Розробка кондуктометричних ферментних біосенсорів для визначення основних природних сахаридів

Розробка біоселективних елементів кондуктометричних ферментних біосенсорів на основі триферментних комплексів для визначення мальтози, сахарози та лактози. Дослідження складу біоселективних мембран біосенсорів, умов іммобілізації ензиматичних систем.

Рубрика Биология и естествознание
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 27.07.2015
Размер файла 49,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Організація належного контролю вмісту моно- та дисахаридів на різних етапах виробничого процесу є важливим завданням у різних галузях виробництва: харчовій промисловості, сільському господарстві, фармації тощо. У сільському господарстві вміст сахарози в цукровому буряку є одним із важливих показників, який визначає ефективність технологічного виробництва цукру на всіх його етапах - від вирощування буряка, збереження та до повної його переробки. У молочному виробництві вміст лактози, яка є одним із основних компонентів молока, є важливим показником якості молочних продуктів. Величезне значення в харчовій промисловості відіграє також мальтоза, вміст якої в мальтозній патоці визначає якість кінцевого продукту виробництва, зокрема пива та квасу. Інформація про наявність та концентрацію моно- та дисахаридів у напоях та продуктах харчування є важливим показником їхньої якості (Nielsen, 2003). Контроль вмісту вуглеводів є також необхідним для моніторингу перебігу процесів ферментації, бродіння тощо.

Нині існує низка різноманітних методів визначення сахаридів, але кожний із них має ряд недоліків. Деякі із стандартних методів потребують наявності кваліфікованого персоналу, дорогого обладнання та є довготривалими, громіздкими та складними у проведенні (хроматографія, спектрофотометрія), інші є простими і швидкими, але менш точними та селективними (якісні хімічні методи, рефрактометрія, поляриметрія). Тому є актуальною розробка простих, дешевих, швидких та точних аналітичних експрес-методів визначення вуглеводів. Впровадження таких систем дасть змогу покращити організацію контролю моно- та дисахаридів у харчовому, фармацевтичному виробництві, сільському господарстві, вирішити проблеми контролю та регуляції біотехнологічних процесів тощо. На сьогодні одним із перспективних напрямків, який може подолати вищезгадані проблеми традиційних методів визначення сахаридів, є розробка біосенсорних технологій.

Більшість розроблених нині біосенсорів для визначення моно- та дисахаридів є амперометричними, але вони також мають ряд недоліків порівняно із кондуктометричними біосенсорами, які є досить перспективними, але менш вивченими. Серед створених кондуктометричних біосенсорів для визначення вуглеводів відомі лише глюкозні біосенсори, призначені для використання у медичній діагностиці (Архипова, 1998). Порівняно з електрохімічними, кондуктометричні біосенсорами мають низку важливих переваг, які полягають у відсутності необхідності використання технологічно складного електроду порівняння, у застосуванні при роботі змінної напруги малої амплітуди, що дозволяє уникнути фарадеївських процесів на електродах, у можливості їхньої мініатюризації та використанні недорогої сучасної тонкоплівчастої стандартної технології виробництва (Дзядевич и др., 1994). Це робить економічно вигідним навіть одноразове використання таких біосенсорів та значно розширює сферу їхнього застосування.

У цілому, кондуктометричні методи аналізу є досить простими, швидкими, зручними, точними та можуть дозволити вирішити чимало важливих науково-дослідних та виробничих задач, що не піддаються рішенню традиційними методами. Застосування таких біосенсорів для визначення основних природних сахаридів може значно спростити та покращити моніторинг цих вуглеводів у харчовому, фармацевтичному, біотехнологічному виробництві, сільському господарстві тощо.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - розробка нових ферментних кондуктометричних біосенсорів для визначення основних природних сахаридів (сахароза, мальтоза, лактоза та глюкоза) та оптимізація їх робочих характеристик для аналізу реальних зразків.

Виходячи з мети сформульовано такі основні завдання:

1. Розробити біоселективні елементи кондуктометричних ферментних біосенсорів на основі триферментних систем (специфічна до відповідного дисахариду глікозил-гідролаза, мутаротаза, глюкозооксидаза) для визначення мальтози, сахарози та лактози та створити лабораторні прототипи відповідних біосенсорів.

2. Дослідити основні аналітичні характеристики розроблених біосенсорів, а саме - селективність, відтворюваність сигналів, операційну стабільність, стабільність при зберіганні та залежність відгуків датчиків від параметрів робочого середовища.

3. Провести оптимізацію робочих характеристик розроблених кондуктометричних біосенсорів для визначення сахаридів у реальних зразках.

4. Відпрацювати методику аналізу сахаридів за допомогою кондуктометричних ферментних біосенсорів у гомогенаті цукрового буряка, солодких напоях, соках та порівняти результати із даними, отриманими традиційними методами.

1. Матеріали і методи дослідження

В роботі використовували наступні ферменти: глюкозооксидаза (ГОД) з Penicillium vitale (КФ 1.1.3.4) активністю 130 од.акт./мг фірми „Діагностикум” (Львів, Україна); інвертаза (ІНВ) з пекарських дріжджів (КФ 3.2.1.26) активністю 355 од.акт./мг фірми “Fluka” (Швейцарія); мутаротаза (МУТ) із нирки свині (КФ 5.1.3.3) активністю 100 од.акт./мг фірми „Biozyme Laborаtories Ltd” (Англія); в-галактозидаза (в-ГАЛ) з E.coli (КФ 3.2.1.23) активністю 149 од.акт./мг, б-глюкозидаза (б-ГЛК) з Bacillus stearotermophilus (КФ 3.2.1.20) активністю 109 од.акт./мг та б-глюкозидаза (б-ГЛК) з пекарських дріжджів (КФ 3.2.1.20) активністю 5,7 од.акт./мг були фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина). Cироватковий альбумін бика (БСА, фракція V) та 50%-й водний розчин глутарового альдегіду (ГА) були фірми „Sigma-Aldrich Chemie” (Німеччина). Інші використані в роботі реактиви були закордонного та вітчизняного виробництва з кваліфікацією «ос.ч.» та «х.ч.».

У роботі використовували кондуктометричні перетворювачі двох типів. Одні з них виготовлено в Інституті фізики напівпровідників імені В.Є.Лашкарьова (м. Київ, Україна): вони складалися із двох ідентичних пар золотих гребінчастих електродів, нанесених на ситалову підкладинку (рис. 1,а). Інший тип кондуктометричних перетворювачів виготовлено в Інституті хемо- та біосенсорики (Мюнстер, Німеччина): вони складалися з двох ідентичних пар платинових гребінчастих електродів, нанесених на скляну підкладинку.

Для виготовлення біоселективної мембрани готували розчини з вмістом БСА та відповідних ферментів у 20 мМ фосфатному буферному розчині, рН 7,5, з 20% гліцерином (табл. 1). Розчини для приготування референтних мембран готували таким самим чином, але замість ферментів брали тільки БСА, кінцева концентрація якого складала 10-20%. Перед нанесенням приготовлені суміші (для референтних і ферментативних мембран) змішували з 1-2% водним розчином глутарового альдегіду (ГА) у співвідношенні 1:1 та наносили на робочі поверхні гребінчастих електродів.

Таблиця 1. Склад розчинів для приготування біоселективних мембран

Біосенсор/ Ферментна система

Сахароз-ний

Лактозний

Мальтозний

Глюкозний

Глікозил-гідролаза

5% Інвертаза

6% в-Галактозидаза

5% б-Глюкозидаза

-

Мутаротаза

4%

8%

5,5%

-

Глюкозооксидаза

5%

6%

5%

5%

БСА

5%

5%

4%

5%

Вимірювання проводили в калій-фосфатному та універсальному буферних розчинах різної молярності за різних значень рН при кімнатній температурі у відкритій комірці з інтенсивним перемішуванням. Концентрацію субстратів у комірці задавали додаванням до робочого буферного розчину порцій стандартних концентрованих вихідних розчинів субстратів.

Аналізи реальних зразків на вміст сахарози та глюкози проводились в 10 мМ калій-фосфатному буферному розчині, рН 6,0. Сік або гомогенати цукрового буряка, які були надто густі, спочатку центрифугували, а потім фільтрували. Як контрольні методи аналізу використовували високоефективну рідинну хроматографію (ВЕРХ) системи Varian ProStar HPLC з використанням колонки Microsorb MV NH2 (4,6 Ч 250 мм, 5 мм) та рідкої фази ацетонітрил-H2O (80:20) та поляриметричний метод з використанням водного розчину 30% оцтовокислого свинцю (Pb(CH3COO)2·3H2O) та 10% окису свинцю (PbO).

Неспецифічні зміни вихідного сигналу, пов'язані з коливанням рН середовища, температури та напруги у мережі, нівелювалися завдяки використанню в роботі диференційного режиму вимірювань, тобто вимірювалася різниця сигналів з двох пар електродів з ферментною та референтною мембраною, розташованих на одному і тому самому перетворювачі. Дослідження проводилися щонайменше із трьохкратним повторенням. При статистичній обробці результатів вираховували значення середнього арифметичного та його стандартне відхилення, вірогідними вважали дані при р < 0,05.

2. Результати дослідження та їхнє обговорення

Розробка лабораторних прототипів ферментних кондуктометричних біосенсорів для визначення сахаридів та дослідження їхніх аналітичних характеристик. В основі роботи кондуктометричних біосенсорів для визначення сахарози, лактози, мальтози та глюкози лежать ферментативні реакції.

В ході всіх реакцій на останньому етапі утворюється глюконолактон, який спонтанно гідролізується до глюконової кислоти, яка, в свою чергу, дисоціює на залишок кислоти і протон, при цьому змінюється провідність розчину, що реєструється за допомогою кондуктометричного перетворювача.

Лінійні діапазони роботи біосенсорів спостерігалися до 1,0 - 3,0 мМ субстратів в залежності від методу іммобілізації, концентрації ферментів у складі біоселективної мембрани тощо. Мінімальна границя визначення субстратів складала 0,001 мМ і залежала від активності біоселективних мембран та умов вимірювання. Час визначення концентрації сахаридів в розчині складав 1-2 хвилини.

В основі кондуктометричного методу аналізу лежить вимірювання зміни провідності розчину, що аналізується. Ця зміна провідності може залежати як від самої ферментативної реакції, так і від характеристик розчину, в якому ця реакція проходить. Тому, перш за все, було досліджено вплив параметрів робочого розчину (рН, буферна ємність, іонна сила) на величини відгуків кондуктометричних біосенсорів.

Відомо, що у багатьох ферментів внаслідок іммобілізації спостерігається зсув рН-оптимуму. У нашому випадку до складу ферментних мембран лактозного, мальтозного та сахарозного біосенсорів входять три ферменти з різними рН-оптимумами. Тому нашою задачею було знайти оптимальне значення рН робочого буферного розчину для одночасної роботи всіх іммобілізованих ферментів в складі біоселективних мембран кожного з біосенсорів.

Залежності відгуків біосенсорів на 0,5 мМ субстрату від рН мали дзвоноподібну форму з максимумом при рН 6,5 для лактозного біосенсора та рН 6,0 для мальтозного, глюкозного та сахарозного біосенсорів (рис. 4). Таким чином, рН 6,0 можна вважати оптимальним для подальшої роботи розроблених біосенсорів в мультирежимі.

Наступним етапом нашої роботи було дослідження впливу буферної ємності та іонної сили робочого буферного розчину на відгуки біосенсорів. Для цього було проведено вимірювання величин сигналів біосенсорів у фосфатних буферних розчинах різної концентрації та у 10 мМ фосфатному буферному розчині (рН 6,0) із додаванням до нього різних концентрацій KCl.

Однією з важливих характеристик біосенсорів є операційна стабільність та відтворюваність сигналу. Протягом декількох годин з інтервалом 10 хвилин отримували відгуки біосенсорів на певні концентрації відповідних субстратів, при цьому сенсор весь час між вимірюваннями залишався у буферному розчині з постійним перемішуванням. Вибрані для досліджень концентрації субстратів знаходилися на лінійному відрізку калібрувальних кривих для всіх біосенсорів.

Також було проведено серію дослідів з вивчення стабільності розроблених біосенсорів при зберіганні. Перш за все було проведено дослідження впливу різних умов зберігання на роботу сахарозного біосенсора. Сахарозні біосенсори зберігались в 5 мМ фосфатному буферному розчині, рН 6,0 за температури +20°С та +4°С, а також в сухому стані за температури +20°С, +4°С та -5°С. Виявилося, що сахарозний біосенсор за низьких температур та в сухому стані зберігання залишався стабільним довше, ніж при більш високих температурах та при зберіганні в буферному розчині. У подальшому всі біосенсори зберігали за температури +4°С у сухому стані.

Далі було проведено дослідження стабільності всіх розроблених біосенсорів при зберіганні їх за температури +4°С у сухому стані. Згідно отриманих результатів відгуки лактозного, глюкозного та сахарозного біосенсорів знизилися не більше, ніж на 10% протягом першого місяця зберігання, що є дуже високим показником стабільності. При довшому зберіганні активність цих сенсорів залишалась на досить високому рівні: наприклад, протягом трьох місяців активність лактозного біосенсора впала тільки на 20%. Мальтозний біосенсор виявився найменш стабільним. Вже на четвертий день зберігання відгуки мальтозних біосенсорів складали лише 38%, а через місяць - 1 % від початкового.

Для перевірки селективності розроблених біосенсорів у робочу комірку вносили різні речовини до кінцевої концентрації 0,5 мМ та досліджували їхній вплив на відгуки біосенсорів. Відгуки розраховували у відсотках, причому за 100% обрано відгуки мальтозного, сахарозного, лактозного та глюкозного біосенсорів на 0,5 мМ мальтози, сахарози, лактози та глюкози відповідно.

Слід відзначити, що біосенсори для визначення мальтози, лактози та сахарози характеризуються високою чутливістю не тільки до відповідного дисахариду, але й до глюкози, тому що до складу ферментних мембран всіх цих біосенсорів входить глюкозооксидаза. Тому для роботи з реальними зразками, в яких може бути присутня глюкоза, в подальшому необхідно буде використовувати паралельно другий сенсор, чутливий тільки до глюкози. За винятком цієї обставини, всі біосенсори виявилися досить селективними до відповідних сахаридів відносно інших речовин.

Оптимізація ферментних кондуктометричних біосенсорів для аналізу реальних зразків. Основна задача, яка стоїть перед дослідником після створення лабораторного прототипу біосенсора, - забезпечення функціонування такого біосенсора в реальних умовах із реальними зразками. Тому наступним завданням роботи була оптимізація біосенсорів для аналізу сахаридів у реальних зразках.

Для роботи з реальними зразками бажано, щоб відгуки на глюкозу та відповідний дисахарид еквімолярної концентрації у одного і того ж самого біосенсора збігалися. Досягти такого результату можна за рахунок підбору активностей ферментів та оптимального їхнього співвідношення у складі біоселективної мембрани біосенсора.

На першому етапі роботи досліджували мальтозні біосенсори, до складу яких входила б-глюкозидаза (б-ГЛК) з різною вихідною активністю (5,7 од.акт./мг та 109 од.акт./мг) (рис. 10). Співвідношення трьох ферментів у складі біоселективних мембран мальтозних біосенсорів підбирали таким чином, щоб зрівняти кінцеві активності всіх трьох ферментів між собою. Для виготовлення біоселективної мембрани першої групи мальтозних біосенсорів готували розчин із вмістом 25% б-ГЛК активністю 5,7 од.акт./мг, 2% мутаротази (МУТ) активністю 100 од.акт./мг та 1% глюкозооксидази (ГОД) активністю 130 од.акт./мг, тобто співвідношення активностей цих ферментів у приготовленому розчині було 1:1,5:1 відповідно. Для виготовлення біоселективної мембрани другої групи мальтозних біосенсорів готували розчин із вмістом 5% б-ГЛК активністю 109 од.акт./мг, 5,5% МУТ та 5% ГОД. Співвідношення активностей ферментів в цьому разі було 1:1:1,2 відповідно. В обох випадках використовували однакові препарати ферментів МУТ та ГОД.

В цілому, лінійний діапазон визначення мальтози у біосенсорів з вихідною активністю б-ГЛК 109 од.акт./мг вужчий, ніж лінійний діапазон мальтозних біосенсорів з вихідною активністю б-ГЛК 5,7 од.акт./мг, але в той же час чутливість біосенсорів з більш активною б-глюкозидазою значно вища та співвідношення відгуків на мальтозу та глюкозу майже дорівнювали 1. В деяких випадках відгуки на мальтозу перевищували відгуки на глюкозу: це можна пояснити тим, що при розщепленні однієї молекули мальтози утворюється 2 молекули глюкози. Таким чином, використання б-глюкозидази меншої вихідної активності (5,7 од.акт./мг) у складі біоселективної мембрани мальтозних біосенсорів може призвести до розширення динамічного та лінійного діапазону визначення мальтози. У нашому випадку, б-глюкозидаза з активністю 109 од.акт./мг виявилася більш придатною для роботи в складі біоселективної мембрани мальтозних біосенсорів, оскільки вона дозволяє отримати мальтозні біосенсори з однаковою чутливістю до еквімолярної концентрації мальтози та глюкози.

Крім того, було проведено оптимізацію ферментного складу сахарозного біосенсора. Підбиралося таке співвідношення ферментів, при якому величини відгуків на глюкозу та сахарозу еквімолярної концентрації набували однакового значення, а чутливість біосенсора залишалася високою. Щоб досягти такого результату було апробовано різні варіанти співвідношень інвертази, мутаротази та глюкозооксидази у складі біоселективної матриці біосенсора. Спочатку підбирали оптимальний процентний вміст мутаротази в складі ферментної мембрани. Для цього готували розчини для ферментної мембрани із різною концентрацією мутаротази, концентрація глюкозооксидази при цьому була сталою і складала 5%.

Перед проведенням вимірів у робочу комірку вносили у надлишку препарат розчиненої інвертази. Потім отримували ряд відгуків сахарозного сенсора на 1 мМ глюкози та 1 мМ сахарози. З рис. 11,а видно, що при використанні для приготування ферментної мембрани розчину з вмістом 4-5% мутаротази відгуки сахарозного біосенсора на глюкозу та сахарозу набувають однакового значення. Тому в подальших дослідженнях використовували саме 4%-ий вміст мутаротази в складі ферментного розчину для приготування біоселективних мембран.

Наступним етапом роботи був підбір оптимальної концентрації інвертази в складі ферментної мембрани сахарозного біосенсора. Для цього готували вихідні розчини з різними концентраціями інвертази, до складу яких входила мутаротаза та глюкозооксидаза у постійній концентрації 4 та 5 % відповідно. З рис. 11,б видно, що при використанні ферментного розчину для приготування мембрани з 5%-им вмістом інвертази співвідношення відгуків сенсора на глюкозу та сахарозу є близькими до одиниці. Отже, оптимальне співвідношення ферментів у складі ферментного розчину для приготування біоселективної мембрани сахарозного біосенсора було наступним: 5% глюкозооксидази, 4% мутаротази та 5% інвертази.

Подібні дослідження було проведено і для інших ферментних систем, для яких також було підібрано оптимальне співвідношення ферментів у складі ферментного розчину для приготування біоселективних мембран

Аналіз концентрації сахарози та глюкози у реальних зразках. Існує декілька можливих варіантів визначення вуглеводів у реальних зразках. Для випадків, коли відгуки триферментних біосенсорів (сахарозного, мальтозного чи лактозного) на глюкозу не збігаються з відгуками глюкозного сенсора на ту ж саму концентрацію глюкози було запропоновано математичну формулу перерахунку для визначення сахаридів. Ця формула дозволяє в подальшому автоматизувати виміри для проведення експериментів у режимі реального часу. Після внесення аліквоти зразку у робочу комірку глюкозний сенсор дає відгук лише на глюкозу (Gg), а сахарозний сенсор - на глюкозу та сахарозу, присутню у зразку (Ss+g). Відгук Ss+g можна представити як суму двох відгуків - на сахарозу (Ss) та на глюкозу (Sg), що присутня у зразку:

Ss+g = Ss + Sg. (1)

Ss = kss•[s], Sg = ksg•[g], Gg = kgg•[g]. (2)

Концентрацію сахарози в зразку можна розрахувати за наступною формулою:

[s] = Ss / kss = (Ss+g - Sg) / kss = (Ss+g - ksg•[g]) / kss = (Ss+g - Gg · ksg / kgg) / kss. (3)

Якщо ж відгуки сахарозного та глюкозного біосенсорів на одну і ту ж концентрацію глюкози збігаються (Sg = Gg => ksg = kgg), то рівняння (3) спрощується і набуває вигляду:

[s] = Ss / kss = (Ss+g - Gg ) / kss, (4)

При використанні лише глюкозного біосенсора та внесенні у зразок інвертази у надлишку концентрація сахарози у зразку розраховується за формулою:

[s] = (Gsi+g - Gg) / kgg. (контрольні виміри), (5)

де Gsi+g - відгук глюкозного сенсора на глюкозу та інвертовану сахарозу після внесення аліквоти зразку з інвертазою у робочу комірку.

Ці формули буде використано у подальшому при написанні програми розрахунків концентрацій сахаридів для вимірювань за допомогою автоматизованого аналізатора сахаридів.

У більшості випадків для аналізу реальних зразків застосовували метод стандартних додавань. За допомогою цього методу проведено аналіз сахарози та глюкози в соках та солодких напоях. Перевірку отриманих даних проводили за допомогою глюкозного сенсора. Для цього спочатку в зразок, що досліджувався, вносили інвертазу у надлишку і після 1-2 годин інкубації вимірювали вміст глюкози у ньому глюкозним сенсором (контрольні виміри). За різницею відгуків глюкозних сенсорів до і після внесення інвертази у зразок розраховували концентрацію сахарози.

Також за допомогою сахарозного та глюкозного біосенсорів проведено виміри сахаристості в різних частинах коренеплоду цукрового буряка та в інших зразках гомогенату цукрового буряка (табл. 2). У даному випадку як контрольний метод застосовували поляриметрію з використанням оцтовокислого свинцю. Як видно з табл. 2, дані, отримані біосенсорним методом, підтверджуються контрольним методом (R=0,914).

Таблиця 2. Аналіз сахаристості цукрового буряка

Частина коренеплоду цукрового буряка та інші зразки

Сахаристість, %

Біосенсорний метод

Контрольний метод

Верхня частина

9,5±0,5

10,9±0,1

Середня частина

14,7±0,6

14,2±0,1

Нижня частина

12,9±0,4

13,0±0,1

Зразок №1

10,1±0,6

12,4±0,1

Зразок №2

18,3±0,7

17,2±0,2

Зразок №3

13,3±0,8

15,2±0,2

Зразок №4

16,6±0,6

18,8±0,2

Зразок №5

18,67±0,5

17,7±0,2

Зразок №6

17,63±0,7

16,6±0,2

Також було визначено концентрацію сахарози та глюкози біосенсорами в різних напоях (яблучному, ананасовому та виноградному соках фірми “Dimes” (Туреччина), отриманих із концентратів без додавання цукру та в абрикосово-виноградному нектарі “Dimes”, який виготовлений із додаванням цукру та фруктового сиропу). Як контрольний метод використовували метод високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Результати вимірювань приведено в табл. 3.

Таблиця 3. Аналіз вмісту глюкози та сахарози в соках

Зразки напоїв

Глюкоза, мМ

Сахароза, мМ

ВЕРХ (контроль)

Біосенсори

ВЕРХ (контроль)

Біосенсори

Ананасовий сік

209,4±0,4

192,0±15,2

144,7±1,4

126,9±5,2

Виноградний сік

441,3±4,0

437,5±17,9

0,126±0,0003

0

Яблучний сік

170,2±0,6

166,0±10,3

29,07±0,1

32,5±0,9

Абрикосово-виноградний нектар

309,6±6,4

334,0±22,0

19,66±0,2

21,7±0,7

Із таблиці видно, що результати аналізу сахаридів в соках, отримані за допомогою кондуктометричного біосенсора, добре корелюють із даними, отриманими за допомогою високоефективної рідинної хроматографії (R=0,996).

В ході виконання роботи також створено та успішно апробовано перший лабораторний прототип портативного кондуктометричного мультисенсорного приладу для одночасного визначення сахарози, мальтози, лактози та глюкози у режимі реального часу.

На основі проведених досліджень та отриманих результатів запропоновано загальну універсальну схему розробки кондуктометричних ферментних біосенсорів для аналізу різноманітних сахаридів у реальних зразках.

Розроблені біосенсори можуть бути основою для створення спеціалізованих приладів з перспективою використання у харчовій промисловості (цукрове та молочне виробництво, пивоваріння, виноробство), сільському господарстві, фармацевтичному виробництві, ензимології, мікробіології та медицині.

Висновки

біоселективний кондуктометричний ферментний мальтоза

Вперше розроблено ферментні кондуктометричні біосенсори для визначення основних природних сахаридів - сахарози, мальтози, лактози та глюкози, створено відповідні лабораторні прототипи та проведено їхню оптимізацію для аналізу реальних зразків.

1. Оптимізовано склад біоселективних мембран кондуктометричних біосенсорів для визначення сахаридів та умови іммобілізації ферментів на поверхні перетворювачів.

2. Всебічно досліджено аналітичні характеристики розроблених біосенсорів. Час визначення концентрації сахаридів в розчині складав 1-2 хвилини, лінійний діапазон визначення спостерігався в межах від 0,001 мМ до 1,0-3,0 мМ. Розроблені біосенсори характеризувалися високою селективністю, операційною стабільністю та відтворюваністю сигналів.

3. Досліджено та проаналізовано вплив параметрів робочого розчину (рН, іонна сила, буферна ємність) на роботу кондуктометричних біосенсорів. 10 мМ фосфатний буферний розчин, рН 6,0 виявився оптимальним для роботи всіх біосенсорів.

4. Вивчено вплив різних умов зберігання на функціонування розроблених біосенсорів. Стабільність біосенсорів під час зберігання їх за температури +4°С або -5°С в сухому стані виявилась найкращою. Протягом місяця зберігання за температури +4°С в сухому стані величина відгуків всіх біосенсорів, окрім мальтозного, впала не більше ніж на 10% порівняно із початковим значенням.

5. За допомогою розроблених біосенсорів відпрацьовано методики аналізу сахаридів у реальних зразках та проведено аналіз вмісту сахарози та глюкози у зразках солодких напоїв, соків та гомогенаті цукрового буряка. Результати аналізу задовільно корелюють із даними, отриманими традиційними методами.

Література

1. Оптимізація методики визначення сахарози в реальних зразках за допомогою кондуктометричного ферментного біосенсора / В.М. Пєшкова, О.О. Солдаткін, С.В. Дзядевич // Біополімери і клітина. - 2007. - Т.23, №6. - C. 501-510.

2. Novel sucrose three-enzyme conductometric biosensor / O.O. Soldatkin, V.M. Peshkova, S.V. Dzyadevych, A.P. Soldatkin, N. Jaffrezic-Renault, A V. El'skaya // Materials Science and Engineering C - 2008. - V.28, №5-6. - Р. 959-964.

3. Ферментний кондуктометричний біосенсор для визначення лактози / В.М. Пєшкова, О.Я. Саяпіна, О.О. Солдаткін, О.Л. Кукла, С.В. Дзядевич // Біотехнологія. - 2008. - Т.1, №4. - C. 76-84.

4. Ферментний кондуктометричний біосенсор для визначення мальтози / В.М. Пєшкова, О.Я. Саяпіна, О.О. Солдаткін, С.В. Дзядевич // Біополімери і клітина. - 2009. - Т.25, №4. - C. 272-278.

5. Four-channel biosensor analyzer of saccharides / S.V. Dzyadevych, A.P. Soldatkin, A.A. Soldatkin, V.N. Peshkova, A.D. Vasilenko, V.G. Melnik, A.A. Mikhal, L.N. Semenycheva, M.P. Rubanchuk // Sensor Electronics and Microsystem Technologies. - 2009. - №3. - C. 47-53.

6. Патент України №36831, Кондуктометрична біосенсорна система для визначення концентрації лактози у розчині / В.М. Пєшкова, О.О. Солдаткін, С.В. Дзядевич // Заявл. 15.05.2008; Опубл. 10.11.2008, Бюл. №21. - 10с.

7. Патент України № 43335, Кондуктометрична біосенсорна система для визначення концентрації мальтози в розчині / В.М. Пєшкова, О.Я. Саяпіна, О.О. Солдаткін, С.В. Дзядевич // Заявл. 27.03.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл. №15. - 8с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Особливості та основні способи іммобілізації. Характеристика носіїв іммобілізованих ферментів та клітин мікроорганізмів, сфери їх застосування. Принципи роботи ферментних і клітинних біосенсорів, їх використання для визначення концентрації різних сполук.

    реферат [398,4 K], добавлен 02.10.2013

  • Історія дослідження і вивчення ферментів. Структура і механізм дії ферментів. Крива насичення хімічної реакції (рівняння Міхаеліса-Ментен). Функції, класифікація та локалізація ферментів у клітині. Створення нових ферментів, що прискорюють реакції.

    реферат [344,3 K], добавлен 17.11.2010

  • Аналіз видового складу фітопланктону. Характеристика каскаду Горіхувастих ставків. Визначення обсягу ставка. Особливості складу фітопланктону каскадів Горіхувастих ставків. Визначення первинної продукції фітопланктону і деструкції органічних речовин.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 24.01.2013

  • Дослідження екологічних умов обстежуваної водойми, вмісту біогенних елементів в донних відкладах. Оцінка видового складу риб обстежуваного ставка та можливої конкуренції між видами. Результати біометричних та анатомічних спостережень білого амура.

    курсовая работа [4,4 M], добавлен 12.02.2016

  • Характеристика біотехнології отримання ембріонів in vitro, напрямки та перспективи її вдосконалення. Умови середовища культивування ооцит-кумулюсних комплексів. Впровадження біоритмічно осцилюючих параметрів культивування біологічних мікрооб’єктів.

    статья [150,5 K], добавлен 21.09.2017

  • Назначение и характеристика функции мембран как невидимых пленок, окружающих клетки живых организмов. Изучение строения и анализ химического состава биологических мембран. Описание систем трансмембранного переноса веществ и мембранной передачи сигналов.

    реферат [110,5 K], добавлен 10.12.2015

  • Структура биологических мембран и строение их основы - билипидного слоя. Молекулярная масса мембранных белков, их различие по прочности связывания с мембраной. Динамические свойства биологических мембран и значение организации для биологических систем.

    реферат [19,1 K], добавлен 20.12.2009

  • На основі вивчених еколого-біологічних властивостей рослин водних та прибережно-водних біоценозів проведення визначення стану їхніх ценозів русла річки Сіверський Донець. Визначення видів біоіндикаторів водного середовища, екологічні особливості видів.

    курсовая работа [63,9 K], добавлен 07.05.2009

  • Разнообразие и роль мембран в функционировании прокариотических и эукариотических клеток. Морфология мембран, их выделение. Дифракция рентгеновских лучей, электронная микроскопия. Разрушение клеток, разделение мембран. Критерии чистоты мембранных фракций.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.07.2009

  • Характеристика ґрунту як середовища проживання мікроорганізмів. Дослідження методів визначення складу мікроорганізмів. Аналіз їх ролі у формуванні ґрунтів та їх родючості. Біологічний кругообіг в ґрунті. Механізм дії мінеральних добрив на мікрофлору.

    реферат [96,7 K], добавлен 18.12.2014

  • Изобилие и сложность строения внутренних мембран как одна из основных особенностей всех эукариотических клеток. Понятие, свойства и функции мембран: барьерная, транспортная. Сущность и назначение ионных и кальциевых каналов, способы из исследования.

    реферат [207,1 K], добавлен 19.10.2014

  • Закономірності поширення та формування лісових масивів Пістинського лісництва. Визначення видового складу сировинних рослин у межах держлісгоспу. Виявлення основних місць зростання окремих видів корисних рослин шляхом обстеження лісових масивів.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 28.10.2022

  • Аналіз природних умов Чернігівщини. Видовий склад ссавців в Чернігівській області. Відомості про чисельність і біологію основних видів ссавців. Звірі лісових масивів і зелених насаджень, відкритих просторів, водойм. Дикі звірі, акліматизовані в Україні.

    курсовая работа [65,0 K], добавлен 21.09.2010

  • Белки и липиды как основные компоненты мембран. Фосфолипидный состав субклеточных мембран печени крысы. Длинные углеводородные цепи. Мембраны грамположительных бактерий. Пути биосинтеза мембранных липидов и механизмы их доставки к местам назначения.

    реферат [1,3 M], добавлен 30.07.2009

  • Сутність статевих хромосом. Типи визначення гомо- та гетерогаметної статі в генетиці. Успадкування ознак, зчеплених зі цими ознаками та якостями. Значення реципрокних схрещувань для їх визначення. Наслідування при нерозходженні статевих хромосом.

    презентация [2,8 M], добавлен 04.10.2013

  • Процесс образования мембран. Особенности экзоцитозного пути. Характерные особенности биосинтеза мембранных белков. Сигналы для сортировки белков в эукариотических клетках. Изменения липидного состава мембран в ответ на изменения условий окружающей среды.

    реферат [3,6 M], добавлен 03.08.2009

  • Значення риб у водних біоценозах. Аналіз основного видового складу риб р. Случ. Характеристика природно-кліматичних умов району дослідження. Характеристика риб рядів окунеподібні, коропоподібні, щукоподібні. Особливості біології риб та їх поширення.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 08.02.2015

  • Географічно-кліматичні особливості селища Козелець. Характеристика та застосування видового складу придорожньої рослинності околиць регіону - деревовидної та трав'яної флори. Розгляд структури фітоценозу, його основних ознак та флористичного складу.

    курсовая работа [8,2 M], добавлен 21.09.2010

  • Виды биологических мембран и их функции. Мембранные белки. Виды и функции мембранных белков. Структура биологических мембран. Искусственные мембраны. Липосомы. Методы исследования структуры мембран. Физическое состояние и фазовые переходы в мембранах.

    презентация [9,0 M], добавлен 21.05.2012

  • Изучение изолированного и сочетанного действия 1,1-диметилгидразина и ионов свинца и ртути на состояние мембран эритроцитов. Возможности повышения резистентности мембран с помощью биологически активных веществ (витаминов С, Е и препарата "Селевит").

    диссертация [2,8 M], добавлен 25.10.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.