Bioszenzor fejlesztés L-aszkorbinsav és Aflatoxin M1 mérésére

Dátum
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt

Az értekezés két fő részre osztható, melyekben egy amperometriás enzim alapú és egy impedimetriás immunfehérje alapú szenzor fejlesztés leírása került összefoglalásra. Az amperometriás bioszenzor esetén az aszkorbát oxidáz enzimet természetes fehérje membránon kötöttük meg a Teflon és Plexi alapanyagú enzim cellában. A cella egy FIA rendszerű amperometriás detektorhoz lett csatlakoztatva. A rendszerben két minta injektor (20 µl mintabemérő hurok) volt egy az enzimcella előtt és egy utána. Az optimalizálás során több paramétert vizsgáltunk, s az enzim reakció és a készülék összeállítás szempontjából optimális paramétereknek a következőket találtuk: 400 mV potenciál, 0.5 ml/perc áramlási sebesség, pH=4.5-4.8, 200 mmol/L puffer koncentráció, hőmérséklet 36 °C vagy kisebb. A célvegyület mérésére és kalibrációra az enzimcella előtt és az enzimcella után injektált jelek különbségét alkalmaztuk, s a kiértékeléshez digitális jelfeldolgozást használtunk. 200 mmol/L koncentrációjú acetát pufferben kivitelezett kalibráció jó lineáris illeszkedést mutatott a 25-400 µmol/L tartományban, s a kimutatási határ 5 µmol/L, RSD 5%-nak adódott. Különböző aszkorbinsav tartalom kimérésére került sor multivitamin pezsgőtabletta, multivitamin ivólé és bor minták esetén. A 60 mg aszkorbinsav tartalmú multivitamin pezsgőtablettánál az eredmények kielégítőnek mondhatók (visszamérés hatékonységa 96%, 101%, 115% 10, 20 és 40-szeres hígítások esetén), míg bor és multivitamin ivólé esetében visszanyerésnél csak az elvárt eredmények arányai voltak kimutathatóak az összetettebb mátrix hatás következményeként. Az impedimetriás immunoszenzor esetén arannyal jelölt anti-aflatoxin M1 antitestek és ezüst elektroülepítésének együttes alkalmazására került sor az aflatoxin M1 detektálására. Az indirekt típusú kompetíciós ELISA eljárást nyomtatott elektródok felszínén valósítottuk meg. Az ezüst kronoamperometriás elektroülepítése állandó potenciálon, meghatározott ideig történt a jel erősítése érdekében. A számított töltésátviteli ellenállás (Rct) jó egyezést mutatott az AFM1 koncentrációjával. A leírásra került AFM1 immunoszenzor lineáris tartománya 15 és 1000 ng/L közzé tehető 15 ng/L-nek megfelelő kimutatási határral (RSD= 20%). Az impedimetriás eredmények a kontroll lineáris pásztázó voltametria eredményeivel jó egyezést mutattak. A tejben történő mátrix hatás tanulmányozása során töltésátviteli ellenállás növekedés volt megfigyelhető valószínűleg az arannyal jelölt AFM1 antitesteken adszorbeálódó fehérje komponenseknek köszönhetően. Tej mátrixban a lineáris tartomány egy nagyságrenddel kisebbnek adódott (25–125 ng/L) mint pufferban, és a kimutatási határ 25 ng/L-nek felelt meg. A visszamérés hatékonysága átlaga a spike-olt minták eredményeinek kiértékelése után 116±6% volt. Kísérleteink során be akartuk mutatni, hogy az ezüst irányított elektroülepítése megfelelőbb lehet, mint ezüst redukáló oldatoka használata, mert az utóbbiak reprodukálhatóságát jobban befolyásolja az idő, hőmérséklet ingadozás és fény kitettség. A töltés átviteli ellenállásban bekövetkező változások a felszínen közvetlenül megfigyelhetőek impedancia spektroszkópiával. Az ilyen típusú EIS alapú felszín vizsgálatnak meg van az az előnye, hogy elhagyható a redox párok használata a folyamatban, de az így kapott jel érzékenyebb lehet a helyi környezeti tényezőkre, a felszíni és az adszorbeált antitestek által létrehozott réteg hibái nehezen észlelhetőek. Konkrétan az immunoszenzor készítése során kialakuló munkaelektród felszínén és BSA-AFM1 konjugát megkötődésekor kialakuló különbségek és/vagy a BSA különböző fokú megkötődése befolyásolhatja az EIS jelet, s így a jel reprodukálhatósága nehezen befolyásolható. Ugyanakkor ez a típusú impedimetriás immunoszenzor elég érzékeny volt, hogy ppt tartományban kimutassa az AFM1 toxint, azonban a tejben található fehérjék befolyásolták, azaz megemelték a kapott töltésátviteli ellenállásból származó jelet. This thesis can be separated into two main parts, which contain the description of an amperometric enzyme based and an impedimetric immune based sensor development. In amperometric biosensor the ascorbate oxidase enzyme was immobilized on a natural protein membrane in the Teflon and Plexiglass enzyme cell. The cell was connected to a FIA system with an amperometric detector. In the system two sample injectors with 20 µl loop were used one before and one after the enzyme cell. During optimization several parameters were examined. For measuring analyte concentrations and for calibration procedure substraction of the signal peak area given in the presence of enzyme from the signal peak area given in the absence of enzyme was applied. The evaluation was made by digital integration. The optimal parameters are the followings: 400 mV applied potential, 0.5 ml/min flow rate, pH=4.5-4.8, 200 mmol/L buffer concentration, optimal temperature under 40 °C for this enzyme reaction in the used system. Calibration made in 200 mmol/L acetate buffer provided a good linear working range from 25-400 µmol/L, limit of detection 5 µmol/L, RSD=5%. Multivitamin tablets and wines with different ascorbic acid contents were measured for test measurements. With multivitamin tablet of 60 mg ascorbic acid content the results were satisfactory (recovery 96%, 101%, 115% for 10, 20 and 40 times dilutions respectively), while with wine and multivitamin juice samples using spiking method only the rates of expected results could be calculated due to more complex matrix effect. In case of impedimetric immunosensor gold-labelling of anti aflatoxin M1 antibodies combined with the electrodeposition of silver onto colloidal gold was used for the detection of aflatoxin M1. The indirect like competitive ELISA procedure was performed on screen-printed electrodes (SPEs). Silver was chronoamperometrically electrodeposited at a fixed applied potential and for a determined period of time to amplify the signal. The calculated charge transfer resistance (Rct) was found to correlate well with the concentration of AFM1. The linear working range of the described AFM1 immunosensor ranged between 15 and 1000 ng/L with a limit of detection (LoD) equal to 15 ng/L (R.S.D. = 20%) Impedimetric results were confronted with linear sweep voltametry (LSV) and corresponded well to this technique. By investigating the matrix effect in milk we observed an increase of charge transfer resistance possibly attributed to the presence of the proteic compounds adsorbed on the gold-labelled AFM1 antibody. In milk matrix the linear working range was one order of magnitude less (25–125 ng/L) than in buffer, and the limit of detection corresponded to 25 ng/L. The recovery percentage of spiked samples was evaluated and the mean of recovery was 116±6%. We also wanted to demonstrate that the controlled electrochemical deposition of silver is more attractive than the use of silver enhancing solutions, because these are more prone to be influenced by the time and temperature variations, and also by light exposure. Changes in charge transfer resistance can be detected and interpreted directly from impedance spectroscopy observations at the interface. This type of interface interrogation by EIS has the advantage to eliminate the use of redox species during the process, but in the same time the signal obtained is very sensible to local environmental conditions and because a redox probe is not use, small defects in the layer/layers of adsorbed immunoreagents are not easily detectable. Concretely, during the construction of the immunosensor, differences of electrode’s working area surface and BSA-AFM1 conjugate and/or BSA different rates of adsorbtion could influence the EIS signal and, as a result, the reproducibility of the signal can be hardly influenced. Nonetheless, this type of impedimetric immunosensor was sensitive enough to detected the AFM1 in the ppt range, but was also influenced by the presence of milk proteins which generated an increase of charge transfer resistance.

Leírás
Kulcsszavak
bioszenzor, biosensor, aflatoxin M1, L-aszkorbinsav, impdancia, amperometria, aflatoxin M1, ascorbic acid, impedance, amperometry
Forrás