Системний аналіз взаємозв’язків біоселективних елементів із мініатюрними електрохімічними перетворювачами в біосенсориці

Також було показано можливість застосування розроблених кондуктометричних біосенсорів на основі зелених водоростів Chlorella vulgaris для визначення забруднювачів, зокрема, іонів кадмію.

Отже, розроблено загальну стратегію застосування різних мініатюрних електрохімічних перетворювачів для створення ферментних біосенсорів, яку можна використовувати для загального планування робіт із розробки електрохімічних біосенсорів. Вона охоплює всі етапи створення біосенсорів, починаючи з виробництва перетворювачів, іммобілізації біологічного матеріалу на їхню поверхню, і закінчуючи розробкою протоколів аналізу для роботи з модельними розчинами та в реальних умовах із реальними об'єктами. З точки зору розвитку біомолекулярної електроніки ці результати дозволяють по-новому підходити до створення біосенсорів, суттєво зменшуючи час і матеріальні витрати.

Всі розроблені електрохімічні біосенсори можуть бути застосовані для швидкісного аналізу в так званих “системах раннього моніторингу”. Такі біосенсори є конкурентноздатними і в той же час комплементарними до інших аналітичних методів. У деяких випадках після отримання за допомогою біосенсорів попередніх результатів про наявність у довкіллі токсичних забруднювачів чи токсичних речовин у продуктах харчування, детальніші вимірювання можуть бути виконані, при необхідності, за допомогою традиційних методів. Це гарантує збереження часу і коштів при прийнятті термінових рішень із локальних проблем екологічної безпеки.

Висновки

біоселективний генерований мультиферментний

Вперше проведено системний теоретичний та експериментальний аналіз взаємозв'язків біоселективних елементів з електрохімічними перетворювачами в біосенсориці та запропоновано загальну стратегію розробки електрохімічних ферментних біосенсорів, яка охоплює всі аспекти їхнього створення та практичного застосування.

1. Всебічно досліджено аналітичні характеристики та ефективність роботи різних електрохімічних перетворювачів, а саме - кондуктометричних, амперометричних та потенціометричних на основі рН-чутливих польових транзисторів. Для кожного з перетворювачів запропоновано найкращий дизайн, оптимальні матеріали та схеми вимірювань для їхньої роботи у складі біосенсорів.

2. Вперше проаналізовано функціонування різних біоселективних елементів біосенсорів, інтегрованих з різними типами електрохімічних перетворювачів; зроблено висновок про вибір найкращого перетворювача для кожного з досліджених біоселективних елементів.

3. Проведено аналіз різних методів іммобілізації біоселективного матеріалу на поверхню перетворювачів та для кожного біочутливого матеріалу вибрано метод іммобілізації, найперспективнішій з точки зору технологічності формування біоселективних мембран та їхньої інтеграції з поверхнями конкретних електрохімічних перетворювачів.

4. Створено лабораторні прототипи ферментних електрохімічних біосенсорів та розроблено протоколи експериментального визначення низки метаболітів та токсинів, визначено шляхи покращення їхніх аналітичних характеристик для роботи з реальними зразками.

5. Проведено порівняння роботи низки ферментних електрохімічних біосенсорів із традиційними методами аналізу і зафіксовано високу кореляцію отриманих результатів, що разом з їхніми численними перевагами вказує на перспективнсть використання їх на практиці.

6. Функціонування частини розроблених лабораторних прототипів біосенсорів на основі різних електрохімічних перетворювачів проаналізовано з точки зору їхнього практичного застосування з реальними зразками:

- вперше показано, що кондуктометричний біосенсор можна використовувати для оцінки загальної токсичності водних розчинів, а також для швидкого попереднього скринінгу не тільки токсинів, а й продуктів їхньої деградації, що часто неможливо зробити, використовуючи загальноприйняті методи;

- показано, що ферментний біосенсор на основі рН-чутливих польових транзисторів можна використовувати для проведення кількісного аналізу глюкози в сироватці крові;

- вперше за допомогою біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів здійснено кількісний аналіз глікоалкалоїдів у різних сортах картоплі та помідорів. Продемонстровано можливість аналізу глюкози в картоплі за допомогою біосенсора на основі того ж самого перетворювача, лише замінивши біоселективний елемент;

- показано, що амперометричний біосенсор на основі ферментів глюкозооксидози та алкогольоксидази може бути використаний для кількісного аналізу глюкози та етанолу у вині.

7. Вперше на основі власних експериментальних даних та їхнього теоретичного аналізу запропоновано концепцію мультибіосенсора для визначення різних токсичних речовин на основі інгібіторного ферментного аналізу.

Література

Zhylyak G.A., Dzyadevich S.V., Korpan Y.I., Soldatkin A.P., El'skaya A.V. Application of urease conductometric biosensor for heavy-metal ion determination // Sens. Actuators В.- 1995.- Vol. 24-25.- Р.145-148.

Дзядевич С.В., Солдаткін О.П., Архипова В.М., Шульга О.А., Єльська Г.В. Кондуктометричний ферментний глюкосенсор. Пошук шляхів поліпшення аналітичних характеристик // Укр. біохім. журнал.- 1995.- Т.67, № 6.- С.53-59.

Dzyadevich S.V., Zhylyak G.A., Soldatkin A.P., El'skaya A.V. Conductometric urease microbiosensor based on thin-films interdigitated electrodes for urea determination // Биополимеры и клетка.- 1996. -Т.12, № 1.- С.53-57.

Архипова В.Н., Дзядевич С.В., Солдаткин А.П., Ельская А.В. Ферментные биосенсоры для определения пенициллина на основе кондуктометрических планарных электродов и рН-чувствительных полевых транзисторов // Укр. біохім. журн.- 1996.- Т.68, № 1.- С. 26 - 31.

Jaffrezic-Renault N., Martelet C., Clechet P., Nyamsi Hendji A.-M., Shul'ga A.A., Dzyadevitch S.V., Netchiporouk L.I., Soldatkin A.P. Comparison of two transduction modes for design of microbiosensors applicable to detection of pesticides // Sensors Materials.- 1996.- Vol. 8, № 3.- P.161-167.

Білоіван О.А., Дзядевич С.В., Солдаткін О.П., Стародуб М.Ф., Єльська Г.В. Ензимосенсор на основі трипсину та кондуктометричних планарних електродів для визначення вмісту білків та пептидних субстратів у водних розчинах // Укр. біохім. журнал- 1997.- Т.69, № 2.- С.14-18.

Размещено на Allbest.ru