Оптимізація роботи ферментних біоселективних елементів як складових потенціометричного мультибіосенсора

Abstract

Розроблено високочутливий та селективний мультибіосенсор на основі низки іммобілізованих ферментів як біоселективних елементів та матриці іоноселективних польових транзисторів – перетворювачів біохімічного сигналу в електричний. Для створення біоселективних елементів мультибіосенсора використано ферменти ацетилхолінестеразу, бутирилхолінестеразу, уреазу, глюкозооксидазу та триферментну систему (інвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза). Отримані біоселективні елементи в прямому ферментному аналізі демонструють високу чутливість до відповідних субстратів. Час проведення аналізу складає 10 хв. Динамічний діапазон визначення субстратів значною мірою залежить від застосованих ферментних систем і знаходиться в межах від 0,1 мМ до 1,5–10 мМ. Досліджено також залежності відгуків мультибіосенсора від рН, іонної сили та буферної ємності розчину. Підібрано оптимальні умови для одночасної роботи всіх біоселективних елементів мультибіосенсора, наведено дані з перехресного впливу субстратів усіх використаних ферментів. Розробленому мультианалізатору притаманна задовільна відтворюваність сигналів.

The investigation presents the development of highly sensitive and selective multibiosensor based both on a number of immobilized enzymes as bioselective elements and the matrix of ion-selective field effect transistors as transducers of biochemical signal into the electric one. To develop bioselective elements of multi-biosensor, such enzymes as acetylcholinesterase, butyrylcholin esterase, urease, glucose oxidase, and three-enzyme system (invertase, mutarotase, glucose oxidase) were used. Obtained bioselective elements were shown to demonstrate high sensitivity to corresponding substrates in direct enzymatic analysis, which lasted 10 min. Dynamic range of substrate determination (0.1 mM–1.5– 10 mM) was shown to depend on enzymatic system and to differ specifically in upper threshold. Current work presents the investigation on the dependence of multibiosensor response on pH, ionic strength, and buffer capacity of the solution; optimal conditions for simultaneous operation of all bioselective elements of the multibiosensor were selected; the data on cross-influence of substrate of all enzymes used were obtained. The developed multi-analyzer was shown to demonstrate sufficient signal reproducibility.

Разработаны высокочувствительный и селективный мультибиосенсор на основе ряда иммобилизованных ферментов как биоселективных элементов и матрицы ионоселективных полевых транзисторов в качестве преобразователей биохимического сигнала в электрический. Для создания биоселективных элементов мультибиосенсора использовали ферменты ацетилхолинэстеразу, бутирилхолинэстеразу, уреазу, глюкозооксидазу и трехферментную систему (инвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза). Полученные биоселективные элементы в прямом ферментном анализе демонстрировали высокую чувствительность к выявленным субстратам. Время проведения анализа составляло 10 мин. Динамический диапазон определения субстратов зависел от ферментной системы, особенно отличался верхней границей определения и находился в пределах от 0,1 мМ до 1,5–10 мМ. Проверена зависимость отклика мультибиосенсора от рН, ионной силы и буферной емкости раствора, подобраны оптимальные условия для одновременной роботы всех биоселективных элементов мультибиосенсора, представлены данные по перекрестному влиянию субстратов всех использованных ферментов. Разработанный мультианализатор также характеризуется хорошей воспроизводимостью сигнала