DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2018.2.136887

МАСИВ ФЕРМЕНТНИХ БІОСЕНСОРІВ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЙ НЕЙРОТРАНСМІТЕРІВ ТА МЕТАБОЛІТІВ

Д. Ю. Кучеренко, І. С. Кучеренко, О. О. Солдаткін, Я. В. Топольнікова, Д. В. Книжникова, С. В. Дзядевич, О. П. Солдаткін

Анотація


Метою даної роботи була перевірка можливості створення масиву ферментних біосенсорів для одночасного визначення шістьох речовин у водних розчинах. Ферменти, се­лективні до глутамату, глюкози, холіну, ацетилхоліну, лактату та пірувату, були іммобілізовані на поверхнях амперометричних перетворювачів. Досліджено вплив рН, іонної сили та буфер­ної ємності розчину на відгуки біосенсорів; оптимізовано умови одночасної роботи всіх біо­селективних елементів. Отримано дані про відсутність перехресного впливу субстратів всіх використаних ферментативних систем; показана висока селективність біосенсорів і відсутність впливу інтерферуючих речовин на їх роботу. Створений масив біосенсорів мав хорошу відтво­рюваність відгуків та стабільність при зберіганні. Використання однакових перетворювачів і схожих умов іммобілізації ферментів роблять біосенсорний масив перспективним для масово­го виготовлення. Біосенсорний масив придатний для одночасного, швидкого та простого визна­чення речовин у водних зразках.


Ключові слова


амперометричний перетворювач; масив біосенсорів; глюкоза; глутамат; хо¬лін; ацетилхолін; лактат; піруват

Повний текст:

PDF

Посилання


O. N. Schuvailo et al., “Carbon fibre-based microbiosensors for in vivo measurements of acetylcholine and choline,” Biosens. Bioelec-tron., vol. 21, no. 1, pp. 87–94, Jul. 2005.

T. Yao and G. Okano, “Simultaneous de¬termination of L-glutamate, acetylcholine and do¬pamine in rat brain by a flow-injection biosensor system with microdialysis sampling.,” Anal. Sci., vol. 24, no. 11, pp. 1469–73, 2008.

T. Borisova et al., “An amperometric glu¬tamate biosensor for monitoring glutamate release from brain nerve terminals and in blood plasma,” Anal. Chim. Acta, Mar. 2018.

J. A. Dani, D. Ji, and F.-M. Zhou, “Syn¬aptic Plasticity and Nicotine Addiction,” Neuron, vol. 31, no. 3, pp. 349–352, Aug. 2001.

R. J. Wurtman, M. Cansev, and I. H. Ulus, “Choline and Its Products Acetylcholine and Phosphatidylcholine,” in Handbook of Neuro-chemistry and Molecular Neurobiology, Boston, MA: Springer US, 2009, pp. 443–501.

D. Wise, T. Barkhimer, P. Brault, J. Kirch¬hoff, W. Messer, and R. Hudson, “Internal stan¬dard method for the measurement of choline and acetylcholine by capillary electrophoresis with electrochemical detection,” J. Chromatogr. B, vol. 775, no. 1, pp. 49–56, Jul. 2002.

S. Upadhyay, G. R. Rao, M. K. Sharma, B. K. Bhattacharya, V. K. Rao, and R. Vijayaragha¬van, “Immobilization of acetylcholineesterase–choline oxidase on a gold–platinum bimetallic nanoparticles modified glassy carbon electrode for the sensitive detection of organophosphate pesticides, carbamates and nerve agents,” Bio¬sens. Bioelectron., vol. 25, no. 4, pp. 832–838, Dec. 2009.

P. Mergenthaler, U. Lindauer, G. A. Di¬enel, and A. Meisel, “Sugar for the brain: the role of glucose in physiological and pathological brain function,” Trends Neurosci., vol. 36, no. 10, pp. 587–597, Oct. 2013.

M. Fisher, “Lehninger Principles of Bio¬chemistry, 3rd edition; By David L. Nelson and Michael M. Cox,” Chem. Educ., vol. 6, no. 1, pp. 69–70, Feb. 2001.

L. B. Gladden, “Lactate metabolism: a new paradigm for the third millennium,” J. Physi¬ol., vol. 558, no. 1, pp. 5–30, Jul. 2004.

L. Riske, R. K. Thomas, G. B. Baker, and S. M. Dursun, “Lactate in the brain: an update on its relevance to brain energy, neurons, glia and panic disorder,” Ther. Adv. Psychopharmacol., vol. 7, no. 2, pp. 85–89, Feb. 2017.

M. G. Boutelle, L. K. Fellows, and C. Cook, “Enzyme packed bed system for the on-line measurement of glucose, glutamate, and lac¬tate in brain microdialyzate,” Anal. Chem., vol. 64, no. 17, pp. 1790–1794, Sep. 1992.

N. F. Shram, L. I. Netchiporouk, C. Mar¬telet, N. Jaffrezic-Renault, C. Bonnet, and R. Cespuglio, “In Vivo Voltammetric Detection of Rat Brain Lactate with Carbon Fiber Micro¬electrodes Coated with Lactate Oxidase,” Anal. Chem., vol. 70, no. 13, pp. 2618–2622, Jul. 1998.

F.-F. Zhang et al., “Simultaneous assay of glucose, lactate, L-glutamate and hypoxanthine levels in a rat striatum using enzyme electrodes based on neutral red-doped silica nanoparticles,” Anal. Bioanal. Chem., vol. 380, no. 4, pp. 637–642, Oct. 2004.

J. Woitzik, N. Abromeit, and F. Schae¬fer, “Measurement of Nitric Oxide Metabolites in Brain Microdialysates by a Sensitive Fluoro-metric High-Performance Liquid Chromatogra¬phy Assay,” Anal. Biochem., vol. 289, no. 1, pp. 10–17, Feb. 2001.

J. Zhou, D. M. Heckert, H. Zuo, C. E. Lunte, and S. M. Lunte, “On-line coupling of in vivo microdialysis with capillary electrophoresis/electrochemistry,” Anal. Chim. Acta, vol. 379, no. 3, pp. 307–317, Jan. 1999.

M. A. Malone, H. Zuo, S. M. Lunte, and M. R. Smyth, “Determination of tryptophan and kynurenine in brain microdialysis samples by capillary electrophoresis with electrochemical detection,” J. Chromatogr. A, vol. 700, no. 1–2, pp. 73–80, May 1995.

C. A. Marquette, A. Degiuli, and L. J. Blum, “Electrochemiluminescent biosensors ar¬ray for the concomitant detection of choline, glu-cose, glutamate, lactate, lysine and urate.,” Bio¬sens. Bioelectron., vol. 19, no. 5, pp. 433–9, Dec. 2003.

I. S. Kucherenko, D. Y. Didukh, O. O. Soldatkin, and A. P. Soldatkin, “Amperometric biosensor system for simultaneous determination of adenosine-5’-triphosphate and glucose,” Anal. Chem., vol. 86, no. 11, 2014.

O. Soldatkin et al., “Monitoring of the ve¬locity of high-affinity glutamate uptake by isolat¬ed brain nerve terminals using amperometric glu¬tamate biosensor,” Talanta, vol. 135, pp. 67–74, Apr. 2015.

S. C. Kelly, P. J. O’Connell, C. K. O’Sullivan, and G. G. Guilbault, “Development of an interferent free amperometric biosensor for determination of l-lysine in food,” Anal. Chim. Acta, vol. 412, no. 1–2, pp. 111–119, May 2000.

S. J. Killoran and R. D. O’Neill, “Char¬acterization of permselective coatings electrosyn¬thesized on Pt–Ir from the three phenylenediamine isomers for biosensor applications,” Electrochim. Acta, vol. 53, no. 24, pp. 7303–7312, Oct. 2008.

N. Dizge, O. Gunaydin, F. Yilmaz, and A. Tanriseven, “Immobilization of invertase onto poly(3-methylthienyl methacrylate)/poly(3-thio¬pheneacetic acid) matrix,” Biochem. Eng. J., vol. 40, no. 1, pp. 64–71, May 2008.

M. Situmorang, J. J. Gooding, D. B. Hib¬bert, and D. Barnett, “The Development of a Py¬ruvate Biosensor Using Electrodeposited Poly-tyramine,” Electroanalysis, vol. 14, no. 1, pp. 17–21, Jan. 2002.




Copyright (c) 2018 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)