PL210596B1 - Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych - Google Patents

Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych

Info

Publication number
PL210596B1
PL210596B1 PL384671A PL38467108A PL210596B1 PL 210596 B1 PL210596 B1 PL 210596B1 PL 384671 A PL384671 A PL 384671A PL 38467108 A PL38467108 A PL 38467108A PL 210596 B1 PL210596 B1 PL 210596B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
laccase
biosensor
immobilized
activity
langmuir
Prior art date
Application number
PL384671A
Other languages
English (en)
Other versions
PL384671A1 (pl
Inventor
Jadwiga Sołoducho
Krzysztof Idzik
Joanna Cabaj
Original Assignee
Politechnika Wroclawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Wroclawska filed Critical Politechnika Wroclawska
Priority to PL384671A priority Critical patent/PL210596B1/pl
Publication of PL384671A1 publication Critical patent/PL384671A1/pl
Publication of PL210596B1 publication Critical patent/PL210596B1/pl

Links

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest biosensor, przeznaczony do wykrywania fenolu i jego pochodnych w ś rodowisku wodnym.
Biosensory na ogół stanowią część urządzenia pomiarowego stosowanego w biotechnologii oraz medycynie i najczęściej składają się z części biologicznej i części aparaturowej, przetwarzającej sygnał odebrany przez część biologiczną. Bioczujniki - biosensory mogą być oparte na receptorach chemicznych, immunologicznych lub biokatalitycznych. Znany jest między innymi biosensor zawierający tkankę banana, który służy do wykrywania neurotransmitera dopaminy, zaś biosensor zawierający wycinek kory nadnerczy połączony z elektrodą amoniakalną służy do analizy glutaminy. Biosensor wyposażony w plasterek płatka kwitnącej magnolii przyczepiony do elektrody gazowej służy do wykrywania aminokwasów.
Znane są bioczujniki warstwowe otrzymane z wykorzystaniem różnych technik samoorganizacji cząstek na powierzchni z kwasów tłuszczowych, fosfolipidów lub porfiryn. Tego typu systemy stanowią podstawę do budowy biosensorów oraz biologicznych sensorów optycznych. Powszechnie znane są półprzewodniki, których powierzchnie modyfikowane są za pomocą przeciwciał lub/i kwasów nukleinowych. Z patentu nr US5102798, znana jest modyfikacja powierzchni otrzymanych filmów, która polega na utlenianiu nienasyconych wiązań podwójnych w celu hydrofilizacji materiału. Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US2006199240, znane jest połączenie półprzewodnikowych właściwości elektrody z biologicznymi właściwościami białka do wykorzystania w optoelektronicznych urządzeniach diagnostycznych.
Z innego amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2007224637 znany jest lipidowy, warstwowy bioczujnik, stabilny w warunkach utleniania. Urządzenie to zbudowane jest z lipidowych warstw, w których immobilizowane są standardowe białka np. gramicydyna i przeciwciała.
Z innego amerykań skiego zgłoszenia patentowego nr US20050705216 znany jest warstwowy biosensor, w którym chemoczułą warstwę stanowi metal. Tego typu biosensor jest trwały, charakteryzuje go silniejszy sygnał pomiarowy.
Znane jest stosowanie pochodnych kompleksów rutenu i osmu w układach z aminami i związkami N-heterocyklicznymi do modyfikowania powierzchni sensorowych elektrod pracujących bioczujników elektrochemicznych w roli mediatorów. Opisany w zgłoszeniu WO2007072018 mediacyjny charakter kompleksów daje w efekcie lepszą efektywność pracy i stabilność bioczujnika.
W ostatnich latach wprowadza się również warstwy Langmuira-Blodgett do konstrukcji szczególnie selektywnych czujników gazowych i chemicznych.
Z francuskiego zgł oszenia patentowego nr FR 2682765 znany jest biosensor mierzą cy stężenia np. glukozy we krwi. w którym rolę elektrody pełni monomolekularny film przewodzący zbudowany z amfifilowych struktur enzymatycznych takich jak na przykł ad peroksydaza glukozowa. Warstwa przewodząca sensora została zbudowana z użyciem techniki Langmuira-Blodgett, która jako jedyna zapewnia prawidłową organizację filmu oraz selektywność istotną przy pomiarach stężeń specyficznych substancji we krwi.
Biosensor warstwowy według wynalazku ma warstwę aktywną w postaci filmu Langmuira-Blodgetta zawierającego zimmobilizowaną lakazę, zbudowanego z mieszaniny 4.4'-bis(tiofeno)-N-nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy sieciowanej za pomocą aldehydu glutarowego. Przy czym lakaza sieciowana jest kowalencyjnie w filmie Langmuira-Blodgetta. Biosensor korzystnie utworzony jest z równomolowej mieszaniny 4,4'-bis(tiofeno)-N-nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy.
Biosensor według wynalazku zbudowany jest z ultracienkich filmów i nadaje się do wykrywania fenolu oraz toksycznych pochodnych fenolu w środowiskach wodnych. Zaletą biosensora jest jego bardzo duża czułość oraz fakt, że nadaje się do wykrywania różnych stężeń. Nie bez znaczenia jest również dość długa żywotność zimmobilizowanej lakazy, która zachowuje swoją katalityczną aktywność w ciągu kolejnych 20 cykli reakcyjnych. Warstwa Langmuira-Blodgetta według wynalazku i powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi czujnika zbudowanego z bis(tiofeno)nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy na różne stężenia związków fenolowych, typują ten materiał do budowy czujników stosowanych w diagnostyce środowiskowej.
Przedmiot wynalazku jest wyjaśniony w przykładzie realizacji i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pracy biosensora lakazowego, fig. 2 - wykres zależności aktywności białka unieruchomionego w filmie LB od czasu reakcji, fig. 3 - ilustruje relatywną aktywność białka zimmobilizowanego
PL 210 596 B1 w filmie zbudowanym z dodatkiem pochodnej difenyloaminy, a fig. 4 - wykres zależnoś ci aktywnoś ci lakazy mierzonej jako zmiana absorbancji od czasu trwania reakcji w obecności substratu ABTS i mediatora w postaci błękitu metylenowego.
P r z y k ł a d I.
Biosensor warstwowy zawierający lakazę zimmobilizowaną kowalencyjnie w filmach Langmuira-Blodgett, otrzymano z równomolowej mieszaniny 4,4'-bis(tiofeno)-N-nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy sieciowanej za pomocą aldehydu glutarowego.
Następnie biosensor lakazowy L według wynalazku wprowadzono do próbki PR, zawierającej 0.228 mmola ABTS - soli sodowej kwasu 2,2'-azyno-bis-3-etylobenzeno-tiazolo-6-sulfonowego S, jako substratu, a następnie w reaktorach mieszalnikowych, o pojemności 25 ml prowadzono reakcję do momentu zmiany koloru próbki i otrzymania produktu, rodniko-kationu o barwie zielonej P, który samoistnie ulega polimeryzacji. Proces i pomiar aktywności zimmobilizowanej lakazy prowadzono w temperaturze 30°C, w 0.1 molowym buforze cytrynianowo-fosforanowym o pH 5.25. Zmianę absorbancji notowano przy użyciu spektrofotometru PRZ typu UNICAM HELIOS-α. Spektrofotometr UNICAM HELIOS-α w trakcie prowadzonego procesu zmieniał sygnał chemiczny na mierzalny sygnał optyczny SY. W trakcie prowadzonego procesu, pomiary absorpcyjne rejestrowano przy długości fali równej 420 nm.
Aktywność lakazy zimmobilizowanej, przedstawiono na fig. 2 jako funkcję liczby jednostek aktywności U na 1/cm2 otrzymanego filmu LB w czasie. Za 1 U przyjęto taką ilość lakazy, która w warunkach testu powoduje zmianę absorbancji o 0.01 w ciągu jednej minuty. Omawiane badania nad aktywnością lakazy były wykonywane przy zastosowaniu ABTS-u i fenolu jako substratów.
P r z y k ł a d II.
Biosensor lakazowy L według wynalazku wprowadzono do próbki PR, zawierającej 0.228 mmola ABTS - soli sodowej kwasu 2.2'-azyno-bis-3-etylobenzeno-tiazolo-6-sulfonowego S, jako substratu, oraz 0.32 mmola błękitu metylenowego jako dodatkowego mediatora. Reakcje prowadzono w reaktorach mieszalnikowych o pojemności 25 ml do momentu zmiany koloru próbki i otrzymania produktu, rodniko-kationu o barwie zielonej P, który polimeryzuje. Proces i pomiar aktywności zimmobilizowanej lakazy prowadzono w temperaturze 30°C, w 0.1 molowym buforze cytrynianowo-fosforanowym o pH 5.25. Zmianę absorbancji notowano przy użyciu spektrofotometru PRZ typu UNICAM HELIOS-α. Spektrofotometr UNICAM HELIOS-α w trakcie prowadzonego procesu zmieniał sygnał chemiczny na mierzalny sygnał optyczny SY. W trakcie prowadzonego procesu, pomiary absorpcyjne rejestrowano przy długości fali równej 420 nm.
Porównanie aktywności lakazy zimmobilizowanej w obecności ABTS jako substratu oraz ABTS i N-nonylo-4,4'-bis(tiofeno)difenyloaminy w roli mediatora, przedstawiono na fig, 3. Z przedstawionego na wykresie, porównania aktywności danych jednoznacznie wynika, że wprowadzenie do filmu Langmuira-Blodgett N-nonylo-4,4'-bis(tiofeno)difenyloaminy powoduje wzrost aktywności zimmobilizowanej lakazy o około 60%. Z przeprowadzonych badań wynika, że obecność pochodnej bis(tiofeno)difenyloaminy w filmach LB ze względu na mediacyjny charakter elektroprzewodzącego układu, usprawnia transport elektronów.
Porównanie aktywności lakazy zimmobilizowanej w obecności ABTS jako substratu oraz ABTS i błękitu metylenowego w roli dodatkowego mediatora, przedstawiono na fig. 4. Za 1 U przyjęto taką ilość lakazy, która w warunkach testu powoduje zmianę absorbancji o 0.01 w ciągu jednej minuty. Omawiane badania nad aktywnością lakazy były wykonywane przy zastosowaniu ABTS-u i fenolu jako substratów. Z przedstawionego na wykresie porównania aktywności lakazy z ABTS jako substratem oraz ABTS i błękitem metylenowym wynika, że modyfikacja powierzchni biosensora aldehydem glutarowym powoduje preferencyjne wiązanie białek. Natomiast wprowadzenie błękitu metylenowego jako dodatkowego mediatora znacznie poprawia aktywność katalityczną zimmobilizowanego białka.
Zaobserwowano duże różnice w aktywności lakazy pułapkowanej w filmie LB otrzymanym z dodatkiem lub bez pochodnej difenyloaminy i błękitu metylenowego. Efekt ten związany jest z rolą bis(tiofeno)difenyloaminy oraz błękitu metylenowego jako mediatorów procesu.
Zimmobilizowane białko wykazało dużą czułość na obecność fenolu oraz ABTS w roztworze wodnym.
Długość życia zimmobilizowanej lakazy według wynalazku wynosi co najmniej 2 miesiące. Stała, wysoka zdolność utleniania substratu zachowana jest przez kolejne 20 cykli reakcyjnych.
Aktywność białka zimmobilizowanego w filmie LB stanowi 10% aktywności użytego do immobilizacji białka natywnego.

Claims (2)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Biosensor warstwowy, do wykrywania związków fenolowych, zawierający warstwę aktywną zimmobilizowaną w filmach Langmuira-Blodgetta osadzoną na podłożu stałym, znamienny tym, że warstwę aktywną stanowi film Langmuira-Blodgetta zawierający zimmobilizowaną lakazę, otrzymany z mieszaniny 4,4'-bis(tiofeno)-N -nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy sieciowanej za pomocą aldehydu glutarowego, przy czym lakaza sieciowana jest kowalencyjnie w filmie Langmuira-Blodgetta.
  2. 2. Biosensor według zastrz. 1, znamienny tym, że utworzony jest z równomolowej mieszaniny 4,4'-bis(tiofeno)-N-nonylodifenyloaminy, kwasu stearynowego i lakazy.
PL384671A 2008-03-11 2008-03-11 Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych PL210596B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL384671A PL210596B1 (pl) 2008-03-11 2008-03-11 Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL384671A PL210596B1 (pl) 2008-03-11 2008-03-11 Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL384671A1 PL384671A1 (pl) 2009-09-14
PL210596B1 true PL210596B1 (pl) 2012-02-29

Family

ID=42988931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL384671A PL210596B1 (pl) 2008-03-11 2008-03-11 Biosensor warstwowy do wykrywania związków fenolowych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL210596B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL384671A1 (pl) 2009-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shaver et al. Alkanethiol monolayer end groups affect the long-term operational stability and signaling of electrochemical, aptamer-based sensors in biological fluids
Botewad et al. Urea biosensors: A comprehensive review
Soylemez et al. Electrochemical and optical properties of a conducting polymer and its use in a novel biosensor for the detection of cholesterol
Wang et al. TiO2 nanowire bundle microelectrode based impedance immunosensor for rapid and sensitive detection of Listeria monocytogenes
Rismetov et al. Electrochemical detection of hydrogen peroxide at platinum-modified diamond electrodes for an application in melamine strip tests
Chauhan et al. Chitosan-based biosensors-A comprehensive Review
Wang et al. Amperometric choline biosensor fabricated through electrostatic assembly of bienzyme/polyelectrolyte hybrid layers on carbon nanotubes
Chauhan et al. Immobilization of lysine oxidase on a gold–platinum nanoparticles modified Au electrode for detection of lysine
Gupta et al. Flow injection analysis of cholesterol using FFT admittance voltammetric biosensor based on MWCNT–ZnO nanoparticles
US7759114B2 (en) Sensor chips
Zheng et al. Mediatorless amperometric glucose biosensing using 3-aminopropyltriethoxysilane-functionalized graphene
Kemmegne-Mbouguen et al. Simultaneous quantification of dopamine, acetaminophen and tyrosine at carbon paste electrodes modified with porphyrin and clay
Zhang et al. An enzymatic glucose biosensor based on a glassy carbon electrode modified with manganese dioxide nanowires
de Souza Ribeiro et al. Development of a square wave voltammetric method for dopamine determination using a biosensor based on multiwall carbon nanotubes paste and crude extract of Cucurbita pepo L.
Lupu et al. Development of a potentiometric biosensor based on nanostructured surface for lactate determination
Pisoschi Biosensors as bio-based materials in chemical analysis: a review
Dalmasso et al. Supramolecular architecture based on the self-assembling of multiwall carbon nanotubes dispersed in polyhistidine and glucose oxidase: Characterization and analytical applications for glucose biosensing
Fritzen‐Garcia et al. Peroxidase immobilized on phospholipid bilayers supported on au (111) by DTT self‐assembled monolayers: Application to dopamine determination
Wu et al. Copper contamination of self-assembled organic monolayer modified silicon surfaces following a “Click” reaction characterized with LAPS and SPIM
JP5007905B2 (ja) 分子鋳型を有するポリマーを備えたセンサー
Shervedani et al. Direct electrochemistry of cytochrome c immobilized on gold electrode surface via Zr (IV) ion glue and its activity for ascorbic acid
Chauhan et al. Development of amperometric lysine biosensors based on Au nanoparticles/multiwalled carbon nanotubes/polymers modified Au electrodes
Singh et al. Polyaniline based catalase biosensor for the detection of hydrogen peroxide and azide
Behera et al. Self-assembled monolayers of thio-substituted nucleobases on gold electrode for the electroanalysis of NADH, ethanol and uric acid
Guo et al. Biohybrid hydrogen-bonded organic framework sandwiched between nanoporous membranes: Novel structure for ultrasensitive electrochemical detection of urea

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20110311