Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду
Описано клітинний і ензимний амперометричні біосенсори для аналізу
 формальдегіду за використання як біоелементів клітин генно-інженерного продуцента формальдегіддегідрогенази й очищеного препарату формальдегіддегідрогенази. Для них досліджено біоаналітичні характеристики. Лінійний діапазон...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Західний науковий центр НАН України і МОН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74090 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду / О. Демків, Б. Вус, М. Гончар // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 219–227. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860107495333167104 |
|---|---|
| author | Демків, О. Вус, Б. Гончар, М. |
| author_facet | Демків, О. Вус, Б. Гончар, М. |
| citation_txt | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду / О. Демків, Б. Вус, М. Гончар // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 219–227. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| description | Описано клітинний і ензимний амперометричні біосенсори для аналізу
формальдегіду за використання як біоелементів клітин генно-інженерного продуцента формальдегіддегідрогенази й очищеного препарату формальдегіддегідрогенази. Для них досліджено біоаналітичні характеристики. Лінійний діапазон для ензимного біосенсора простежується для концентрації формальдегіду в межах 2 — 20 мМ, для клітинного, нижчий – у
межах 1 — 6 мМ. Обидва біосенсори виявили високу селективність до
формальдегіду, даючи досить низькі відгуки на інші альдегіди. Ензимний
біосенсор стабільний при зберіганні протягом 15 діб, а операційна стабільність біосенсора зберігається протягом 20 год. Цей біосенсор було
використано для аналізу формальдегіду в реальних зразках. Показано
добру кореляцію результатів, отриманих біосенсорним методом, порівняно з іншими методами аналізу.
Cell- and enzyme-based biosensors for formaldehyde assay are described. Highly purified
formaldehyde dehydrogenase isolated from gene-engineered cells of thermotolerant methylotrophic
yeast Hansenula polymorpha, and recombinant yeast cells were used, as biorecognition
elements. Bioanalytical characteristics of the constructed biosensors were studied. For enzymebased
biosensor, linear detection range for formaldehyde was up to 20 mM, and for cell-based
sensor — up to 6 mM. Both sensors revealed high selectivity for formaldehyde with a low
cross-sensitivity to other aldehydes. Storage stability for the enzyme-based biosensor was
shown to be 15 days, and long-term operational stability of the sensor was estimated as 20
hours. Enzyme-based biosensor was applied for formaldehyde testing in real samples. A good
correlation was observed between the biosenor’s methods and other standard chemical
methods used for this analyte.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:32:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 577.150.87+543.8:547.262
Ольга ДЕМКІВ1, Богдан ВУС2, Михайло ГОНЧАР2
АМПЕРОМЕТРИЧНІ БІОСЕНСОРИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ
ФОРМАЛЬДЕГІДУ
1Відділ аналітичної біотехнології, Інститут біології клітини НАН України
2Національний університет “Львівська Політехніка“
Описано клітинний і ензимний амперометричні біосенсори для аналізу
формальдегіду за використання як біоелементів клітин генно-інженерно-
го продуцента формальдегіддегідрогенази й очищеного препарату форм-
альдегіддегідрогенази. Для них досліджено біоаналітичні характеристи-
ки. Лінійний діапазон для ензимного біосенсора простежується для кон-
центрації формальдегіду в межах 2 — 20 мМ, для клітинного, нижчий – у
межах 1 — 6 мМ. Обидва біосенсори виявили високу селективність до
формальдегіду, даючи досить низькі відгуки на інші альдегіди. Ензимний
біосенсор стабільний при зберіганні протягом 15 діб, а операційна ста-
більність біосенсора зберігається протягом 20 год. Цей біосенсор було
використано для аналізу формальдегіду в реальних зразках. Показано
добру кореляцію результатів, отриманих біосенсорним методом, порів-
няно з іншими методами аналізу.
Опрацювання надійних і простих методів для швидкого, селективного
та чутливого виявлення і кількісного аналізу певних речовин у промисло-
вих та харчових продуктах, довкіллі та контролю багатьох технологічних
процесів є актуальною проблемою хімії, біохімії та біотехнології. Важли-
вим у цьому напрямі є опрацювання методів аналізу токсичних речовин,
які нагромаджуються в довкіллі або ж споживчих товарах. Серед таких
розповсюджених і небезпечних речовин є формальдегід (ФА), який уже
став супутником не тільки хімічних виробництв, а й повітря офісів, жит-
лових приміщень і навіть харчових продуктів [1, 2].
ФА шкідливо впливає на здоров’я людини: на центральну нервову
систему, кров, імунну систему [3], може стати причиною сліпоти та рес-
піраторних захворювань, спричиняє алергічні реакції та порушення рос-
ту [4]. ФА є одним з хімічних медіаторів апоптозу та належить до катего-
рії канцерогенів [3]. ФА – токсична сполука і водночас універсальний
природний метаболіт, який утворюється в процесі життєдіяльності клі-
тин. Його використовують у промисловості для виробництва пластмас як
стерилізуючий агент у фармакології, медицині та сільському господарс-
тві. В дослідженнях останнього десятиліття показано наявність ФА в
фруктах, овочах, м’ясі, в рибних продуктах, а також у біологічних ріди-
220 ОЛЬГА ДЕМКІВ, МИХАЙЛО ГОНЧАР
нах людини і озонованій питній воді [1, 2].
Сьогодні в літературі описано низку нових підходів для кількісного та
якісного аналізу ФА, тобто ферментативно-хромогенні системи [5, 6], га-
зова і рідинна хроматографія, флуориметрія, рефрактометрія та спектро-
фотометрія [2, 9], амперометричний сенсор із застосуванням інжекційної
техніки [7], оптичний біосенсор [8] і ферментний біосенсор [1] на базі рН-
чутливого транзисторного перетворювача. У багатьох з них є недоліки,
які зумовлюють пошук нових сучасних високочутливих, селективних і
дешевих методів моніторингу ФА в середовищах довкілля та харчових
продуктах, у тім числі біосенсорних і ензиматичних. Мета нашої праці –
розробити нові амперомертричні біосенсори, селективні до ФА, на основі
формальдегіддегідрогенази (ФдДГ), виділеної з клітин рекомбінантного
штаму Hansenula polymorpha, а також інтактних клітин генно-інженер-
ного надпродуцента ФдДГ.
Матеріали і методи
Мікроорганізми та їх культивування. Ми використовували клітини
генно-інженерного продуцента ФдДГ Tf 11 — 6 дріжджів H. polymorpha,
який одержали раніше [10]. Дріжджі вирощували на синтетичному сере-
довищі такого складу (г/л): КН2РО4 – 1; (NH4)2SO4 – 3.5; MgSO4•7H2O
– 0.5; CaCl2 – 0.1; дріжджовим екстрактом – 0.5 та зі стандартним
вмістом мікроелементів [10]. Як джерело вуглецю використовували мета-
нол (1 %), як джерело азоту – сульфат амонію. Клітини вирощували у
колбах об’ємом 250 мл на круговому шейкері (200 об./хв) при 28°С .
Формальдегіддегідрогеназа. Для виділення ФдДГ з клітин продуцента
Tf 11 — 6, яка охоплювала двостадійну іонообмінну хроматографію без-
клітинних екстрактів за схемою, яку ми розробили [11]. Отриманий пре-
парат з активністю 12 од/мг використовували для конструювання біосен-
сора.
Формування біочутливого елемента. Створюючи біосенсор, робочим
електродом слугував графітовий стержень (RW001, діаметр 3.05 мм,
Ringsdorff Werkе), поміщений у скляну трубку та герметично залитий
епоксидним клеєм. Робочу поверхню диска відполіровували наждачним
папером з різним діаметром частинок і платинізували. При конструюван-
ні ензимного біосенсора перший (глибинний) шар чутливої мембрани
формували шляхом іммобілізації ФдДГ, отриманої з клітин трансфор-
манта Tf 11 — 6, в полімерному шарі кaтодного електроосаджувального
полімеру CP58. Для цього 2 мкл суспензії ФдДГ (15 од./мл) наносили на
поверхню робочого електрода. Після підсихання суспензії ФдДГ вносили
5 мкл розчину катодного полімеру (CP58), який осаджували на поверхні
електрода з використанням потенціостатичних імпульсів величиною -
1200 мВ тривалістю 0.2 с з інтервалом 5 с [12]. Полімерну плівку форму-
вали упродовж електрохімічного окислення води в результаті депротоні-
зації і пов’язаної з цим преципітації катодного полімеру. Імобілізація
ФдДГ відбувалась у результаті співосадження молекул білка і полімеру
CP58. Перед початком кожної наступної процедури електрод промивали
50 мМ фосфатним буфером, pH 8.0. Другий шар формували з молекул
NAD+ і глутатіону. Для цього 25 мМ розчини наносили на перший шар
мембрани по 5 мкл, фіксували за допомогою нафіонової мембрани (5 мкл
АМПЕРМЕТРИЧНІ БІОСЕНСОРИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ФОРМАЛЬДЕГІДУ 221
1 % нейтралізованого розчину нафіону в етанолі).
Створюючи клітинний біосенсор, перший (глибинний) шар чутливої
мембрани формували шляхом іммобілізації клітин трансформанта Tf
11 — 6 в полімерному шарі кaтодного електроосаджувального полімеру
CP58. Для цього на поверхню платинізованого графітового електрода на-
носили 5 мкл суспензії клітин (0.1 мг/мл), в 50 мМ фосфатному буфері,
рН 8.0. Після підсихання суспензії клітин вносили 5 мкл розчину катод-
ного полімеру (CP58), який осаджували на поверхні електрода з викорис-
танням потенціостатичних імпульсів величиною -1200 мВ тривалістю 0.2 с
з інтервалом 5 с. Другий шар формували з молекул NAD+ і глутатіону.
Для цього 25 мМ розчини наносили на перший шар мембрани по 5 мкл,
фіксували за допомогою нафіонової мембрани (5 мкл 1 % нейтралізова-
ного розчину нафіону в етанолі). Нафіонову мембрану формували про-
тягом 20 — 25 хв при +4°C. Усі хімічні розчини та хімічні реагенти готува-
ли з використанням високо очищеної деіонізованої води.
Вільнодифундуючі медіатори. Використовували гексаціаноферат ка-
лію(III) (1 мМ), метиленовий синій (0.5 мМ) і феназинетосульфат (1 мМ)
розчинені в 20 мM фосфатному буфері, pH 8.2. Фероцен розчиняли в
ацетоні. Для приготування сенсора на основі фероцену як медіатора, на-
носили 4 мкл 10 мM розчину на поверхню електрода перед електроосад-
женням катодного полімеру. Електроосадження берлінської блакиті про-
водили за допомогою циклічної вольтамографії (10 циклів з 0.4 до 1.3 В зі
швидкістю 10 мВ с-1 в 5 мM розчині K3[Fe(CN)6], що містив 5 мM FeCl3 і
10 мM HCl) [13]. Після утворення плівки електрод промивали в буфері та
надалі використовували.
Вимірювання проводили при кімнатній температурі, використовуючи
три електроди: срібло-хлорсрібний електрод порівняння Ag/AgCl/KCl
(3 M), допоміжний стержневий платиновий та робочий електрод, які помі-
щали в інтенсивно перемішуваний розчин (10 мл 20 мМ фосфатного бу-
феру, pH 8.0) у скляній комірці об’ємом 50 мл. Після досягнення стабіль-
ного базового сигналу в комірку вносили певний аналіт. Амперометричні
дослідження проводились за допомогою потенціостату, з’єднаного з пер-
сональним комп’ютером для реєстрації та обробки результатів.
Методи аналізу формальдегіду. Для аналізу ФА використовували три
хімічні методи, використовуючи: хромотропову кислоту [14], 3-метил-2-
бензотіазолінонгідразон-гідрохлорид (MBTH) [15], пурпальд [16], а також
ензиматичний-фотометричний метод, який ми розробили [11].
Результати та обговорення
Наші дослідження скеровані на розробку нових методів аналізу ФА,
зокрема за використання ФдДГ та генно-інженерного продуцента цього
ферменту. У попередніх працях ми описали розроблений ензиматичний
метод аналізу ФА [11]. Важливо було порівняти його з іншими методами
моніторингу вмісту ФА. Тому ми вирішили при конструюванні амперо-
метричних біосенсорів, чутливих до ФА, як аналітичний інструмент ви-
користовувати клітини рекомбінантного продуцента ФдДГ і виділений
препарат високо очищеної ФдДГ.
ФдДГ проводить окислення комплексу ФА з глутатіоном до форміл-
глутатіону, і під час реакції відбувається відновлення NAD+ до NADH.
222 ОЛЬГА ДЕМКІВ, МИХАЙЛО ГОНЧАР
Безпосередньо переносити електрони на електрод ФдДГ не здатна, тому
транспорт електронів відбувається за допомогою медіаторів. Для ензима-
тичного біосенсора ми провели скринінг різних медіаторів: вільнодифун-
дуючих медіаторів K3[Fe(CN)6], метиленовий синій, феназинетосульфат),
а також електроосаджуваних медіаторів (фероцен, берлінська блакить,
катодний осмій-вмісний полімер CP58Os). Серед досліджуваних медіато-
рів найбільший відгук простежували при використанні осмій-вмісного по-
лімеру CP58Os [12].
Осмій-вмісні полімери забезпечують медіаторну функцію та можли-
вість іммобілізації біочутливого елемента шляхом катодного електроосад-
ження. Молекули NAD+ і глутатіону, які потрібні для функціонування
ФдДГ, фіксували за допомогою іонних контактів на поверхні позитивно
зарядженого катодного полімеру і додаткової нафіонової мембрани. Схе-
матичне зображення архітектури амперометричних біосенсорів подано на
рис. 1. За такою схемою конструювали ензимний і клітинний сенсори, де
як біочутливий елемент використовували ензим або генно-інженерні
клітини його надпродуцента.
Робочий електрод
Os
OsOs
OsOs
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
OsOs Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
Os
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
NAD+
-
-
- -
-
-
- -
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-- -
-
GSH
GSH
-
GSH
-GSH
-
GSH
GSH
-
GSH
-GSH
-
GSH
-GSH
-
GSH
-
GSH
-
GSH
GSH
-
GSH
-
GSH
-
GSH
-
-
-
-
-
-
-
-
NAD+
-
GSH
-
- NAD
-Глутатіон
відновлений
Нафіонова мембрана
CP58Os
Рис. 1. Архітектура амперометричного біосенсора.
Для сконструйованих біосенсорів вивчали біоаналітичні характеристи-
ки (лінійний діапазон відгуку, чутливість, селективність). На підставі
концентраційної залежності, зображеної на рис. 2, з’ясовано, що для ен-
зимного біосенсора максимальна відповідь становить 250 ± 5.3 мкA для
3.05 мм (діаметр) електрода. Позірна константа Міхаеліса-Ментен (Км)
для формальдегіду становить 120 ± 5.3 мM. Верхня межа лінійної області
калібрувальної кривої для створеного біосенсора становить 20 мМ. Для
клітиного біосенсора максимальна відповідь дещо нижча порівняно з ен-
зимним сенсором і становить 143 ± 6.93 мкA для 3.05 мм (діаметр) елек-
трода, константа Міхаеліса-Ментен (Км) для формальдегіду становить
41.5 ± 4.4 мM. Верхня межа лінійної області калібрувальної кривої для
клітинного біосенсора становить 6 мМ, що в 3.3 раза нижче, ніж для
АМПЕРМЕТРИЧНІ БІОСЕНСОРИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ФОРМАЛЬДЕГІДУ 223
ензимного сенсора.
0 20 40 60 80 100 120
0
20
40
60
80
100
120
I,
м
кA
ФA, mM
Chi^2 = 2.30E-12
R^2 = 0.999
Imax 250±5.25 , мкA
Km 119.9±5.34 мM
0 20 40 60 80 100 120
0
20
40
60
80
100
120
I,
м
кA
ФA, мM
Chi^2 = 8.11E-12
R^2 = 0.995
Imax 143±6.93 мкA
Km 41.5±4.38 мM
Рис. 2. Динаміка розвитку сенсорного сигналу при поступовому внесенні ФА для
платинізованих графітових електродів: CP58Os-NAD+-ФдДГ-глутатіон-нафіон (А)
(зліва) і CP58Os-NAD+-Tf 11 — 6-глутатіон-нафіон (справа).
Як з’ясувалось, значення Км для ензимного та клітинного біосенсорів
не збігаються з літературними даними про значення Км для ФдДГ з
метилотрофних дріжджів H. polymorpha (0.21 мM [17]), Candida boidinii
(0.25 — 0.29 мM [18]), Pseudomonas putida (2.1 мM [19, 20]). Можливо, це
зумовлено особливою архітектурою самого біосенсора, а саме проникніс-
тю мембрани.
Оптимальні умови функціонування біосенсорів: 20 мМ фосфатний бу-
фер, рН -7.6–8.2, температура 45 — 50°С (рис. 3), що збігається з рН- і
температурним-оптимумами для очищеного препарату ФдДГ [11].
20 30 40 50 60 70
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2
1
В
ід
но
сн
а
ак
ти
вн
іс
ть
, %
t, 0С
Рис. 3. Температурний оптимум для двох біосенсорів: CP58Os-NAD+-Tf 11 — 6-
глутатіон-нафіон (1) і CP58Os-NAD+-ФдДГ-глутатіон-нафіон (2).
Важливою характеристикою біосенсора є його селективність. Дослід-
жуючи селективність (рис. 4) розроблених біосенсорів, виявлено, що най-
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
10
20
30
40
A= -4.72±0.31253 мкA
B= 2.51±0.025 мкA/мM
I,
м
кA
[ФA], мM 0 1 2 3 4 5 6
0
2
4
6
8
10
12
14
I,
м
кA
[ФA], мM
A= -0.82±0.427 мкA
B= 2.65±0.133 мкA/мM
224 ОЛЬГА ДЕМКІВ, МИХАЙЛО ГОНЧАР
більша спорідненість для ензимного та клітинного сенсорів відповідно
простежується до ФА (100 %), менша – до метилгліоксалю (9.12 і 5.31%),
ацетальдегіду (5.1 і 2.6%), пропіональдегіду (1.89 і 0.54%), масляного аль-
дегіду (0.93 і 0.23%). Низька селективність біосенсорів до альдегідів дає
змогу більш селективно визначити вміст ФА в реальних зразках.
ФА МГ AA П Б
0
5
10
15
90
95
100
С
ел
ек
ти
вн
іс
ть
, %
Рис. 4. Селективність біосенсорів з архітектурою: CP58Os-NAD+-ФдДГ-глутатіон-
нафіон ( ) і CP58Os-NAD+-клітини-глутатіон-нафіон ( ) до альдегідів:
ФA – формальдегід; МГ – метилгліоксаль; AA – ацетальдегід; П –
пропіональдегід; Б – масляний альдегід (у відсотках до сигналу на ФА).
Стабільність сконструйованого ензимного біоелектрода вивчали шля-
хом повторних вимірів сенсорного відгуку стосовно 7.7 мМ ФА протягом
18 діб (при 4°С у 20 мМ фосфатному буфері, рН 8.2). Падіння сигналу
простежувалось тільки в 1.3 раза, що свідчить про високу стабільність
біоелектродів при зберіганні (рис. 5 ).
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
Час, дні
I,
м
кA
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
I,
м
кA
Час, год
Рис. 5. Стабільність при зберіганні (а) та операційна (б) ензимного біосенсора
CP58Os-NAD+-ФдДГ-глутатіон-нафіон.
Операційну стабільність (рис. 5) ензимного біосенсора досліджували за
а б
АМПЕРМЕТРИЧНІ БІОСЕНСОРИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ФОРМАЛЬДЕГІДУ 225
допомогою інтегрованого в аналізатор “OLGA”(on-line general analyzer).
Кожні 4 хв до комірки автоматично вносили порцію аналіту (зі швидкістю
5 мл·хв-1) і проводили реєстрацію відгуку на ФА. При внесенні 1 мМ роз-
чину ФА величина відгуку біосенсора протягом 20 год не змінювалось,
проте на 35-у годину вимірювання сигнал знизився в 2.1 раза. Отже, ен-
зимний біосенсор має високу операційну стабільність.
За допомогою сконструйованого ензимного біосенсора ми проводили
аналіз ФА в реальних зразках методом послідовного додавання ФА (див.
табл.). Було показано, що дані біосенсорного аналізу добре корелюють із
результатами, отриманими хімічними методами та ензиматичним мето-
дом [11], який ми розробили.
Таблиця
Аналіз ФА в реальних зразках методом послідовних додавань стандарту
Хімічні методи Ензиматичні та біосенсорні
методи Зразок/
Методи
МВТН пурпальд
хромотропова
кислота форматест
ФдДГ-
біосенсор
Концентрація ФА, М±m
Формідрон 1.64 ±0.61 1.2±0.20 1.48±0.26 1.53±0.31 1.57±0.13
Дескотон 3.57±0.3 3.3±0.25 3.59±0.44 3.25±0.8 3.61±0.13
Формалін 12.6±0.73 — 14.0±0.81 13.5±0.7 13.6±0.6
Вакцина проти
вірусної
геморагічної
хвороби кролів
0.038±0.003 0.043±0.002 0.029±0.005 0.042±0.004 0.041±0.005
Вакцина AДП-M
(дифтерійно-
правцева)
1.02±0.07
10-3
1.24±0.08
10-3
1.19±0.2
10-3
0.50±0.09
10-3
1.26±0.09
10-3
Кінцеві висновки
При конструюванні амперометричних сенсорів використано осмій-
вмісні полімери, які забезпечують медіаторну функцію і можливість ім-
мобілізації біочутливого елемента сенсора шляхом катодного електроо-
садження. Як біочутливий елемент використовували ФдДГ для ензимного
біосенсора, а для клітиного сенсора – клітини генно-інженерного проду-
цента ФдДГ. Для обох сконструйованих біосенсорів вивчено біоаналітичні
характеристики (лінійний діапазон відгуку, чутливість, селективність,
стабільність при експлуатації та зберіганні). Проведено тестування ен-
зимного біосенсора для визначення ФА в реальних зразках. Показано,
що результати визначення ФА, отримані різними методами, добре коре-
люють між собою.
Роботу виконано за фінансової підтримки з боку INTAS (проект Open
226 ОЛЬГА ДЕМКІВ, МИХАЙЛО ГОНЧАР
Call 03-51-6278), Програми НАН України “Сенсорні системи для медико-
екологічних та промислово-технологічних потреб“ та WUBMRC.
Автори вдячні проф. Вольфгангу Шуманну (Wolfgang Shuhman) з
Рурського Університету (м. Бохум, ФРН) за допомогу у проведенні екс-
периментів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Солдаткін О.О., Сосовська О.В., Бенілова І.В та ін. Новий кондуктометрич-
ний біосенсор для визначення концентрації формальдегіду у модельних
зразках // Біопол. і кліт. – 2005. – № 5. – С. 425 — 432.
2. Павлішко Г.М., Гончар Т.М., Гончар М.В. Хімічний та ензиматичний аналіз
вмісту формальдегіду у рибних продуктах // Експ. клін. фізіол. біохім. –
2003. – № 4. – С. 56 — 63.
3. Feron V.J., Til H.P., Vrijer F. e. a. Aldehydes: occurrence, carcinogenic potential,
mechanism of action and risk assessment // Mutat. Res. – 1991. – Vol. 259. –
P. 363 — 385.
4. Yu P.H. Deamination of methylamine and angiopathy; toxicity of formaldehy-
de, oxidative stress and relevance to protein glycoxidation in diabetes // J.
Neural Transmis.(Suppl.). – 1998. – Vol. 52. – P. 201 — 216.
5. Ho M.H., Richards R.A. Enzymatic method for the determination of formalde-
hyde // Environ. Sci. Technol. – 1990. – Vol. 24. – P. 201 — 204.
6. Gonchar M.V., Maidan M.M., Korpan Y.I. e. a. Environmental Biotechnology.
Principles and Practice / Eds. M. Moo-Young, W.A. Anderson, A.M. Charkra-
barty. Kluwer Acad. Publ. – 1995. – P. 689 — 700.
7. Winter B., Gammann K. Formaldehyde analysis by electrochemical biosensor –
FIA // Fres. Z. Anal. Chem. – 1989. – Vol. 334. – P. 720.
8. Rindt K.P., Schltissek S. Biosensor: Application in Medicine, Environmental
Protection and Process Control / Eds. R. D. Schmid, F. Scheller. GBF
Monographs, Vol. 13. – Weinheim: VCH. 1989. P. 405-415.
9. Сибірний В.А., Гончар М.В., Рябова О.Б. та ін. Современные методы анализа
формальдегида, метанола и этанола // Мікробіол. – 2005. – Т. 67, № 4. –
С. 85 — 110.
10. Демків О.М., Парижак С.Я., Красовська О.С та ін. Конструювання штамів –
надпродуцентів формальдегіддегідрогенази метилотрофних дріжджів Hanse-
nula polymorpha // Біопол. і клітин. – 2005. – Т. 21, № 6. – С. 525 — 530.
11. Demkiv O., Paryzhak S., Gayda G.E. e. a. Formaldehyde dehydrogenase from
the recombinant yeast Hansenula polymorpha: іsolation and bioanalytic appli-
cation // FEMS Yeast Res. – 2007. – № 7. – Р. 1153 — 1159.
12. Ngounou B., Neugebauer S., Frodl A. e. a. Combinatorial synthesis of a library
of acrylic acid-based polymers and their evaluation as immobilisation matrix
for amperometric biosensors // Electrochim. Acta. – 2004. – Vol. 49. –
Р. 3855 — 3863.
13. Puganova E.A., Karyakin A.A. e. a. New materials based on nanostructured Pru-
ssian blue for development of hydrogen peroxide sensors // Sens. Actuat. –
2005. – Vol. 109, № 1. – Р. 167 — 170.
14. Polska Norma PN-71 C-04568. Water and Waste Water. Determination of Me-
thyl Alcohol Content Ed. 5, Polish Com. Standard. eds., Warsaw, 1988
АМПЕРМЕТРИЧНІ БІОСЕНСОРИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ФОРМАЛЬДЕГІДУ 227
15. Sawicki E., Hauser T.R., Stanley T.W. e. a. The 3-methyl-2-benzothiazolone
hydrazone test. Sensitive new methods for the detection, rapid estimation, and
determination of aliphatic aldehydes // Anal. Chem. – 1961. – Vol. 33. –
Р. 93 — 96.
16. Avigad G. Simple spectrometric determination of formaldehyde and other alde-
hydes: application to periodate oxidized glycerol systems // Anal. Biochem. –
1983. – Vol. 134. – Р. 499 — 504.
17. Dijken J.P., Oostra-Demkes G.J., Otto R. e. a. S-Formylglutathione: the substrate
for formate dehydrogenase in methanol-utilizing yeasts // HArch Microbiol. –
1976. – Vol. 111. – № 12. – P. 77 — 83.
18. Schutte H., Flossorf J., Sahm H. e. a. Purification and properties of formalde-
hyde dehydrogenase and formate dehydrogenase from Candida boidinii // Eur
J. Biochem. – 1976. – Vol. 62. – Р. 151 — 160.
19. Tanaka N., Kusakabe Y., Ito K. e. а. Crystal structure of formaldehyde dehyd-
rogenase from Pseudomonas putida: the structural origin of the tightly bound
cofactor in nicotinoprotein dehydrogenases // J. Mol. Biol. – 2002. – Vol. 324,
№ 1. – P. 519 — 533.
20. Fujii Y., Yamasaki Y., Matsemoto M. e. a. The artificial evolution of an enzyme
by random mutagenesis: the development of formaldehyde dehydrogenase //
Biosci. Biotechnol Biochem. – 2004. – Vol. 68, № 8. – Р. 1722 — 1727.
SUMMARY
Olha DEMKIV1, Bohdan VUS2, Mykhailo GONCHAR1
AMPEROMETRIC BIOSENSORS FOR FORMALDEHYDE MEASUREMENT
1Department of Analytical Biotechnology, Institute of Cell Biology, NAS of Ukraine
2National University ”Lviv Polytechnic”
Cell- and enzyme-based biosensors for formaldehyde assay are described. Highly purified
formaldehyde dehydrogenase isolated from gene-engineered cells of thermotolerant methylo-
trophic yeast Hansenula polymorpha, and recombinant yeast cells were used, as biorecognition
elements. Bioanalytical characteristics of the constructed biosensors were studied. For enzyme-
based biosensor, linear detection range for formaldehyde was up to 20 mM, and for cell-based
sensor — up to 6 mM. Both sensors revealed high selectivity for formaldehyde with a low
cross-sensitivity to other aldehydes. Storage stability for the enzyme-based biosensor was
shown to be 15 days, and long-term operational stability of the sensor was estimated as 20
hours. Enzyme-based biosensor was applied for formaldehyde testing in real samples. A good
correlation was observed between the biosenor’s methods and other standard chemical
methods used for this analyte.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-74090 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1563-3569 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:32:27Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Демків, О. Вус, Б. Гончар, М. 2015-01-18T14:02:38Z 2015-01-18T14:02:38Z 2007 Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду / О. Демків, Б. Вус, М. Гончар // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 219–227. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 1563-3569 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74090 577.150.87+543.8:547.262 Описано клітинний і ензимний амперометричні біосенсори для аналізу
 формальдегіду за використання як біоелементів клітин генно-інженерного продуцента формальдегіддегідрогенази й очищеного препарату формальдегіддегідрогенази. Для них досліджено біоаналітичні характеристики. Лінійний діапазон для ензимного біосенсора простежується для концентрації формальдегіду в межах 2 — 20 мМ, для клітинного, нижчий – у
 межах 1 — 6 мМ. Обидва біосенсори виявили високу селективність до
 формальдегіду, даючи досить низькі відгуки на інші альдегіди. Ензимний
 біосенсор стабільний при зберіганні протягом 15 діб, а операційна стабільність біосенсора зберігається протягом 20 год. Цей біосенсор було
 використано для аналізу формальдегіду в реальних зразках. Показано
 добру кореляцію результатів, отриманих біосенсорним методом, порівняно з іншими методами аналізу. Cell- and enzyme-based biosensors for formaldehyde assay are described. Highly purified
 formaldehyde dehydrogenase isolated from gene-engineered cells of thermotolerant methylotrophic
 yeast Hansenula polymorpha, and recombinant yeast cells were used, as biorecognition
 elements. Bioanalytical characteristics of the constructed biosensors were studied. For enzymebased
 biosensor, linear detection range for formaldehyde was up to 20 mM, and for cell-based
 sensor — up to 6 mM. Both sensors revealed high selectivity for formaldehyde with a low
 cross-sensitivity to other aldehydes. Storage stability for the enzyme-based biosensor was
 shown to be 15 days, and long-term operational stability of the sensor was estimated as 20
 hours. Enzyme-based biosensor was applied for formaldehyde testing in real samples. A good
 correlation was observed between the biosenor’s methods and other standard chemical
 methods used for this analyte. uk Західний науковий центр НАН України і МОН України Праці наукового товариства ім. Шевченка Біохемія Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду Аmperometric biosensors for formaldehyde measurement Article published earlier |
| spellingShingle | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду Демків, О. Вус, Б. Гончар, М. Біохемія |
| title | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| title_alt | Аmperometric biosensors for formaldehyde measurement |
| title_full | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| title_fullStr | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| title_full_unstemmed | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| title_short | Амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| title_sort | амперометричні біосенсори для визначення формальдегіду |
| topic | Біохемія |
| topic_facet | Біохемія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74090 |
| work_keys_str_mv | AT demkívo amperometričníbíosensoridlâviznačennâformalʹdegídu AT vusb amperometričníbíosensoridlâviznačennâformalʹdegídu AT gončarm amperometričníbíosensoridlâviznačennâformalʹdegídu AT demkívo amperometricbiosensorsforformaldehydemeasurement AT vusb amperometricbiosensorsforformaldehydemeasurement AT gončarm amperometricbiosensorsforformaldehydemeasurement |