DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2020.2.205823

РОЗРОБКА ТА ОПТИМІЗАЦІЯ КОНСТРУКЦІЇ АМПЕРОМЕТРИЧНОГО БІОСЕНСОРА НА ОСНОВІ ГЛУТАМАТОКСИДАЗИ ДЛЯ АНАЛІЗУ ГЛУТАМАТУ В СИРОВАТЦІ КРОВІ

Д. О. Мруга, Д. Ю. Кучеренко, Т. О. Борисова, С. В. Дзядевич, О. О. Солдаткін

Анотація


В даній роботі оптимізовано амперометричний глутамат-чутливий біосенсор. Як перетворювач було використано платиновий дисковий електрод. Біоселективний елемент біосенсора створений на основі ферменту глутаматоксидази, ковалентно зв’язаної з бичачим сироватковим альбуміном за допомогою глутарового альдегіду. Було оптимізовано умови іммобілізації ферменту на поверхні перетворювача (концентрації ферменту і глутарового альдегіду та час іммобілізації). Для перевірки можливості функціонування даного біосенсора в складних біологічних речовинах було досліджено вплив температури та наявності білку в зразку, що аналізується, на роботу біосенсора. Також в роботі було перевірено селективність розробленого біосенсора відносно можливих інтерферуючих речовин. Лінійний діапазон біосенсора лежав в межах від 5 до 600 мкМ глутамату, а чутливість становила 150-200 нА/мМ. Мінімальна границя визначення складала 2 мкМ глутамату. Отримані дані свідчать про можливість та перспективність застосування розробленого біосенсора для визначення вмісту глутамату в зразках сироватки крові.


Ключові слова


амперометричний метод, біосенсор, іммобілізований фермент, глутама- токсидаза, концентрація глутамату

Повний текст:

PDF

Посилання


. Han M, Kopec W, Solov’yov Ia et al. Glutamate Water Gates in the Ion Binding Pocket of Na+ Bound Na+, K+-ATPase // J. Sci. Rep, 7 (2017).

. Mark P Mattson. Glutamate and Neurotrophic Factors in Neuronal Plasticity and Disease // Ann New York Acad Sci, 1144(1), pp 97-112 (2009).

. Lasse K Bak, Arne Shousboe, Helle S Waagepetersen. The glutamate/GABA- glutamine cycle: aspects of transport, neurotransmitter homeostasis and ammonia transfer // J. Neurochem, 98(3), pp 641-653 (2016).

. Meldrum BS. Glutamate as a neurotransmitter in the brain: review of physiology and pathology // J. Nutr, 130, pp 1007-1015 (2000).

. Batra B, Pundir C S. An amperometric glutamate biosensor based on immobilization of glutamate oxidase onto carboxylated multiwalled carbon nanotubes/gold nanoparticles/chitosan composite film modified Au electrode // Biosens Bioelectron, 47, pp 496-501 (2013).

. A Aliprandi, M Longoni, L Stanzani et al. Increased plasma glutamate in stroke patients might be linked to altered platelet release and uptake // J. Cerebr. Blood Flow Metabol, 25, pp 513-519 (2005).

. P R Beljaars, R. van Dijk, E. Bisschop, M. Spiegelenberg. Liquid chromatographic determination of free glutamic acid in soup, meat product, and Chinese food:interlaboratory study // J. Assoc. Offic. Anal. Chem. Int, 79, pp 697-702 (1996).

. Christine A Farthing, Don E Farthing, Ronald E Gress et al. Determination of L-Glutamic Acid and γ-Aminobutyric Acid in Mouse Brain Tissue Utilizing GC-MS/MS // J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci, 1068-1069, pp 64-70 (2017).

. R W Kondrat, K Kanamori, B D Ross, In vivo microdialysis and gaschromatography/massspectrometry for 13C-enrichment measurement of extracellular glutamate in rat brain // J. Neurosci. Methods, 120, pp 179-192 (2002).

. Richard W Kondrat, Keiko Kanamori, Brian D Ross In vivo microdialysis and gas-chromatography/ mass-spectrometry for 13C-enrichment measurement of extracellular glutamate in rat brain // J Neurosci Methods, 120 (2), pp179-92 (2002).

. Shin HJ, Park NH, Lee W et al. Metabolic profiling of tyrosine, tryptophan, and glutamate in human urine using gas chromatography-tandem mass spectrometry combined with single SPE cleanup // J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci, 1051, pp 97-107 (2017).

. W H Church, CS Lee, K M Dranchak, Capillary electrophoresis of glutamate and aspartate in rat brain dialysate. Improvements in detection and analysis time using cyclodextrins // J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl., 700, pp 67-75 (1997).

. Gündüz T, Gündüz N, Kiliç E et al.Titrations in non-aqueous media. Part X. Potentiometric and conductimetric titrations of amino acids with tetrabutylammonium hydroxide in pyridine and acetonitrile solvents // Analyst, 113, pp 715–719 (1988).

. Innocenti B, Parpura V, Haydon P G. Imaging Extracellular Waves of Glutamate during Calcium Signaling in Cultured Astrocytes // J. Neurosci, 20(5), pp 1800–1808 (200).

. Carolina C Acebal, Adriana G Lista, Beatriz Fernandez-Band. Simultaneous determination of flavor enhancers in stock cube samples by using spectrophotometric data and multivariate calibration // J Food Chem, 106(2) pp 811-815 (2008).

. Murachi T, Tabata M Use of a bioreactor consisting of sequentially aligned L-glutamate dehydrogenase and L-glutamate oxidase for the determination of ammonia by chemiluminescence // Biotechnol Appl Biochem, 9 (4), pp 303-309 (1987).

. An L, Li S, Murdoch JB, Araneta MF et al. Detection of glutamate, glutamine, and glutathione by radiofrequency suppression and echo time optimization at 7 tesla // Magn Reson Med, 73 (2), pp 451-458 (2015).

. Defaix C, Solgadi, A, Pham, T H et al. Rapid Analysis of Glutamate, Glutamine and GABA in Mice Frontal Cortex Microdialysis Samples Using HPLC Coupled to Electrospray Tandem Mass Spectrometry // J. Pharm. Biomed. Anal, 152, pp 31–38 (2018).

. Fontana A C K. Protocols for Measuring Glutamate Uptake: Dose-Response and Kinetic Assays in In Vitro and Ex Vivo Systems // Curr. Protoc. Pharmacol, 82 (1), p 45 (2018).

. Campos C D M, deCampos Braga P A, Reyes F G Ret al. F. Elimination of the Artefact Peaks in Capillary Electrophoresis Determination of Glutamate by Using Organic Solvents in Sample Preparation // J. Sep. Sci, 38(21), pp 3781– 3787 (2015).

. Hitoshi Kusakabe, Yuichiro Midorikawa et al. Methods for Determining L-Glutamate in Soy Sauce with L-Glutamate Oxidase. (1984).

. Villarta RL, Cunningham DD, Guilbault GG Amperometric enzyme electrodes for the determination of l-glutamate // Talanta, 38(1), pp 49-55 (1991).

. Hughes G, Pemberton RM, Fielen PR et al. Screen-Printed Amperometric Biosensor for the Determination of Glutamate in Food and Clinical Applications // Methods Mol Biol, 1572, pp 1-12 (2017).

. Hughes G, Pemberton RM, Fielen PR et al. A novel reagentless glutamate microband biosensor for real-time cell toxicity monitoring // Anal Chim Acta,b933, pp 82-88 (2016).

. Zhiming Liu, Tsutomi Horiuchi, Osamu Niwa et al. NADH and glutamate on-line sensors using Os-gel-HRP/GC electrodes modified with NADH oxidase and glutamate dehydrogenase. (1999).

. Ling D, Wu G, Wang C et al. The preparation and characterization of an immobilized l-glutamic decarboxylase and its application for determination of l-glutamic acid // Enzyme Microb Technol, 27(7), pp 516-521 (2000).

. Shi R, Stein K Flow. Injection Methods for Determination of L-Glutamate Using Glutamate Decarboxylase and Glutamate Dehydrogenase Reactors With Spectrophotometric Detection // Analyst, 9 (1996).

. Yu H, Ma Z, Wu Z. Immobilization of Ni-Pd/core-shell nanoparticles through thermal polymerization of acrylamide on glassy carbon electrode for highly stable and sensitive glutamate detection // Anal Chim Acta, 896, pp 137-142 (2015).

. Bernd AA, Dremel, Rolf D Schmid. Comparison of two fibre-optic L-glutamate biosensors based on the detection of oxygen or carbon dioxide, and their application in combination with flow-injection analysis to the determination of glutamate // Anal Chim Acta, 248(2), pp 351-359 (1991).

Iiiyas md isa, Sulaiman Ab Ghani A nonplasticized chitosan based solid state electrode for flow injection analysis of glutamate in food samples // Food Chem, 112(3), pp 756-759 (2009)

. Brahwa Barta, Seema Kumari, Chandra Shekar Pundir. Construction of glutamate biosensor based on covalent immobilization of glutmate oxidase on polypyrrole nanoparticles/polyaniline modified gold electrode // Enz Microb Tech, 57, pp 69-77 (2014).

. Kwong AWK, Grundig B, Hu J et al. Comparative study of hydrogel-immobilized L-glutamate oxidases for a novel thick-film biosensor and its application in food samples // Biotech Lett, 22, pp 267-272 (2000).




Copyright (c) 2020 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

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