РОЗРОБКА АМПЕРОМЕТРИЧНОГО ГЛУТАМАТ-ЧУТЛИВОГО БІОСЕНСОРА НА ОСНОВІ АДСОРБОВАНОЇ НА СИЛІКАЛІТІ ГЛУТАМАТОКСИДАЗИ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.3.339804Ключові слова:
силікаліт, ензим, біосенсор, глутаматоксидаза, амперометрія, глутаматАнотація
В роботі розроблено нову конструкцію амперометричного біосенсора для високочутливого та селективного виявлення глутамату з використанням нетипового методу іммобілізації глутаматоксидази шляхом адсорбції її на шарі наночастинок силікаліту. Було оптимізовано процедуру виготовлення біосенсора, а саме визначено основні параметри модифікації амперометричних платинових перетворювачів наночастинками силікаліту, а також підібрано оптимальні умови адсорбції глутаматоксидази на цьому шарі.
Біосенсори на основі глутаматоксидази, адсорбованої на силікаліті, продемонстрували високу чутливість до низьких концентрацій глутамату. Лінійний діапазон виявлення становив від 2,5 мкМ до 450 мкМ, а межа виявлення глутамату становила 1 мкМ. Також в роботі було показано, що запропоновані біосенсори характеризуються високою відтворюваністю відгуків протягом кількох годин безперервної роботи (RSD до 7%) та гарною операційною стабільністю протягом кількох днів.
Після проведення усього комплексу робіт по розробці та оптимізації нового глутамат-чутливого біосенсора, встановлено, що такого плану сенсори із заявленими аналітичними характеристиками можуть використовуватись для визначення низьких концентрацій глутамату в реальних біологічних рідинах.
Посилання
Villarta R. L., Cunnigham D. D., Guilbault G. G. Amperometric enzyme electrodes for the determination of L-glutamate. Talanta. 1991. Vol. 38, iss. 1. P. 49–55. https://doi.org/10.1016/0039-9140(91)80008-n
Berners M. O. M., Boutelle M. G., Fillenz M. Online measurement of brain glutamate with an enzyme/polymer-coated tubular electrode. Anal. Chem. 1994. Vol. 66, iss. 13. P. 2017–2021. https://doi.org/10.1021/ac00085a016
Dremel B. A. A., Schmid R. D. 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. 1991. Vol. 248, iss. 2. P. 351–359. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)84651-6
Vahien W., Bradley J., Bilitewski U., Schmid R. D. Mediated enzyme electrode for the determination of L-glutamate. Anal. Lett. 1991. Vol. 24, iss. 8. P. 1445–1452. https://doi.org/10.1080/00032719108052983
Ghobadi S., Csöregi E., Marko-Varga G., Gorton L. Bienzyme carbon paste electrodes for L-glutamate determination. Current Separations. 1996. Vol. 14, iss. 3/4. P. 94–102.
Suleiman A. A., Villarte R. L., Guilbault G. G. Analytical applications of glutamate oxidase based amperometric electrodes. Bull. Electrochem. 1992. Vol. 8, iss. 4. P. 189–192.
Almeida N. F., Mulchandani A. K. A mediated amperometric enzyme electrode using tetrathiafulvalene and L-glutamate oxidase for the determination of L-glutamic acid. Anal. Chim. Acta. 1993. Vol. 282, iss. 2. P. 353–361. https://doi.org/10.1016/0003-2670(93)80221-6
Herbreteau B., Lafosse M., Morin-Allory L., Dreux M. Automatic sugar analysis in the beet industry. Part I: Parameter optimization of a reversed phase HPLC carbohydrate determination. Journal of Separation Science. 1990. Vol. 13, iss. 4. P. 239–243. https://doi.org/10.1002/jhrc.1240130405
Vercellotti S. V., Clarke M. A. Comparison of modern and traditional methods of sugar analysis. International Sugar Journal. 1994. Vol. 96. P. 437–445.
Murachi Т., Tabata M. Use of a bioreactor consisting of a sequentially aligned L-glutamate dehydrogenase and L-glutamate oxidase for the determination of ammonia by chemiluminescence. Biotechnol. Appl. Biochem. 1987. Vol. 9, iss. 4. P. 303–309. https://doi.org/10.1111/j.1470-8744.1987.tb00479.x
Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V., Korpan Y. I., Sergeyeva T. A., Arkhypova V. N., Biloivan O. A., Soldatkin O. O., Shkotova L. V., Zinchenko O. A., Peshkova V. M., Saiapina O. Y., Marchenko S. V., El’skaya A. V. Biosensors. A quarter of a century of R&D experience. Biopolymers and Cell. 2013. Vol. 29, iss. 3. P. 188–206. https://doi.org/10.7124/bc.000819
White S. F., Turner A. P. F., Bilitewski U., Schmid R. D., Bradley J. Lactate, glutamate and glutamine biosensors based on rhodinized carbon electrodes. Analytica Chimica Acta. 1994. Vol. 295, iss. 3. P. 243–251. https://doi.org/10.1016/0003-2670(94)80229-7
Wollenberger U., Scheller F. W., Hintsche R., Bohm K. Verfahren zur amperometrischen bestimmung von L-glutamat. Pat. DD 272 478 А1; 1989.
Zilkha E., Koshy A., Obrenovitch T. P., Bennetto H. P., Symon L. Amperometric biosensors for online monitoring of extracellular glucose and glutamate in the brain. Anal. Lett.. 1994. Vol. 27, iss. 3. P. 453–473. https://doi.org/10.1080/00032719408001087
Li Q., Zhang S., Yu J. Immobilization of L-glutamate oxidase and peroxidase for glutamate determination in flow injection analysis system. Appl. Biochem. Biotechnol. 1996. Vol. 59, iss. 1. P. 53–61. https://doi.org/10.1007/BF02787857
Chen R. L. C., Matsumoto K. Sequential enzymatic monitoring of glucose, ethanol and glutamate in bioreactor fermentation broth containing a high salt concentration by a multichannel flow-injection analysis method. Anal. Chim. Acta. 1995. Vol. 308, is. 1–3. P. 145–151. https://doi.org/10.1016/0003-2670(94)00448-U
Kirdeciler S. K., Soy E., Ozturk S., Kucherenko I., Soldatkin O., Dzyadevych S., Akata B. A novel urea conductometric biosensor based on zeolite immobilized urease. Talanta. 2011. Vol. 85, iss. 3. P. 1435–1441. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2011.06.034
Saiapina O. Y., Pyeshkova V. M., Soldatkin O. O., Melnik V. G., Akata Kurç B., Walcarius A., Dzyadevych S. V., Jaffrezic-Renault N. Conductometric enzyme biosensors based on natural zeolite clinoptilolite for urea deter mination. Mater. Sci. Eng. C 2011. Vol. 31, iss. 7. P. 1490–1497. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.06.003
Kucherenko I. S., Soldatkin O. O., Kasap B., Öztürk S., Akata B., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V. Elaboration of urease adsorption on silicalite for biosensor creation. Electroanalysis. 2012. Vol. 24, iss. 6. P. 1380–1385. https://doi.org/10.1002/elan.201200056
Velychko T. P., Soldatkin О. О., Melnyk V. G., Marchenko S. V., Kirdeciler S. K., Akata B., Soldatkin A. P., El’skaya A. V., Dzyadevych S. V. A novel conductometric urea biosensor with improved analytical characteristic based on recombinant urease adsorbed on nanoparticle of silicalite. Nanoscale Research Letters. 2016. Vol. 11, iss. 1. Article 106. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1310-3
Kucherenko I., Soldatkin O., Ozansoy Kasap B., Kirdeciler S. K., Akata Kurç B., Jaffrezic-Renault N., Soldatkin A., Lagarde F., Dzyadevych S. Nanosized zeolites as a perspective material for conductometric biosensors creation. Nanoscale Research Letters. 2015. Vol. 10, iss. 1. Article 209. https://doi.org/10.1186/s11671-015-0911-6
Soy E., Arkhypova V., Soldatkin O., Shelyakina M., Dzyadevych S., Warzywoda J., Sacco Jr. A., Akata B. Investigation of characteristics of urea and butyrylcholine chloride biosensors based on ion-selective field-effect transistors modified by the incorporation of heat-treated zeolite Beta crystals. Materials Science and Engineering C. 2012. Vol. 32, iss. 7. P. 1835–1842. https://doi.org/10.1016/j.msec.2012.04.071
Soldatkin O. O., Kucherenko I. S., Shelyakina M., Soy E., Kirdeciler K., Öztürk S., Akata B., Jaffrezic-Renault N., Dzyadevych S. V., Soldatkin A. P. Application of different zeolite for improvement of the characteristics of a pH-FET biosensor based on immobilized urease. Electroanalysis. 2013. Vol. 25, iss. 2. P. 468–474. http://doi.org/10.1002/elan.201200475
Soldatkin O. O., Soy E., Errachid A., Jaffrezic-Renault N., Akata B., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V. Influence of composition of zeolite/enzyme nanobiocomposites on analytical characteristics of urea biosensor based on ion-selective field-effect transistors. Sensor Lett. 2011. Vol. 9, no. 6. P. 2320–2326. https://doi.org/10.1166/sl.2011.1809
Shelyakina M. K., Soldatkin O. O., Arkhypova V. M., Kasap B. O., Akata B., Dzyadevych S. V. Study of zeolite influence on analytical characteristics of urea biosensor based on ion-selective field-effect transistors. Nanoscale Res. Lett. 2014. Vol. 9, iss. 1. Article 124. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-124
Soldatkin O. O., Shelyakina M. K., Arkhypova V. N., Soy E., Kirdeciler S. K., Ozansoy Kasap B., Lagarde F., Jaffrezic-Renault N., Akata Kurç B., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V. Nano- and microsized zeolites as a perspective material for potentiometric biosensors creation. Nanoscale Research Letters. 2015. Vol. 10. Article 59. https://doi.org/10.1186/s11671-015-0768-8
Soldatkin O. O., Ozansoy Kasap B., Akata Kurç B., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V., El’skaya A. V. Elaboration of new method of enzyme adsorption on silicalite and nano beta zeolite for amperometric biosensor creation. Biopolymers and Cell. 2014. Vol. 30, iss. 4. P. 291–298. https://doi.org/10.7124/bc.0008A3
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право на публікації переходить Видавцю.
