El electrodo de Clark [1] [2] es un electrodo que mide la concentración de oxígeno ambiental en un líquido utilizando una superficie catalítica de platino de acuerdo con la reacción neta: [3]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Clark_Oxygen_Electrode.png/220px-Clark_Oxygen_Electrode.png)
- O 2 + 4 e - + 4 H + → 2 H 2 O
Mejora un electrodo de platino desnudo mediante el uso de una membrana para reducir las incrustaciones y el enchapado de metal sobre el platino. [4]
Historia
Leland Clark (profesor de química, Antioch College , Yellow Springs, Ohio , y Fels Research Institute, Yellow Springs, Ohio) había desarrollado el primer oxigenador de burbujas para uso en cirugía cardíaca. Sin embargo, cuando llegó a publicar sus resultados, su artículo fue rechazado por el editor ya que no se pudo medir la tensión de oxígeno en la sangre que salía del dispositivo. Esto motivó a Clark a desarrollar el electrodo de oxígeno. [5]
El electrodo, cuando se implanta in vivo, reducirá el oxígeno y, por lo tanto , será necesario agitarlo para mantener un equilibrio con el medio ambiente. Severinghaus mejoró el diseño agregando una cubeta agitada en un termostato. Una discrepancia entre la presión parcial de oxígeno medida (pO 2 ) entre muestras de sangre y mezclas gaseosas de pO 2 idénticas , significaba que el electrodo modificado requería calibración; en consecuencia, se añadió un microtonómetro al termostato de agua. [5]
Mecanismo de acción
El compartimento del electrodo está aislado de la cámara de reacción mediante una fina membrana de teflón ; la membrana es permeable al oxígeno molecular y permite que este gas llegue al cátodo, donde se reduce electrolíticamente.
La reacción anterior requiere un flujo constante de electrones al cátodo, que depende de la velocidad a la que el oxígeno puede llegar a la superficie del electrodo. El aumento del voltaje aplicado (entre el electrodo de Pt y un segundo electrodo de Ag) aumentará la tasa de electrocatálisis. Clark colocó una membrana permselectiva de oxígeno sobre el electrodo de Pt. Esto limita la velocidad de difusión del oxígeno al electrodo de Pt.
Por encima de un cierto voltaje, la corriente se estabiliza y el aumento del potencial no da como resultado una mayor velocidad de electrocatálisis de la reacción. En este punto, la reacción está limitada por difusión y depende solo de las propiedades de permeabilidad de la membrana (que idealmente está bien caracterizada, el electrodo está calibrado contra soluciones estándar conocidas) y de la concentración de oxígeno gaseoso, que es la cantidad medida.
Aplicaciones
El electrodo de oxígeno Clark sentó las bases para el primer biosensor de glucosa (de hecho, el primer biosensor de cualquier tipo), inventado por Clark y Lyons en 1962. [6] Este sensor usaba un solo electrodo de oxígeno Clark acoplado con un contraelectrodo. Al igual que con el electrodo de Clark, una membrana permselectiva cubre el electrodo de Pt. Ahora, sin embargo, la membrana está impregnada con glucosa oxidasa inmovilizada (GOx). [7] El GOx consumirá parte del oxígeno, ya que se difunde hacia el electrodo PT, incorporándola en H 2 O 2 y ácido glucónico. [3] La velocidad de la corriente de reacción está limitada por la difusión de glucosa y oxígeno. Esta difusión puede caracterizarse bien para una membrana tanto para el oxígeno como para la glucosa, dejando como única variable las concentraciones de oxígeno y glucosa en el lado del analito de la membrana de glucosa, que es la cantidad que se mide.
Referencias
- ^ Clark Jr, LC; Wolf, R; Granger, D; Taylor, Z (1953). "Registro continuo de tensiones de oxígeno en sangre por polarografía". Revista de fisiología aplicada . 6 (3): 189–93. doi : 10.1152 / jappl.1953.6.3.189 . PMID 13096460 .
- ^ Severinghaus, JW; Astrup, PB (1986). "Historia del análisis de gases en sangre. IV. Electrodo de oxígeno de Leland Clark". Revista de seguimiento clínico . 2 (2): 125–39. doi : 10.1007 / BF01637680 . PMID 3519875 .
- ^ a b Wang, Joseph (2007). "Biosensores electroquímicos de glucosa". Revisiones químicas . 108 (2): 814–825. doi : 10.1021 / cr068123a . PMID 18154363 .
- ^ KANWISHER, JUAN (1959). "Electrodo de oxígeno polarográfico" (PDF) . Limnología y Oceanografía . 4 (2): 210–217. Código Bibliográfico : 1959LimOc ... 4..210K . doi : 10.4319 / lo.1959.4.2.0210 . Archivado desde el original (PDF) el 14 de julio de 2014 . Consultado el 9 de julio de 2014 .
- ^ a b Severinghaus, J (2002). "La invención y el desarrollo del aparato de análisis de gases en sangre". Anestesiología . 97 (1): 253–6. doi : 10.1097 / 00000542-200207000-00031 . PMID 12131126 .
- ^ Clark, L .; Lyons, C. (1962). "SISTEMAS DE ELECTRODOS PARA MONITOREO CONTINUO EN CIRUGÍA CARDIOVASCULAR". Ana. NY Acad. Sci . 102 (29): 29–45. Código bibliográfico : 1962NYASA.102 ... 29C . doi : 10.1111 / j.1749-6632.1962.tb13623.x . PMID 14021529 .
- ^ Wise, Donald L. (1991). Bioinstrumentación y Biosensores . pag. 233. ISBN 9780824783372.
enlaces externos
- Sensores tipo Clark explicados , The Gas Detector Encyclopedia, Base de conocimientos científicos edáficos
- Biosensores y bioelectrónica: Leland Clark
- Electrodo de oxígeno Clark, precursor de los biosensores modernos de hoy - enlace roto