Search

A comparative study of different parameters of conductometric biosensors based on urease and glucose oxidase, co-immobilized with different types of zeolites. Urease immobilized on silicalite-2 was shown to have better performance than immobilized urease without zeolites. Conductometric biosensor with glucose oxidase co-immobilized with zeolite NH4+-Beta 25 had similar response values compared to immobilized enzyme without zeolite. Immobilization of zeolites NH4+-BEA 30 and H+-BEA 30 together with urease leads to an increase in the response of the biosensor, while the reproducibility of the signal remains unchanged. Biosensors with zeolites with a higher Si/Al ratio were characterized by increased signals. The use of zeolites modified with methylviologen and silver did not give a positive effect., Проведено сравнительное исследование различных параметров кондуктометрических биосенсоров на основе уреазы и глюкозооксидазы, коиммобилизованных с разными типами цеолитов. Продемонстрировано, что уреаза, иммобилизованная на силикалите-2, имела лучшие показатели, чем иммобилизованная уреаза без цеолита. Кондуктометрический биосенсор с глюкозооксидазой, коиммобилизованной с цеолитом NH4+-Beta 25, имел схожие значения откликов по сравнению с иммобилизованным ферментом без цеолита. Иммобилизация цеолитов NH4+-BEA 30 и H+-BEA 30 вместе с уреазой приводит к повышению отклика биосенсора, при этом воспроизводимость сигнала остается неизменной. Биосенсоры с цеолитами с большим соотношением Si/Al характеризовались увеличенными сигналами. Использование цеолитов, модифицированных метилвиологеном и серебром, не дало положительного эффекта., Проведено порівняльне дослідження різних параметрів кондуктометричних біосенсорів на основі уреази та глюкозооксидази, коіммобілізованих з різними типами цеолітів. Продемонстровано, що уреаза, іммобілізована на силікаліті-2, мала кращі показники, ніж іммобілізована уреаза без цеоліту. Кондуктометричний біосенсор з глюкозооксидазою, коіммобілізованою з цеолітом NH4+-Beta 25, мав подібні значення відгуків у порівнянні з іммобілізованим ферментом без цеоліту. Ко-іммобілізація цеолітів NH4+-BEA 30 і H+-BEA 30 разом з уреазою призводить до підвищення відгуку біосенсора, при цьому відтворюваність сигналу залишається незмінною. Біосенсори з цеолітами з більшим співвідношенням Si/Al характеризувались підвищеними сигналами. Використання цеолітів, модифікованих метилвіологеном і сріблом, не дало позитивного ефекту.

In this work, the possibility of application of gold nanoparticles for modification of bioselective elements of conductometric biosensors to improve their analytical characteristics has been tested. A bioselective elements of biosensors based on acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase and glucose oxidase have been studied as a model of such system. Immobilization of enzymes on the surface of conductometric transducers was carried out by covalent crosslinking of enzymes by using a crosslinking agent (glutaraldehyde). The conditions for immobilization of acetylcholinesterase with gold nanoparticles in BSA membranes were optimized. The optimal concentration of glutaraldehyde, time of immobilization process, ratio of an amount of enzyme and gold nanoparticles, and the concentration and size of gold nanoparticles were selected. The improved characteristics of the developed biosensors based on enzymes and gold nanoparticles were investigated and compared with the characteristics of biosensors based only on enzymes without nanoparticles addition. It was shown, how the addition of gold nanoparticles to the bioselective element of the biosensor affects the stability of biosensors. In particular, the reproducibility of signals during continuous operation of biosensors, the reproducibility of the manufacture of biosensors and their stability during storage were investigated. Thus, it was shown, that the application of gold nanoparticles in the composition of bioselective elements can improve some characteristics of biosensors, which may be promising for further biosensor application, В работе проверена возможность использования наночастиц золота для модификации биоселективных элементов кондуктометрических биосенсоров для улучшения их аналитических характеристик. В качестве модели исследовались биоселективные элементы биосенсоров на основе ацетилхолинэстеразы, бутирилхолинэстеразы и глюкозооксидазы. Иммобилизацию ферментов на поверхности кондуктометрических преобразователей проводили ковалентной сшивкой молекул ферментов с БСА с помощью сшивающего агента (глутарового альдегида). В работе оптимизировали условия иммобилизации ацетилхолинэстеразы с наночастицами золота. Для этого подбирали оптимальную концентрацию глутарового альдегида, длительность процесса иммобилизации, соотношение количества фермента и наночастиц золота, концентрацию и размер наночастиц золота. Исследовали рабочие характеристики разработанных биосенсоров на основе ферментов и наночастиц золота и сравнивали их с характеристиками биосенсоров на основе только ферментов без использования наночастиц. Изучали влияние на стабильность биосенсоров добавления наночастиц золота в биоселективный элемент биосенсора. В частности, проверяли воспроизводимость сигналов при непрерывной работе биосенсоров, воспроизводимость изготовления биосенсоров и их стабильность при хранении. Показано, что использование наночастиц золота в составе биоселективных элементов может улучшить некоторые характеристики биосенсоров, что может быть перспективным для дальнейшего изучения и применения., В роботі перевірено можливість використання наночастинок золота (НЧЗ) для модернізації біоселективних елементів біосенсорів з метою покращення їхніх аналітичних характеристик. В якості дослідної моделі було використано біоселективні елементи біосенсорів на основі ацетилхолінестерази, бутирилхолінестерази та глюкозооксидази. Іммобілізацію ферментів на поверхнях електрохімічних перетворювачів проводили за рахунок поперечної зшивки молекул відповідних ферментів та бичачого сироваткового альбуміну глутаровим альдегідом. В роботі оптимізували умови іммобілізації ацетилхолінестерази з наночастинка ми золота. Для цього, підбирали оптимальну концентрацію зшиваючого агенту (глутарового альдегіду), тривалість іммобілізації, співвідношення ферменту та НЧЗ, концентрацію та розмір НЧЗ. Досліджено робочі характеристики біосенсорів на основі ферментів і НЧЗ та порівняно їх з характеристиками біосенсорів на основі лише ферментів. Також досліджувався вплив на стабільність біосенсорів при додаванні НЧЗ до біоселективного елементу біосенсорів, а саме відтворюваність безперервної роботи біосенсорів, відтворюваність приготування біосенсорів та їхня стабільність при зберіганні. Показано, що використання НЧЗ в складі біоселективних елементів може покращити деякі характеристики біосенсорів, що може бути перспективним для їхнього подальшого застосування в біосенсориці. Ключові слова: біосенсор, фермент, наночастинки золота, ацетилхолінестераза, бутерил-холінестераза, глюкозооксидаза, кондуктометрія, біоселективні елементи.

Робота складається з 56 сторінки, 3 розділів та містить 33 ілюстрації, 28 таблиць та 29 джерел в переліку посилань. Актуальність теми полягає в тому, що завжди є необхідність моніторингу вмісту глюкози в різних речовинах. Особливою проблемою залишаються хвороби людей, пов′язані з вмістом глюкози, тому є необхідність швидко, дешево і точно виявляти рівень глюкози у хворих. Метою роботи є дослідження датчиків глюкози на пористому кремнії з глюкозооксидазою та меланіном, у присутності різних металів. Порівняння характеристик отриманих з глюкозооксидазою та меланіном. Об′єкт дослідження – датчики глюкози на основі гетероструктур з вмістом глюкозооксидази та меланіну, їх порівняння та характеристики. Предмет дослідження – чутливість датчиків з різним напиленням металів та меланіну і глюкозооксидази. The work consists of 56 pages, 3 sections and contains 33 illustrations, 28 tables and 29 sources in the list of references. The relevance of the topic is that there is always a need to monitor the glucose content of various substances. Glucose-related human diseases remain a particular problem, so there is a need to quickly, cheaply and accurately detect glucose levels in patients. The aim of the work is to study glucose sensors on porous silicon with glucose oxidase and melanin, in the presence of various metals. Comparison of characteristics obtained with glucose oxidase and melanin. The object of research - glucose sensors based on heterostructures containing glucose oxidase and melanin, their comparison and characteristics. The subject of research - the sensitivity of sensors with different spraying of metals and melanin and glucose oxidase.

В роботі було досліджено характеристики нікелевих амперометричних перетворювачів, підключених до експериментального потенціостату українського виробництва та комерційного потенціостату PalmSens (Нідерланди). При цьому досліджували як власні характеристики перетворювачів, так і відмінності при підключенні перетворювачів до різних приладів. Порівняння проводилось у декількох режимах роботи. До потенціостатів підключали амперометричні електроди з нікелю або біосенсори для визначення глюкози (отримані шляхом іммобілізації глюкозооксидази на поверхню даних електродів) і порівнювали ефективність вимірювання вмісту перекису водню та глюкози обома потенціостатами. Зокрема, порівняно такі параметри датчиків як відгуки сенсорів, шум сигналу, мінімальна межа вимірювання речовин, калібрувальні криві для визначення концентрації перекису водню та глюкози, відтворюваність відгуків при тривалій роботі. Також перевірено селективність сенсорів до перекису водню відносно основних інтерферуючих речовин: аскорбінової кислоти та етилового спирту. Показано, що нікелеві перетворювачі можуть виступати основою для створення хемо- та біосенсорів. Крім цього, продемонстровано, що у більшості випадків запропонований новий потенціостат вітчизняного виробництва не поступається потенціостату PalmSens і може служити його більш дешевим аналогом при розробці біосенсорних тест систем., В работе было исследовано характеристики никелевых амперометрических преобразователей, подключенных к экспериментальному потенциостату украинского производства и коммерческого потенциостата PalmSens (Нидерланды). При этом исследовали как собственные характеристики преобразователей, так и отличия при подключении преобразователей к разным приборам. Сравнение проводилось в разных режимах работы. К потенциостатам подключали амперометрические электроды из никеля или биосенсоры для определения глюкозы (полученные путем иммобилизации глюкозооксидазы на поверхность этих электродов) и сравнивали эффективность измерения содержания перекиси водорода и глюкозы обоими потенциостатами. В частности, сравнивались такие параметры датчиков, как отклики сенсоров, шум сигнала, минимальная граница определения веществ, калибровочные кривые для определения концентрации перекиси водорода и глюкозы, воспроизводимость откликов при продолжительной работе. Также проверено селективность сенсоров к перекиси водорода относительно основных интерферирующих веществ: аскорбиновой кислоты и этилового спирта. Показано, что никелевые преобразователи могут быть основой для создания хемо- и биосенсоров. Кроме этого, продемонстрировано, что в большинстве случаев предложенный новый потенциостат отечественного производства не уступает потенциостату PalmSens и может служить его более дешевым аналогом при разработке биосенсорных тест систем., Characteristics of nickel amperometric transducers connected to experimental Ukrainian potentiostat and to commercial potentiostat PalmSens were studied in this work. During this, intrinsic characteristics of transducers and differences caused by connection to different potentiostats were examined. Comparison was made in several working modes. Amperometric electrodes made from nickel and biosensors for glucose determination (obtained by immobilization of glucose oxidase onto the surface of these electrodes) were connected to the potentiostats and effectiveness of measurement of hydrogen peroxide and glucose contents by both potentiostats was compared. I.e., sensor responses, signal noise, limit of detection of substances, calibration curves for determination of hydrogen peroxide and glucose, reproducibility of responses during continuous operation were compared. Also selectivity of sensors to hydrogen peroxide respectively to main interfering substances (ascorbic acid and ethanol) was checked. It was shown that nickel transducers can be a basis for creation of chemo- and biosensors. Besides, it was demonstrated that for the most parameters new Ukrainian potentiostat is not inferior to the potentiostat PalmSens and Ukrainian potentiostat can serve as a cheaper analog of PalmSens during development of biosensor test systems

Вивчено можливості практичного застосування біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів та глюкозооксидази для кількісного аналізу концентрації глюкози в зразках крові людини. Оптимізовано основні аналітичні характеристики розроблених біосенсоров, визначено оптимальні умови для проведення вимірювань з реальниими зразками крові. Показано, що розроблений біосенсор можна з успіхом використовувати для аналізу глюкози в крові людини, Изучены возможности практического применения биосенсоров на основе рН-чувствительных полевых транзисторов и глюкозооксидазы для количественного анализа содержания глюкозы в реальных образцах крови человека. Оптимизированы основные аналитические характеристики разработанных биосенсоров, определены оптимальные условия для проведения измерений в реальных образцах. Показано, что разработанный биосенсор можно с успехом использовать для анализа глюкозы в крови человека., The possibilities of practical application of biosensors based on pH-sensitive field-effect transistors and glucose oxidase for qualitative analysis of glucose in real blood samples have been studies. The main analytical characteristics of biosensors developed were optimized, and the optimal conditions of measurements in real samples were determined. It was shown that biosensor developed could be used for glucose analysis in human blood.

The data on development of highly sensitive and selective conductometric biosensor for determination of heavy metal ions are presented. A differential pair of gold planar thin-film interdigitated electrodes deposited on the ceramic substrate was used as a conductometric transducer. As a bioselective element, the three-enzyme system (invertase, mutarotase, glucose oxidase) immobilized on the transducer surface was more sensitive and selective to heavy metal ions as compared with other enzymatic systems due to summary inhibition effect of three enzymes. The enzymes ratio in mem-brane was chosen experimentally taking into consideration obtaining maximal biosensor sensitivity both to the substrate (sucrose) and to heavy metal ions. The optimum time of the biosensor incubation in solution of toxic compounds, required to ensure necessary sensitivity was determined to be 30 min. The calibration curves for determination of different heavy metal ions were obtained. The biosensor selectivity to other groups of toxins was studied too. The biosensor developed is characterized in high sensitivity and selectivity to Hg2+ and Ag+ in comparison with known biosensors for heavy metal ions analysis. Therefore it can be recommended at express analysis of heavy metals in ecological monitoring., В роботі представлено дані щодо розробки високочутливого селективного кондуктометричного біосенсора для визначення іонів важких металів у водних розчинах. Як кон- дуктометричний перетворювач використовувалася диференційна пара планарних золотих гребінчастих електродів, нанесених на ситалову підкладку. Роль біоселективного елементу відігравала триферментна система (інвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза), іммобілізована на поверхню перетворювача, яка є чутливішою і селективнішою у порівнянні з іншими ферментними системами за рахунок сумарного ефекту інгібування трьох ферментів. Співвідношення ферментів в мембрані підбирали експериментально, маючи на меті досягнення найбільшої чутливості біосенсора як до субстрату (сахарози), так і до важких металів. В роботі встановлено оптимальний час інкубації біосенсора в розчині токсинів для отримання необхідної чутливості, який становив 30 хвилин. Отримано калібрувальні криві для визначення різних іонів важких металів кондуктометричним біосенсором та перевірено його селективність щодо інших груп токсинів. Розроблений біосенсор характеризується більшою чутливістю та селективністю до іонів Hg2+ та Ag+ у порівнянні з відомими на даний момент біосенсорами для аналізу важких металів і може бути рекомендований при експрес-аналізі реальних зразків в екологічному моніторингу., В работе представлены данные по разработке высокочувствительного селективного кондуктометрического биосенсора для определения ионов тяжелых металлов. Как кондуктометрический преобразователь использовалась дифференциальная пара золотых планарных гребенчатых электродов, нанесенных на ситаловую подложку. Роль биоселективного элемента выполняла трехферментная система (инвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза), иммобилизованная на поверхность преобразователя. Эта трехферментная система была более чувствительна и селективна по сравнению с другими ферментными системами за счет суммарного эффекта ингибирования трех ферментов. Соотношения ферментов в мембране подбирали экспериментально, принимая во внимание достижение наибольшей чувствительности биосенсора как к субстрату (сахарозе), так и к ионам тяжелых металлов. В работе установлено оптимальное время инкубации биосенсора в растворе токсинов, которое составляло 30 минут. Получены калибровочные кривые для определения разных ионов тяжелых металлов кондуктометрическим биосенсором. Также была проверена его селективность относительно других групп токсинов. Разработанный биосенсор характеризовался высокой чувствительностью и селективностью к ионам Hg2+ и Ag+, по сравнению с известными на данный момент биосенсорами для анализа тяжелых металлов. Потому он может быть использован в качестве экспресс-метода при анализе реальных образцов в экологическом мониторинге.