state silicon membrane by a three-step reaction with Y - aminopropyltriethoxysilane (antigen or antibody is immobilized on the membrane of the working chamber and comparison chamber).

2. Обрабатывают плазмой крови микропористую кремниевую мембрану рабочей камеры. 2. Processed with blood plasma microporous silicon membrane of the working chamber.

3. Погружают аноды рабочей камеры и камеры сравнения в раствор 4,4'-дипиридил. 3. Immerse the anodes of the working chamber and the comparison chamber in a solution of 4,4'-dipyridyl.

4. Погружают катоды рабочей камеры и камеры сравнения в раствор цитохрома C(red II). 4. Immerse the cathodes of the working chamber and the comparison chamber in a solution of cytochrome C (red II).

5. Подключают электроды к дифференциальному усилителю, к аналого-цифровому преобразователю и к ЭВМ. 5. Connect the electrodes to a differential amplifier, to an analog-to-digital converter, and to a computer.

При прохождении плазмы крови в рабочей камере устройства один из участков активной иммунно-химической пары связывается с заранее иммобилизированным на микропористой кремниевой мембране своим активным компонентом (т.е. антиген с антителом или антитело с антигеном) при этом диаметр пор мембраны уменьшается за счет закрытия их белковым полимером. When blood plasma passes through the working chamber of the device, one of the sites of an active immunochemical pair binds to its active component (i.e., antigen with antibody or antibody with antigen) immobilized on a microporous silicon membrane in advance, while the pore diameter of the membrane decreases due to their closure protein polymer.

Следующим этапом в рабочую камеру и камеру сравнения вносится раствор Цитохрома C2+. При подаче постоянного напряжения на электроды Цитохром C2+ будет перемещаться от катода к аноду через мембрану и отдавать аноду электроны, при этом в цепи будет возникать электрический ток. Если антитело (антиген) нашел свой активный компонент антиген (антитело) в плазме, то за счет уменьшения диаметра пор мембраны рабочей камеры Цитохром C будет задерживаться им в порах. При этом ток в цепи будет падать. Падение же тока в камере сравнения, будет намного медленнее, чем в рабочей камере (но все же будет, так как Цитохром C будет накапливаться в порах мембраны и там). The next step is the introduction of a solution of Cytochrome C2 + into the working chamber and the comparison chamber. When a constant voltage is applied to the electrodes, the Cytochrome C2 + will move from the cathode to the anode through the membrane and give electrons to the anode, and an electric current will appear in the circuit. If an antibody (antigen) has found its active component antigen (antibody) in plasma, then by reducing the pore diameter of the membrane of the working chamber, Cytochrome C will be retained by it in the pores. In this case, the current in the circuit will fall. The current drop in the comparison chamber will be much slower than in the working chamber (but still it will, since Cytochrome C will accumulate in the pores of the membrane there too).

Сравнение скорости падения силы тока в рабочей камере и камере сравнения позволяет:
1. Провести качественную оценку, т.е. если падение силы тока на обоих графиках отличается (в рабочей камере и камере сравнения), то в крови определен иммунологический компонент антиген (антитело).Comparison of the rate of current drop in the working chamber and the comparison chamber allows you to:
1. Conduct a qualitative assessment, ie if the drop in current strength on both graphs is different (in the working chamber and the comparison chamber), then the immunological component of the antigen (antibody) is determined in the blood.

2. Провести количественную оценку по скорости и характеру падения тока в рабочей камере. Для обработки данных с электродов ток через усилитель подается на аналого-цифровой преобразователь, а затем данные обрабатываются компьютером. 2. To conduct a quantitative assessment of the speed and nature of the current drop in the working chamber. To process data from the electrodes, the current through the amplifier is fed to an analog-to-digital converter, and then the data is processed by a computer.

Для фиксации антител к поверхности мембраны применяется реакция белка (антитела или антигена) с силановыми связывающими агентами. Эти агенты представляют собой мономерные силаны, имеющие на одном конце органические функциональные группы, а на другом группы, реагирующие с неорганической поверхностью. To fix antibodies to the membrane surface, a reaction of a protein (antibody or antigen) with silane binding agents is used. These agents are monomeric silanes having organic functional groups at one end and reactive groups with an inorganic surface at the other end.

Типичным таким агентом является Y-аминопропил-триэтоксисилан (АПТС), который можно использовать для присоединения белка к кремнийсодержащей поверхности с помощью следующей трехстадийной процедуры. В кислых водных растворах эфирные группы АПТС гидролизуются с образованием гидроксилов, которые могут затем взаимодействовать с поверхностными силановыми группами. В результате получается поверхность с белковыми цепями, содержащими аминогруппу:

На второй стадии аминогруппы используют для получения активного промежуточного соединения альдегида по реакции с глутаровым альдегидом в нейтральной сред:

Последняя стадия заключается в реакции альдегидной группы с первичным амином белка с образованием аминной связи:

В качестве переносчика заряда через твердотельную кремниевую мембрану необходимо использовать полимер. Наиболее подходящим для этой цели полимером является естественный полимер редокс-белок (Цитохром C(red II). Акцептором электрона с Цитохрома C(red II) является золотой электрод, находящийся в растворе 4,4'-дипиридил:

Таким образом достигается быстрый перенос электрона от Цитохрома C к золотому электроду.A typical such agent is Y-aminopropyl-triethoxysilane (APTS), which can be used to attach a protein to a silicon-containing surface using the following three-step procedure. In acidic aqueous solutions, the APTS ester groups are hydrolyzed to form hydroxyls, which can then interact with surface silane groups. The result is a surface with protein chains containing an amino group:

In the second stage, amino groups are used to obtain the active aldehyde intermediate by reaction with glutaraldehyde in a neutral medium:

The last stage is the reaction of the aldehyde group with the primary amine of the protein to form an amine bond:

It is necessary to use a polymer as a charge carrier through a solid-state silicon membrane. The most suitable polymer for this purpose is the natural polymer redox protein (Cytochrome C (red II). The electron acceptor from Cytochrome C (red II) is a gold electrode in a solution of 4,4'-dipyridyl:

Thus, a fast electron transfer from Cytochrome C to the gold electrode is achieved.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность и точность анализа, упрощает его проведение. The present invention improves the efficiency and accuracy of the analysis, simplifies its implementation.

Claims (1)

Устройство для определения антигенов и специфических антител, содержащее корпус и электроды, отличающееся тем, что оно снабжено рабочей камерой и камерой сравнения, в рабочей камере размещена твердотельная микропористая кремниевая мембрана, на поверхности которой образованы иммунные комплексы, камера сравнения снабжена мембраной, на поверхности которой фиксирован один компонент иммунохимической пары, противоположный определяемому, катоды обеих камер погружены в раствор цитохрома С (red II), золотые электроды акцепторы (аноды) погружены в раствор 4,4'-дипиридила, в цепи рабочей камеры и камеры сравнения установлен дифференциальный усилитель, соединенный с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом ЭВМ. A device for determining antigens and specific antibodies, comprising a housing and electrodes, characterized in that it is equipped with a working chamber and a comparison chamber, a solid-state microporous silicon membrane is placed in the working chamber, on the surface of which immune complexes are formed, the comparison chamber is equipped with a membrane, on the surface of which is fixed one component of the immunochemical pair, opposite to the determined one, the cathodes of both chambers are immersed in a solution of cytochrome C (red II), gold electrodes acceptors (anodes) are immersed in a solution of 4,4'-dipyridyl, a differential amplifier is installed in the circuit of the working chamber and the comparison chamber, connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the computer.

Images