Highly selective amperometric biosensor for uric acid determination in real samples

Abstract

Aim. To develop an amperometric biosensor based on immobilized uricase (1.7.3.3) from Arthrobacter Globiformis and a platinum disk electrode for the detection of uric acid in biological fluids. Methods. To obtain a highly selective detection of the uric acid concentration, an additive semi-permeable polymer film was formed on the surface of a platinum disk electrode by electro-polymerisation of m-phenylene diamine. The enzymatic selective layer was formed on the poly-m-phenylene diamine membrane using uricase immobilized in BSA matrix by a non-toxic crosslinking agent – poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDE). Results. An influence of possible interfering substances – ascorbic acid, cysteine, urea, glucose, glutamic acid and lactic acid – was studied. Almost no effect of these electrochemical compounds on the biosensor response was found, indicating that the selectivity of the developed biosensor is very high. The biosensor characteristics were determined: detection limit 0.001 mM (s/n = 3), linear working range 0.008–0.218 mM, sensitivity 165 μA·mM⁻¹ cm⁻². The biosensor stability and reproducibility were studied and shown. Conclusions. The developed biosensor was validated by comparing the results of the urine samples analysis provided with the biosensor and the spectrophotometric method (correlation coefficient r = 0.99).This biosensor is found to be promising method for uric acid detection in the real samples.

Мета. Розробити амперометричний біосенсор на основі іммобілізованої урікази (1.7.3.3) з Arthrobacter Globiformis і платинового дискового електрода для визначення сечової кислоти в біологічних рідинах. Методи. Для досягнення високоселективного визначення концентрації сечової кислоти на поверхні платинового дискового електрода сфо-рмована додаткова напівпроникна мембрана шляхом електрополімерізаціі м-фенілендіаміна. Ферментний селективний шар сформований на полі-м-фенілендіаміновій мембрані з використанням урікази, що іммобілізована в матриці БСА, в якості зшиваючого агента використовували нетоксичний поліетиленгліколь дигліцидиловий естер (ПЕГДЕ). Результати. Досліджено вплив інтерферуючих речовин: аскорбінової кислоти, цистеїну, сечовини, глюкози, глутамінової кислоти, молочної кислоти на активність розробленого біосенсору і показана відсутність впливу цих електрохімічно активних речовин на відгук біосенсора, що свідчить про дуже високу селективність розробленого біосенсора. Визначені наступні характеристики біосенсора: мінімальна концентрація, що визначалась 0.001 мM (s/n = 3), робочий лінійний діапазон 0.008–0.218 мM, чутливість 165 мкА∙мМ⁻¹ см⁻². Також досліджені і пока-зані операційна стабільність біосенсора і його стабільність при зберіганні. Висновки. Апробація розробленого біо-сенсора при аналізі реальних зразків сечі показала хорошу кореляцію даних із класичним спектрофотометричним методом (коефіцієнт кореляції r = 0.99). Таким чином, даний біосенсор є перспективним методом і може бути застосований в медичній діагностиці для визначення сечової кислоти в реальних зразках.

Цель. Разработать амперометрический биосенсор на основе иммобилизированной уриказы (1.7.3.3) из Arthrobacter Globiformis и платинового дискового электрода для определения мочевой кислоты в биологических жидкостях. Методы. Для достижения высокоселективного определения концентрации мочевой кислоты на поверхности платинового дискового электрода была сформирована дополнительная полупроницаемая мембрана путём электрополимеризации м-фенилендиамина. Ферментный селективный слой сформирован на поли-м-фенилендиаминовой мембране с использованием уриказы, иммобилизированной в матрице БСА, в качестве сшивающего агента использовали нетоксичный диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля (ПЭГДЭ). Результаты. Исследовано влияние интерферирующих веществ: аскорбиновой кислоты, цистеина, мочевины, глюкозы, глутаминовой кислоты, мо-лочной кислоты на активность разработанного биосенсора и показано отсутствие влияния этих электрохимически активных веществ на отклик биосенсора, что свидетельствует об очень высокой селективности разработанного биосенсора. Определены следующие характеристики биосенсора: граничная определяемая концентрация 0.001 мM (s/n = 3), рабочий линейный диапазон 0.008–0.218 мM, чувствительность 165 мкА•мМ⁻¹ см⁻². Также исследованы и продемонстрированы операционная стабильность биосенсора и его стабильность при хранении. Выводы. Апробация разработанного биосенсора при анализе реальных образцов мочи показала хорошую корреляцию данных с классическим спектрофотометрическим методом (коэффициент корреляции r = 0.99). Таким образом, данный биосенсор является перспективным методом и может быть использован в медицинской диагностике для определения мочевой кислоты в реальных образцах.