El electrodo de Clark [1] [2] es un electrodo que mide la presión parcial de oxígeno ambiental en un líquido utilizando una superficie catalítica de platino de acuerdo con la reacción neta: [3]
Mejora un electrodo de platino desnudo mediante el uso de una membrana para reducir la suciedad y el recubrimiento de metal sobre el platino. [4]
Leland Clark (profesor de química en el Antioch College , Yellow Springs, Ohio , y en el Fels Research Institute, Yellow Springs, Ohio) había desarrollado el primer oxigenador de burbujas para su uso en cirugía cardíaca. Sin embargo, cuando se dispuso a publicar sus resultados, el editor rechazó su artículo porque no se podía 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, reduce el oxígeno y, por lo tanto, requiere agitación 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 , significó que el electrodo modificado requirió calibración; en consecuencia, se agregó un microtonómetro al termostato de agua. [5]
El compartimento de los electrodos está aislado de la cámara de reacción por 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 hacia el cátodo, que depende de la velocidad a la que el oxígeno puede llegar a la superficie del electrodo. Aumentar el voltaje aplicado (entre el electrodo de Pt y un segundo electrodo de Ag) aumentará la velocidad de electrocatálisis. Clark colocó una membrana permeable al oxígeno sobre el electrodo de Pt. Esto limita la velocidad de difusión del oxígeno hacia el electrodo de Pt.
Por encima de un determinado voltaje, la corriente se estabiliza y un aumento adicional del potencial no produce una mayor velocidad de electrocatálisis de la reacción. En este punto, la reacción está limitada por la difusión y depende únicamente de las propiedades de permeabilidad de la membrana (que idealmente está bien caracterizada, ya que el electrodo se calibra con soluciones estándar conocidas) y de la concentración de gas oxígeno, que es la cantidad medida.
El electrodo de oxígeno de 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 utilizaba un único electrodo de oxígeno de Clark acoplado a un contraelectrodo. Al igual que con el electrodo de Clark, una membrana permeoelectiva cubre el electrodo de platino. Ahora, sin embargo, la membrana está impregnada con glucosa oxidasa inmovilizada (GOx). [7] La GOx consumirá parte del oxígeno a medida que se difunde hacia el electrodo de platino, incorporándolo al H 2 O 2 y al ácido glucónico. [3] La velocidad de la corriente de reacción está limitada por la difusión tanto de la glucosa como del oxígeno. Esta difusión se puede caracterizar 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 está midiendo.