Розробка біоселективних елементів моно- та мультисенсорів для екологічного моніторингу - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наукДисертацію присвячено розробці нових біоселективних елементів моно-та мультибіосенсорів для визначення токсичних речовин. Створено діючі лабораторні прототипи монобіосенсорів для визначення формальдегіду та іонів важких металів на основі формальдегіддегідрогенази і триферментної системи (глюкозооксидаза, мутаротаза, інвертаза,) як біоселективних елементів. Створено лабораторний прототип мультибіосенсора на основі РН-чутливих польових транзисторів для визначення пестицидів та іонів важких металів в складі біоселективних елементів на основі ацетилхолінестерази, бутирилхолінестерази, уреази, глюкозооксидази та триферментної системи. Отримані лабораторні прототипи можуть бути основою для налагодження промислового випуску економічних пристроїв для інтегрального визначення токсичних речовин.Разом з існуючими фізико-хімічними інструментальними методами в аналізі можуть використовуватись новітні біоелектронні аналітичні пристрої - біосенсори, що активно розробляються протягом останніх десятиліть. Загальновідомо, що серед токсичних речовин, які забруднюють навколишнє середовище, особливе місце належить важким металам та пестицидам. Дисертація відповідає основному плану науково-дослідних робіт лабораторії біомолекулярної електроніки відділу механізмів трансляції генетичної інформації Інституту молекулярної біології та генетики НАН України і виконувалася в рамках бюджетної теми 2.2.4.22 «Електрохімічні мультибіосенсори та сенсорні масиви: фундаментальні основи створення та функціонування» (№ держ. реєстрації 0107U003346, 2008-2012 рр.), а також проекту «Мультибіосенсор для визначення загальної токсичності розчинів та окремих токсичних речовин» (№ держ. реєстрації 0107U00313, 2007-2009 рр.) комплексної науково-технічної програми «Сенсорні системи для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб». Розробити кондуктометричний біосенсор на основі триферментної системи (інвертаза, мутаротаза, ГОД) як біоселективного елемента, визначити оптимальні умови його роботи та дослідити основні аналітичні характеристики з метою застосування його в інгібіторному аналізі іонів важких металів. Розробити мультибіосенсор на основі РН-чутливих польових транзисторів та низки іммобілізованих ферментів (ацетилхолінестераза, уреаза, бутирилхолінестераза, глюкозооксидаза та триферментна система у складі інвертази, мутаротази і глюкозооксидази) для визначення низки токсичних речовин.У роботі використано такі ферменти: формальдегіддегідрогеназа (ФДГ) з Pseudomonas putida (КФ 1.2.1.46) активністю 3,7 од.акт./мг фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Франція); глюкозооксидаза (ГОД) з Penicillium vitale активністю 130 од. акт./мг фірми «Діагностикум» (Львів, Україна); інвертаза із пекарських дріжджів активністю 355 од.акт./мг фірми „Fluka” (Швейцарія); мутаротаза із нирки свині активністю 100 од.акт./мг фірми „Biozyme Laboratories Ltd” (Велика Британія); уреаза із бобів сої активністю 31 од.акт./мг фірми „Fluka” (Німеччина); ацетилхолінестераза (АЦХЕ) із електричного вугря активністю 426 од.акт./мг фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина); бутирилхолінестераза (БУХЕ) із сироватки крові коня активністю 13 од.акт./мг фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина); альбумін сироватки бика (БСА) (фракція V) фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина); НАД фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Франція); ДЕАЕ-декстран фірми „Fluka Biochemica” (Франція); 50 %-й водний розчин глутарового альдегіду (ГА) фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина); трихлорфон - фосфорорганічний пестицид фірми „Riedel-de-Haen” (Швейцарія); карбофуран - карбаматний пестицид фірми „Riedel-de-Haen” (Швейцарія). Перші було виготовлено в Інституті хемо-та біосенсорики (Мюнстер, Німеччина) і вони складалися з двох ідентичних пар платинових гребінчастих електродів, нанесених на скляну підкладинку. При роботі з кондуктометричними біосенсорами для визначення формальдегіду та іонів важких металів використовували фосфатний, боратний та універсальний буфери з різними РН та концентраціями. Концентрацію субстратів та інгібіторів при роботі з біосенсорами та мультибіосенсорами змінювали додаванням до робочого буфера порцій стандартних концентрованих вихідних розчинів. Для аналізу іонів важких металів необхідно проінкубувати біосенсор в аналізованому розчині з можливим вмістом у ньому токсикантів.Продемонстровано можливість використання формальдегіддегідрогенази у складі біоселективного елемента кондуктометричного біосенсора для визначення формальдегіду у водних розчинах, визначено оптимальні умови функціонування такого біосенсора та досліджено його основні аналітичні характеристики. Розроблено біоселективний елемент на основі триферментної системи (інвертаза, мутаротаза, ГОД) кондуктометричного біосенсора для визначення іонів важких металів. Визначено оптимальні умови роботи біосенсора та досліджено його основні аналітичні характеристики.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ