RO125232A2 - Ameliorarea performanţelor analiziei simultane a metanolului şi etanolului din amestecuri fără separarea analiţilor prin utilizarea unui biosenzor cu aox extrasă din hansenula polymorpha - Google Patents

Ameliorarea performanţelor analiziei simultane a metanolului şi etanolului din amestecuri fără separarea analiţilor prin utilizarea unui biosenzor cu aox extrasă din hansenula polymorpha Download PDF

Info

Publication number
RO125232A2
RO125232A2 ROA200800696A RO200800696A RO125232A2 RO 125232 A2 RO125232 A2 RO 125232A2 RO A200800696 A ROA200800696 A RO A200800696A RO 200800696 A RO200800696 A RO 200800696A RO 125232 A2 RO125232 A2 RO 125232A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
methanol
ethanol
aox
biosensor
hansenula polymorpha
Prior art date
Application number
ROA200800696A
Other languages
English (en)
Other versions
RO125232B1 (ro
Inventor
Bogdan Bucur
Mădălina Petruţa Bucur
Gabriel Lucian Radu
Cristina Rădulescu
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Ştiinţe Biologice
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 Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Ştiinţe Biologice filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Ştiinţe Biologice
Priority to ROA200800696A priority Critical patent/RO125232B1/ro
Publication of RO125232A2 publication Critical patent/RO125232A2/ro
Publication of RO125232B1 publication Critical patent/RO125232B1/ro

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Prezenta invenţie se referă la o metodă ameliorată, pentru determinarea concentraţiilor de metanol şi etanol, prin utilizarea unui biosenzor cu AOX extrasă din Hansenula polymorpha, utilizată în special pentru identificarea băuturilor alcoolice falsificate. Metoda conform invenţiei se bazează pe analize amperometrice ale soluţiilor agitate magnetic, asigurând un transport rapid şi reproductibil al analiţilor la suprafaţa biosenzorului cu alcool oxidază (AOX) extrasă din Hansenula polymorpha, care are afinitate relativă maximă pentru metanol comparativ cu etanol, caracterizată prin raportul constantelor Michaelis K.

Description

OFICIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl MĂRCll Cerere de brevet de invenție | Mr 2qd 0 fe 9 (o 1 ί L « b Ma e»B«iieaaaeiiaiinB«»s»en»B»ii»i»BBB·» g Data depozit......1.1t,Q9,7,7IWL I
AMELIORAREA PERFORMANȚELOR ANALIZEI SIMULTANE A METANOLULUI ȘI ETANOLULUI DIN AMESTECURI FĂRĂ SEPARAREA ANALIȚILOR PRIN UTILIZAREA UNUI BIOSENZOR CU AOX EXTRASĂ DIN
HANSENULA POLYMORPHA
Invenția se referă la o metodă ameliorată pentru determinarea concentrațiilor de metanol și etanol, fiind utilizată, în special, la identificarea băuturilor alcoolice falsificate produse cu metanol sau amestec metanol+etanol în loc de etanol prin determinarea metanolului și etanolului, în domeniul de concentrații al amestecurilor: 0,01-0,4 mM metanol și 0,02-0,6 mM etanol.
Sunt cunoscute metode pentru analiza amestecurilor de etanol și metanol utilizând separarea celor doi analiți prin cromatografîe de gaze sau lichide, și apoi cuantificarea cu diferiți detectori.
Cu toate că metodele cromatografice cunoscute permit o separare a celor doi analiți și determinarea acestora cu o rezoluție și limită de detecție suficiente, aceste metode sunt complexe prin faptul că determinările trebuie efectuate utilizând aparatură scumpă și sofisticată, aparatele nu sunt portabile, sunt necesari reactivi cu puritate foarte înaltă și personalul trebuie să fie bine calificat.
Recent a fost raportată în literatură o metodă simplă, ieftină, rapidă, portabilă pentru determinarea concentrațiilor de metanol și etanol din amestecuri bazate pe analize enzimatice, European Food Research and Technology, 226, 1335-1342, 2008, bazată pe măsurători amperometrice utilizând, pentru aceeași probă, succesiv doi biosenzori enzimatici bazați fiecare pe câte o enzimă: alcool dehidrogenaza (ADH, EC 1.1.1.1.) și alcool oxidaza (AOX, EC 1.1.3.13). Principiul de detecție este bazat pe faptul că un biosenzor bazat pe ADH va permite analiza doar a etanolului dintr-un amestec metanol+etanol, pe când răspunsul biosenzorilor bazați pe AOX este produs în special de către metanol, dar și etanol. Această metodă de analiză nu necesită etape îndelungate și complicate de separare a analiților și permit realizarea unor dispozitive portabile, dar selectivitatea măsurării metanolului și etanolului în amestecuri nu este la fel de bună ca în cazul metodelor cromatografice. Metoda enzimatică raportată poate analiza amestecuri metanol+etanol în următoarele domenii de concentrație: 3-70 mmol/L pentru metanol și respectiv 15-110 mmol/L etanol.
Metoda enzimatică de analiză este suficient și etanolul la nivele de concentrație întâlnite în n nevoie de preconcentrarea analiților ci eventual de
(Μ 2 Ο Ο 8 - Ο Ο θ 9 6 ' 1 1 -09- 2008 concentrațiile sunt prea mari. Problema care trebuie rezolvată în cazul identificării băuturilor alcoolice falsificate cu metanol utilizând metoda enzimatică de analiză constă în mărirea selectivității de măsurare a metanolului în prezența etanolului pentru a se lărgi gama de concentrații de metanol pentru care poate fi furnizată o alarmă privind prezența metanolului în băutura alcoolică respectivă.
Selectivitatea analizelor metanolului pentru metoda enzimatică de analiză este dată de caracteristicile AOX și în special selectivitatea acesteia pentru metanol în prezența etanolului. Selectivitatea determinării metanolului în prezența etanolului a fost ameliorată prin utilizarea în construcția biosenzorului a unei AOX extrasă dintr-un alt organism, având la bază cinetica Michaelis-Menten pentru o enzimă care catalizează simultan conversia a două substraturi în competiție pentru situl activ al enzimei. Pentru biosenzorii bazați pe AOX, semnalul analitic este dat de cuantificarea vitezei de producere a H2O2 de către AOX prin oxidarea catalitică simultană a ambilor alcooli. în figura 1 sunt prezentate reacțiile, mecanismele și ecuațiile care descriu cinetica catalizată enzimatic pentru viteza totală de obținere a unui produs de reacție comun (H2O2) în urma catalizării oxidării simultane a două substraturi. Conform acestor ecuații, semnalul analitic obținut pentru fiecare amestec metanol+etanol este mai mare decât semnalele analitice obținute pentru fiecare analii separat la aceeași concentrație și în același timp mai mic decât suma curenților individuali. Aceste rezultate certifică că din semnalele analitice obținute pentru amestecuri este posibil să cuantificăm ambii analiți. In ecuațiile 1-6, indicele 0 reprezintă metanol și 2) etanol. Teoretic, viteza de producere a H2O2 de către AOX dizolvată în soluție în urma oxidării simultane a metanolului și etanolului în prezența de O2 (reacțiile R1 și R2 cu mecanismele 1 și respectiv 2) este calculată în aceeași manieră ca și cinetica Michaelis-Menten pentru un singur substrat. în acest caz sunt două complexe enzimăsubstrat care se formează (ecuația 3) și în consecință condiția de stare staționară este calculată prin luarea în considerare a acestor două complexe enzimă-substrat (ecuația 4). Viteza totală de producere a H2O2 este dată în ecuația 5. Este demn de observat că în ecuația 5, în cazul în care concentrația unuia dintre substrate este 0, ecuația 5 devine ecuația clasică MichaelisMenten (6).
La analiza cu biosenzorul bazat pe AOX a unor amestecuri metanol-etanol, pentru a avea un răspuns cât mai selectiv pentru metanol în prezența etanolului este esențial ca enzima sa aibă o selectivitate cât mai mare pentru metanol relativă la selectivitatea pentru etanol. Selectivitatea AOX pentru metanol în prezența etanolului este afinitățile pentru cele două substrate. Afinitatea unei enzime pentru de constanta Michaelis (Km) care este exprimată în valori de conc
^-2008-00^96 1 1 -09- 2008 mare valoarea acestei constante cu atât va fi mai mică afinitatea enzimei pentru substratul respectiv. Din ecuațiile teoretice prezentate în figura 1, se observă că o mai bună selectivitate în determinarea metanolului în prezența etanolului este dată de raportul constantelor Km ale AOX determinate pentru etanol și metanol. Este cunoscut faptul că enzimele provenite din diferite organisme prezintă Km diferite. Astfel, este posibil să se aleagă o sursă pentru AOX care sa permită ca semnalul analitic obținut să fie cât mai selectiv pentru metanol. Din Km prezentate în tabelul 1 se observă ca AOX provenită din Hansenula polymorpha permite o ameliorare a selectivității.
Proba de analizat (băuturi alcoolice) este analizată direct cu cei doi biosezori bazați pe ADH (pentru determinarea concentrației de etanol) și respectiv AOX (pentru cuantificarea semnalului furnizat de amestecul metanol+etanol). în cazul în care proba este prea concentrată (semnal mai mare decât curba de calibrare) aceasta va fi diluată în tampon și reanalizată. Biosenzorii sunt cuplați la un potențiostat și este măsurată intensitatea curentului la potențial constant (semnal analitic) care este corelată cu concentrația de analit din probă.
Aparatul, pentru realizarea metodei, conform invenției, cuprinde un ansamblu format dintr-un potențiostat controlat de calculator, un agitator magnet pentru asigurarea transportului prin convecție a analiților către suprafața biosenzorilor, doi biosenzori enzimatici bazați pe ADH și respectiv AOX utilizați succesiv.
Metoda de analiză și biosenzorii bazați pe AOX extrasă din Hansenula polymorpha, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:
- măresc selectivitatea analizei metanolului în prezența etanolului;
- îmbunătățesc sensibilitatea determinărilor;
- au erori de măsură (deviație relativă standard) mult redusă;
- sunt simplu de utilizat chiar și de personal mediu calificat;
- au un preț de cost scăzut;
- sunt portabile;
- permit identificarea rapidă a băuturilor alcoolice falsificate care conțin metanol;
- nu necesită utilizarea unor reactivi toxici.
Invenția va fi prezentată în continuare în legătură cu figurile 1 - 3 și tabelul 1 care reprezintă:
figura 1. Reacțiile, mecanismele și ecuațiile cineticii producerii H2O2 în urma oxidării catalizate enzimatic simultan a metanolului și etanolului; - figura 2. Schema aparatului;
pc-2 Ο 0 8 - Ο Ο 6 9 6 1 1 -09- 2008
- figura 3. Curba de calibrare a aparatului, intensitate - concentrația standardelor de metanol în soluție.
- tabelul 1. Valorile Km pentru metanol și etanol raportate pentru AOX extrasă din diferite organisme. în legendă sunt prezentate concentrațiile de etanol pentru care sunt trasate curbele.
în construcția biosenzorilor enzima (AOX extrasă din Hansenula polymorpha conform invenției) a fost imobilizată prin includere în matrice fotopolimerizabilă pe electrozi screen printați care conțin un mediator pentru H2O2 (Co-ftalocianina). 2,6 mg de AOX 10 Ul/mg au fost diluați cu 40 pL apă distilată peste care s-au adăugat 40 pL de mer PVA-SbQ. Apoi, amestecul enzimă cu PVA-SbQ a fost omogenizat prin amestecare cu un vortex după care 2 pL din această soluție au fost depuse și întinse pe suprafața WE. Electrozii au fost expuși la lumina de neon timp de 4 ore la +4°C pentru a avea loc includerea enzimei prin fotopolimerizarea merilor. Electrozii au fost după aceea stocați maxim o lună la -20 °C în pungi de plastic închise pentru a fi protejați de umiditate.
Analizele amperometrice au fost realizate în soluții agitate magnetic utilizând un agitator 1 și o bară magnetică acoperită cu teflon 2. în celula electrochimică 3 au fost introduse 5 mL tampon de soluție 0,1 mol/L tampon fosfat pH=8,0 care conține și 0,1 mol/L KC1. Măsurătorile au fost efectuate cu un potențiostat 8 dotat cu un filtru pentru reducerea zgomotului electromagnetic creat de câmpul magnetic variabil al agitatotului. Potențiostatul este controlat de un calculator 9 care realizează și înregistrarea și prelucrarea semnalelor. La electrodul indicator 4 pe suprafața căruia a fost imobilizată enzima a fost aplicat un potențial constant +600 mV măsurat fața de electrodul screen-printat Ag/AgCl de pseudoreferința 5. Conexiunea între electrozii 4 și 5 și potențiostat a fost realizată cu ajutorul unui cablu ecranat 7. După stabilizarea curentului (măsurarea liniei de bază), 50 pL de probă au fost injectați cu o pipetă mecanică 6 și a fost înregistrată variația intensității curentului până la stabilizarea pe un platou. Semnalul analitic constă în diferența între intensitatea curentului între linia de bază și platou. Timpul necesar pentru stabilizarea liniei de bază a fost de 2-3 minute și pentru obținerea platoului de aproximativ 1-2 minute. Electrozii au fost spălați cu apă distilată între măsurători.
Biosenzorii bazați pe AOX din Hansenula polymorpha sunt capabil să analizeze soluții de amestec metanol+etanol care conține alcooli în următorul domeniu de concentrații: 0,005-0,2 mM metanol și respectiv 0,03-0,3 mM etanol. Aceste domenii de concentrație sunt mult reduse în comparație cu cele raportate în literatura (3-70 mmol/L respectiv 15-110 mmol/L etanol) și sunt explicate prin modificarea m
Ο Ο 8 - ο ο 6 9 6
1 -09- 2008 cronoamperometrie în picătură pentru metoda raportată în literatura și respectiv amperometrie în soluție agitată magnetic pentru metoda optimizată din prezentul brevet. Agitarea soluțiilor modifica modalitatea de transport a analiților la suprafața biosenzorilor unde sunt analizați Dacă în picătură analiții simt transportați din masa soluției către electrod prin difuzie-transport lent și ineficient, prin agitarea soluției se asigură un transport rapid al analiților către suprafața electrozilor ceea ce asigură o concentrație locală de analit crescută și în consecință o sensibilitate mărită a determinărilor. în cazul agitării magnetice a soluțiilor este indus un curent alternativ parazit în bucla formată de electrozi-soluție-conector datorită câmpului magnetic variabit indus de agitator. Pentru îndepărtarea acestui zgomot electromagnetic este necesar ca potentiostatul utilizat să conțină un filtru tip low-pass pentru separarea curentului continuu (faradaic-semnal analitic) de cel alternativ datorat inducției. Acest filtru permite ameliorarea limitei de detecție prin reducerea zgomotului de fond.
Pentru interpolarea matematică a rezultatelor experimentale obținute pentru metanol și etanol au fost utilizate 30 de puncte experimentale I(nA)=f(Concentrație metanol, Concentrație etanol): 6 de la graficul de calibrare realizat pentru metanol (în absența etanolului), 5 de la graficul de calibrare realizat pentru etanol (în absența metanolului), 18 pentru soluții standard cu amestecuri metanol-etanol și forțarea trecerii graficului prin origine. Interpolarea rezultatelor experimentale a fost făcută conform ecuației (5) folosind un soft disponibil comercial: GOSA-fit v3.b2 (© Bio Log). Parametrii de interpolare regăsiți au fost notați cu apm deoarece sunt determinați pentru enzima imobilizată și nu liberă în soluție (ap aparent) și corectate pentru amestec substrate (m -mixt). Parametrii ecuației interpolate regăsiți au fost. Km P metanol-0,2±0,l mmol/L, ImaxaPmmetanol-369 ± 105 nA și respectiv Km p etanoi=0,3±0,14 mmol/L, Imaxapmetanoi=298±106 nA cu un coeficient de corelație de R2= 0.949. De notat că în cazul enzimei imobilizate parametrul Vmax este înlocuit cu Imaxapm pentru ambii analiți.
In figura 3 este prezentat graficul de calibrare obținut pentru biosenzorii cu AOX pentru ambii analiți prezenți simultan în soluție. Curba de calibrare este ca o reprezentare 2D obținută folosind softul GOSA-fit pentru o înțelegere mai ușoară a interpolărilor făcute pentru ambii analiți și o mai bună reprezentare a diferențelor între valorile teoretice obținute (curbele) și punctele experimentale.
Limita de detecție a biosenzorilor cu AOX din Hansenula polymorpha pentru un alcool în absența celuilalt este de 0,005 mM metanol pentru care este înregistrat un semnal de 8 nA și respectiv 0,03 mM etanol pentru care este înregistrat un semnal de 15
Ο Ο 8 - ο Ο 6 9 6 - 1 1 -09- 2008 alcool depinde de concentrația celuilalt și este cu atât mai slabă cu cât este mai mare concentrația celuilalt alcool.
Deviația relativă standard, calculată pentru o probă care conține 0,1 mM etanol și 0,04 mM metanol a fost de 3,9% pentru n=ll determinări efectuate (I(nA)=109±4,3 nA). Această deviație relativă standard este mult ameliorată în comparație cu cea raportată în literatura (RSD=13,8%) unde erau utilizate măsurători în picătură, ameliorare posibilă datorită utilizării pentru măsurători de soluții agitate magnetic care asigură un transport reproductibil și constant al analiților către suprafața biosenzorilor unde sunt catalizați de enzimă. Totodată agitatea magnetică asigură și îndepărtarea rapidă și reproductibilă a produșilor de reacție de la suprafața electrodului asigurând astfel condiții catalitice constante.

Claims (4)

  1. ^-2008-00696 1 1 -09- 2008
    REVENDICĂRI
    1. Metoda ameliorată pentru identificarea băuturilor alcoolice falsificate care conțin metanol, bazată pe analize amperometrice în soluții agitate magnetic utilizând un biosenzor cu alcool oxidaza (AOX) extrasă din Hansenula polymorpha care are afinitate relativă maximă pentru metanol comparativ cu etanol caracterizate prin raportul constantelor Michaelis Km.
  2. 2. Metoda conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că sensibilitatea biosenzorului cu AOX pentru etanol în prezența metanolului este redusă ceea ce permite ameliorarea selectivității determinării metanolului în prezența etanolului.
  3. 3. Metoda conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că scăderea concentrațiilor de metanol și etanol analizate prin utilizarea de soluții agitate magnetic care asigură un transport rapid al analiților la suprafața biosenzorului.
  4. 4. Metoda conform revendicării 1, caracterizată prin îmbunătățirea preciziei măsurătorilor (scăderea deviației relative standard pentru analiza repetată a aceleiași probe) datorită utilizării de soluții agitate magnetic care asigură un transport reproductibil al analiților la suprafața biosenzorului.
ROA200800696A 2008-09-11 2008-09-11 METODĂ PENTRU DETERMINAREA CONCENTRAȚIILOR DE METANOL Șl ETANOL DIN AMESTECURI FĂRĂ SEPARAREA ANALITILOR RO125232B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200800696A RO125232B1 (ro) 2008-09-11 2008-09-11 METODĂ PENTRU DETERMINAREA CONCENTRAȚIILOR DE METANOL Șl ETANOL DIN AMESTECURI FĂRĂ SEPARAREA ANALITILOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200800696A RO125232B1 (ro) 2008-09-11 2008-09-11 METODĂ PENTRU DETERMINAREA CONCENTRAȚIILOR DE METANOL Șl ETANOL DIN AMESTECURI FĂRĂ SEPARAREA ANALITILOR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO125232A2 true RO125232A2 (ro) 2010-02-26
RO125232B1 RO125232B1 (ro) 2012-11-29

Family

ID=47221007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA200800696A RO125232B1 (ro) 2008-09-11 2008-09-11 METODĂ PENTRU DETERMINAREA CONCENTRAȚIILOR DE METANOL Șl ETANOL DIN AMESTECURI FĂRĂ SEPARAREA ANALITILOR

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO125232B1 (ro)

Also Published As

Publication number Publication date
RO125232B1 (ro) 2012-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A reagentless electrochemical sensor for aflatoxin B1 with sensitive signal-on responses using aptamer with methylene blue label at specific internal thymine
Ye et al. Recent advances in electrochemical biosensors for antioxidant analysis in foodstuff
Erden et al. A review of enzymatic uric acid biosensors based on amperometric detection
Liu et al. Dual-signal electrochemical aptasensor involving hybridization chain reaction amplification for aflatoxin B1 detection
Tang et al. Two-dimensional MoS2 as a nano-binder for ssDNA: Ultrasensitive aptamer based amperometric detection of Ochratoxin A
Liang et al. A facile and sensitive fluorescence assay for glucose via hydrogen peroxide based on MOF-Fe catalytic oxidation of TMB
Wang et al. Amperometric l-ascorbic acid biosensors equipped with enzyme micelle membrane
Xia et al. Gold nanoparticle-based colorimetric method for the detection of prostate-specific antigen
Ramos et al. Free sulphite determination in wine using screen-printed carbon electrodes with prior gas-diffusion microextraction
Stasyuk et al. Amperometric biosensors based on alcohol oxidase and peroxidase–like nanozymes for ethanol determination
Milardovic et al. A novel method for flow injection analysis of total antioxidant capacity using enzymatically produced ABTS+ and biamperometric detector containing interdigitated electrode
Karastogianni et al. Square Wave Voltammetric (SWV) Determination of cyanocobalamin (Vitamin B12) in pharmaceuticals and supplements on a Carbon Paste Electrode (CPE) modified by a manganese (II) polymeric film
Wu et al. Dual signal amplification strategy-based electrochemical aptasensor utilizing redox molecule/MOF composites for multi-pesticide detection
Kashiwagi et al. Electrochemical determination of choline using nortropine-N-oxyl for a non-enzymatic system
Torre et al. A do-it-yourself electrochemical cell based on pencil leads and transparency sheets: Application to the enzymatic determination of histamine
Wang et al. Simultaneous microchip enzymatic measurements of blood lactate and glucose
Wei et al. Hemin/G-quadruplex based electrochemical sensor for highly sensitive detection of ATP in fish
Gross et al. Nitrite/nitrate detection in serum based on dual-plate generator–collector currents in a microtrench
Faccendini et al. Selective application of two rapid, low-cost electrochemical methods to quantify glycerol according to the sample nature
Zein et al. A CRISPR/Cas12a electrochemical biosensing to detect pig mtDNA D-loop for ensuring food authenticity
Brainina et al. State‐of‐the‐art electrochemistry for the assessment of oxidative stress and integral antioxidant activity of biological environments
Tian et al. Optical assay using B-doped core–shell Fe@ BC nanozyme for determination of alanine aminotransferase
Tu et al. RETRACTED: A nano-molar sensitive disposable biosensor for determination of dopamine
Zhang et al. Ultrasensitive immunosensor for aflatoxin B1 detection based on screen-printed carbon electrode modified by ferrocene@ multi-walled carbon nanotubes
RO125232A2 (ro) Ameliorarea performanţelor analiziei simultane a metanolului şi etanolului din amestecuri fără separarea analiţilor prin utilizarea unui biosenzor cu aox extrasă din hansenula polymorpha