Безреагентные биосенсоры на основе электрохимических реакций в гетерогенных системах

• Автор: Трашин, Станислав Александрович
• Шифр специальности: 02.00.15, 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Биосенсоры

2.1.1. Принципы и определения

2.1.2. Классификация но типу трансдьюсера

2.1.3. Классификация по типу распознающего элемента

2.2. Методы иммобилизации ДНК зонда

2.3. Сенсоры для прямого определения белков и нуклеиновых кислот

2.3.1. Метод плазменного резонанса

2.3.2. Трансдьюссеры на основе пьезокристаллов

2.3.3. Элеюрохимические методы

2.4. Границы раздела нссмешнвающихся жидкостей
2.4.1. Общие положения
2.4.2. Строение и свойства ГРНЭ
2.4.3. Равновесия на ранипс двух жидкостей
2.4.4. Термодинамическое описание. Уравнения Нернста
2.4.5. Поляризация раницы нссмешивающихся растворов электролитов
2.4.6. Кинетика переноса иона
2.4.7. Индуцированный перенос ионов
2.4.8. Адсорбция органических молекул на ГРНЭ
2.5. Граница раздела водной фазы и тонкой жидкой пленки органического растворителя
2.6. Приложения сис гем с границей раздела двух несмешнваюшнхся жидкостей в энзимологии
2.7. Редоксактнвность белков на электроде и бноэлектрокатализ
2.8. Целлобиозодегидрогсназы. Структура, свойства, бноэлектрокатализ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Материалы и реактивы
3.2. Оборудование
3.3. Методы
3.3.1. Электрохимические ячейки
3.3.2. Модификация электродов
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Электроды, изолированные тонким слоем несмешмвяющегося с водой органического растворителя
4.1.1. Электрохимические свойства графитового электрода, изолированного тонким слоем органического растворителя
4.1.2. Регистрация ДНК на графитовом электроде, изолированном слоем органического растворителя
4.1.3. Электрохимические свойства планарных электродов, изолированных слоем органического растворителя, стабилизированного в виде геля
4.1.4. Регистрация ДНК на планарных электродах, изолированных слоем органического растворителя стабилизированного в виде геля
4.1.5. Электрояктнвноетк белков, не имеющих редоксактнвиых групп, на границе раздела двух нссмешипающихся жидкостей
4.1.5.1. Электрохимическая регистрация переноса белка из воды в слой органического растворителя, экранирующего электрод
4.1.5.2. Влияние полярности органического растворителя, ионной силы фонового электролит и природы гидрофобного редокссоединения на ток, полученный в ответ на белок
4.1.5.3. Зависимость тока отклика от скорости развертки потенциала
4.1.5.4. Влияние концентрации и природы белка на электрохимический отклик
4.2. Регистрация образования комплекса аптамербелок на электроде с системой ианоразмерных пор
4.2.1.Электрохимические свойства электрода, изолированного пористой полисилокслновой мембраной
4.2.2. Регистрация образования аффинного комплекса на электродах, изолированных пористой полисилоксановой мембраной
4.3. Прямой биоэлекгрокатализ целлобиозодегидрогенаэами из различных источников
4.3.1. Электрохимическое исследование электродов, используемых для иммобилизации ферментов
4.3.2. Прямой биоэлекгрокатализ целлобиозодепшрогеназой из Л. ИегторНИит
4.3.2.1. Биоэлекгрокатализ целлобиозодегплрогеназой из М. ОкгторИНит адсорбированной на планарном графитовом электроде
4.3.2.2. Повышение эффективности биоэлектрокатализа путем модификации электрода полианилином
4.3.3. Биоэлектрокатализ целлобиозодегидрогеназой, иммобилизованной на золотом электроде, модифицированным полианилином
4.3.4. Применение ферментных электродов на основе целлобиозодегидрогеназ для определения лактозы в молоке
4.3.5. Прямой биоэлсктрокатализ цел л об нозодегндрогеназам и из О. .чаиЫпеШ и С. ИггторИИт. Повышение эффективности биоэлектрокатализа полианилином и углеродными нанотрубками
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Для этих целен разработаны электроды, экранированные пористыми полисилоксановыми матрицами. Используя преимущества данного подхода, возможно создание дешевых аптасенсоров, функционирующих без использования меченных биологических молекул. Впервые показано увеличение эффективности биоэлектрокатализа целлобиозодегидрогеназой за счет модификации электрода полианилином, а также полианилином с включенными углеродными нанотрубками. На основе модифицированных электродов созданы безреагентные биосснсоры на лактозу, обладающие на порядок улучшенными значениями чувствительности и операционной стабильности. Полученные биосенсоры могут быть востребованы в пищевой промышленности для анализа лактозы в сложных матрицах. Апробация работы. Основные результаты работы представлены на конференциях i Ii i i i, i i, , Ii i i , i, , Ii i x, , , Международная конференция молодых учных Ломоносов и Ломоносов Москва, Россия, II Всероссийская конференция по аналитической химии Туапсе, Россия, , 1 vi, i Vi, , , Международная научнопрактическая конференция Биотехнология. Вода и пищевые продукты Москва, Россия. Ii i , , . Публикации. По материалам исследований опубликовано работ, в том числе 4 статьи в международных и отечественных журналах и тезисов научных конференций. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы 5 наименований. Работа изложена на 0 страницах и содержит рисунков и 8 таблиц. Благодаря усилиям химиков, постоянно направленным на улучшение химического анализа появились новые оригинальные изобретения, такие как биосенсоры 1. В этих устройствах совмещается уникальная селективность биокомпонентов живых систем и технические достижения современного химического анализа. Рис. Основным отличительным признаком биосенсора от прочих аналитических систем, используих принцип биологического распознавания, является пространственная интегрированность биологического компонента и так называемого трансдьюсера от английского преобразователь 2. На рис. Роль трансдьюсера состоит в преобразовании химической реакции, протекающей на биологическом элементе в удобный для регистрации сигнал. За лет истории биосенсоры приобрели огромное разнообразие, поэтому их классифицируют по типу трансдьюсера и по типу процесса биологического распознавания. Согласно современным представлениям об экспрессном химическом анализе, биосенсоры должны быть дешевыми, доступными и наименее зависимыми от эффекторов окружающей среды. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяют биосеисоры на основе электрохимических трансдыосеров. Наиболее известным и коммерчески успешным является электрохимический биосенсор для индивидуального контроля уровня глюкозы в крови, что обусловлено огромной востребованностью такого анализа. Согласно данным Всемирной федерации диабетиков . России. В качестве дополнительной информации по глюкозному биосенсору можно рекомендовать недавний обзор Адама Хеллера 8. Вторым по значимости является биосенсор на лактат, что связано с важностью мониторирования его концентрации для целей клинической диагностики, спортивной медицины и пищевой промышленности 9. Невозможно переоценить и важность биосенсоров для определения специфических белков и фрагментов ДНК . Таким образом, области применения биосенсоров охватывают практически все сферы жизнедеятельности человека, такие как медицина, контроль качества пищевых продуктов, контроль технологических процессов, экологический мониторинг. Распознающими элементами в биосенсорс могут быть как молекулы ферментов, антител или нуклеиновых кислот, так и более сложные структуры органеллы, фрагменты клеточных мембран, клетки, ткани и даже целые организмы. Согласно классификации их следует разделять но функциональным особенностям. Наиболее известные и популярные биосенсоры, в частности глюкометры, основаны на сопряжении ферментативной реакции и электрохимического процесса. Их следует отличать от биосенсоров, основанных на биоаффинном связывании субстрата.