IMOBILIZACE ACETYLCHOLINESTERASY A KONSTRUKCE ELEKTROCHEMICKÉHO BIOSENZORU PRO STANOVENÍ TOXICKÝCH ORGANOFOSFÁTŮ



Podobné dokumenty
OPTIMALIZACE METODY ANODICKÉ ROZPOUŠTĚCÍ VOLTAMETRIE PRO ANALÝZU BIOLOGICKÝCH VZORKŮ S OBSAHEM RTUTI

2) Připravte si 3 sady po šesti zkumavkách. Do všech zkumavek pipetujte 0.2 ml roztoku BAPNA o různé koncentraci podle tabulky.

Bazénové elektrody a příslušenství pro rok 2014

Doprava, zdraví a životní prostředí Brno,

2) Připravte si 7 sad po pěti zkumavkách. Do všech zkumavek pipetujte 0.2 ml roztoku BAPNA o různé koncentraci podle tabulky.

MEMBRÁNY AMPEROMETRICKÝCH SENSORŮ

Voltametrie (laboratorní úloha)

Klinická analýza. Lékaři se spoléhají na klinické testy. Testy rychlé, levné a low-tech. Prováděné laboratorními techniky či pacienty


ODSTRAŇOVÁNÍ KYANIDŮ Z MODELOVÝCH VOD

EnviroPen biosenzor pro detekci halogenovaných polutantů

Specifická izolace microrna pomocí magnetizovatelných mikročástic

STANOVENÍ ANTIOXIDAČNÍ KAPACITY METODOU FOTOCHEMILUMINISCENCE NA PŘÍSTROJI PHOTOCHEM

STANOVENÍ ANTIOXIDAČNÍ KAPACITY METODOU FOTOCHEMILUMINISCENCE NA PŘÍSTROJI PHOTOCHEM

Elektrokinetická dekontaminace půd znečištěných kobaltem

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU DEKOCHINÁTU METODOU HPLC

Institucionální program pro veřejné vysoké školy pro rok 2016 Cíl: Kvalitní a relevantní výzkum, vývoj a inovace. Název projektu:

BIOSENZORY ZALOŽENÉ NA CHOLINESTERASACH MIROSLAV POHANKA. Obsah. 1. Úvod. 2. Inhibitory cholinesteras

U = E a - E k + IR Znamená to, že vložené napětí je vyrovnáváno

Seznámení s novým vydáním normy ISO 15197:2013. Drahomíra Springer. ÚLBLD VFN a 1.LF UK Praha

Jak si ověřit správnou funkci glukometru?

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU MELAMINU A KYSELINY KYANUROVÉ METODOU LC-MS

Kurz 1 Úvod k biochemickému praktiku

Využití enzymů pro analytické a výzkumné účely

Nová doporučení o interní kontrole kvality koagulačních vyšetření. RNDr. Ingrid V. Hrachovinová, Ph.D. Laboratoř pro poruchy hemostázy, ÚHKT Praha

NÁVOD K POUŽITÍ VÁPNÍK 600 KATALOGOVÉ ČÍSLO 207

Určení koncentrace proteinu fluorescenční metodou v mikrotitračních destičkách

LABIFEL: Laboratoře Biofyzikální Chemie a Elektrochemie

Stanovení olovnatých iontů zapouzdřených v liposomech The determination of lead ions encapsulated in liposomes

Aplikace nano-sorbentů pro stabilizaci Pb a Zn v kontaminované půdě

VYUŽITÍ A VALIDACE AUTOMATICKÉHO FOTOMETRU V ANALÝZE VOD

Izolace, separace a detekce proteinů a nukleových kyselin a jejich význam VOJTĚCH ADAM

Kombinované průmyslové tlakové redoxní elektrody typu SORC-xxx

ANAEROBNÍ FERMENTACE

Parametry metod automatické fotometrické analýzy

Analytické znaky laboratorní metody Interní kontrola kvality Externí kontrola kvality

Stanovení korozní rychlosti elektrochemickými polarizačními metodami

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Metody pro vyhodnocení experimentálních dat

ÚSTAV CHEMIE A ANALÝZY POTRAVIN

Validační protokol LT CRP HS II (ADVIA 1800)

Suchá chemie. Miroslava Beňovská (vychází z přednášky doc. Šterna)

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Modifikace uhlíkové pastové elektrody pro stanovení stříbrných iontů

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

IZOLACE, SEPARACE A DETEKCE PROTEINŮ I. Vlasta Němcová, Michael Jelínek, Jan Šrámek

ELECTROCHEMICAL DETERMINATION OF LOW MOLECULAR WEIGHT ANTIOXIDANTS IN SERUM SAMPLES

POROVNÁNÍ ÚČINNOSTI SRÁŽENÍ REAKTIVNÍCH AZOBARVIV POUŽITÍM IONTOVÉ KAPALINY A NÁSLEDNÁ FLOKULACE AZOBARVIV S Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O S ÚPRAVOU ph

Elektrochemické metody

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

KATALOG DIAGNOSTICKÝCH SETŮ S K A L A B 2018

Výsledky testování sady 19 glukometrů. Drahomíra Springer. ÚLBLD VFN a 1.LF UK Praha

Monitorování hladiny metalothioneinu a thiolových sloučenin u biologických organismů vystavených působení kovových prvků a sloučenin

FOTOKATALYTICKÁ OXIDACE BIOLOGICKY OBTÍŽNĚ ODBOURATELNÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK OBSAŽENÝCH V NADBILANČNÍCH VODÁCH ZE SKLÁDEK KOMUNÁLNÍHO ODPADU

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ELEKTROMIGRAČNÍ METODY

LABORATOŘ OBORU I. Příprava diagnostického testu na bázi lateral flow immunoassay ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111)

Analytické nástroje pro analýzu iontů v prostředí. Analytical tools for environmental metal ions determination

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Worshop v rámci semináře: Cholinesterasy a jejich využití v konstrukci biosenzorů

1. Metodika. Protokol č. F1-4 Metodika: Srovnávací analýza efektivity přípravy rekombinantního proteinu ve fermentoru

Zavedení nového přístroje v hematologické laboratoři

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU MYKOTOXINŮ METODOU LC-MS - FUMONISIN B 1 A B 2

Stanovení účinnosti chemické dezinfekce vody ( chemické aspekty )

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

PROCES REALIZACE ANALÝZY

ČIŠTĚNÍ A PŘEDÚPRAVA PROCESNÍCH A ODPADNÍCH VOD Z VÝROBY PAPÍRU ELEKTROCHEMICKÝM - FENTONOVÝM PROCESEM

HbA1c. Axis - Shield. Společnost je zapsána v obchodním rejstříku Městského soudu v Praze, odd. C vložka 1299

Stanovení koncentrace (kvantifikace) proteinů

PODPOROVANÁ ATENUACE V PRAXI. Vít Matějů, ENVISAN-GEM, a.s. Tomáš Charvát, VZH, a.s. Robin Kyclt, ENVISAN-GEM, a.s.

Mikrofluidní systémy a možnosti jejich automatizovaného a vzdáleného řízení

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

laboratorní technologie

Hmotnostní detekce v separačních metodách

Pojem management Standardní operační postup (SOP) Management potravinářské laboratoře

Validace sérologických testů výrobcem. Vidia spol. s r.o. Ing. František Konečný IV/2012

FluoroSpheres Kód K0110

ANALYSIS OF CYSTEINE, GLUTATHIONE AND PHYTOCHELATINS BY HIGH-PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY WITH ELECTROCHEMICAL DETECTION

Chem. Listy 104, (2010)

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

INTERAKCE MODIFIKOVANÝCH ZLATÝCH NANOČÁSTIC S NUKLEOTIDY. Pavel Řezanka, Kamil Záruba, Vladimír Král

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

RIZIKA PŘI PŘÍPRAVĚ PARENTERÁLNÍ VÝŽIVY

Izolace RNA. doc. RNDr. Jan Vondráček, PhD..

Konduktometrie. Potenciometrie, Iontově selektivní elektrody (ISE) Voltametrie (Ampérometrie, Polarografie)

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

NÁVOD K POUŽITÍ VÁPNÍK 600 A KATALOGOVÉ ČÍSLO 204

GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum:

TECHNIKY VYTVÁŘENÍ NANOSTRUKTUROVANÝCH POVRCHŮ ELEKTROD U MIKROSOUČÁSTEK TECHNIQUES TO CREATE NANOSTRUCTURED SURFACES OF ELECTRODES FOR MICRO DEVICES

Nový postup stanovení N-(2-hydroxyethyl)valinu v globinu pracovníků exponovaných ethylenoxidu

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Laboratorní práce č. 8: Elektrochemické metody stanovení korozní rychlosti

ROZDĚLENÍ A POŽADAVKY NA KATEGORIE FUNKCE VÝROBKU, KATEGORIE SLOŽKOVÝCH MATERIÁLŮ. Jana Meitská Sekce zemědělských vstupů ÚKZÚZ Brno

Transkript:

ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY 105 IMOBILIZACE ACETYLCHOLINESTERASY A KONSTRUKCE ELEKTROCHEMICKÉHO BIOSENZORU PRO STANOVENÍ TOXICKÝCH ORGANOFOSFÁTŮ Miroslav POHANKA 1, 2, Oto DROBÍK 3, Zuzana KŘENKOVÁ 4, Jana ŽĎÁROVÁ KARASOVÁ 2, Jiří CABAL 2, Kamil KUČA 1, 2 1 Univerzita obrany, Fakulta vojenského zdravotnictví, Centrum pokročilých studií, Hradec Králové 2 Univerzita obrany, Fakulta vojenského zdravotnictví, katedra toxikologie, Hradec Králové 3 Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, katedra farmaceutické chemie, Hradec Králové 4 Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická, katedra biologických a biochemických věd, Pardubice Souhrn Biosenzory jsou analytická zařízení založená na těsném spojení tzv. biorekogničního elementu a fyzikálně chemického převodníku. V této studii byl použit sítotiskový senzor s platinovou pracovní elektrodou jako převodník a acetylcholinesterasou jako biorekogničním elementem. Acetylcholinesterasa byla imobilizována rozdílným způsobem, včetně sol-gel technologie, imobilizace na grafitová nanovlákna, precipitace glutaraldehydem a zachycení do sférických grafitových mikročástic. Pro jednotlivé imobilizační postupy byla stanovena účinnost a diskutuje se o praktickém dopadu konstrukce biosenzoru. Klíčová slova: Biosenzor; Acetylcholinesterasa; Nervově paralytická látka; Detekce; Stanovení; Organofosfát. Immobilization of Acetylcholinesterase and a Construction of Biochemical Biosensor for Identification of Toxic Organophosphates Summary Biosensors are analytical devices based on tight junction of so-called biorecognition element and a physicochemical transducer. In this study, a screen printed sensor with platinum working electrode as the transducer and acetylcholinesterase as the biorecognition element were used. Acetylcholinesterase was immobilized in a different way including sol-gel technologies, immobilization on graphite nanofibers, precipitation with glutaraldehyde and interception into spherical graphite microparticles. Efficacy for given immobilization protocols was estimated, and practical impact of the study was discussed. Key words: Biosensor; Acetylcholinesterase; Nerve agents; Detection; Assay; Organophosphate. Úvod Biosenzory jsou analytická zařízení skládající se ze tří komponent: první je prvek přírodního původu, tzv. biorekogniční element. Tím může být enzym, protilátka, organela aj. Druhou komponentou je fyzikálně-chemický převodník. Poslední komponentou je pak detektor. Příkladem může být tradiční biosenzor pro stanovení glukózy dodávaný komerčně, jako například laboratorní detektor YSI- -2700D (YSI Incorporated, Yellow Springs, Ohio, USA) a osobní glukometr Smartest (Biotest Medical Corporation, Taichung, Taiwan), resp. OKmeter Link Blood Glucose Meter (OK Biotech, Hsinchu, Taiwan). Jako biorekogniční element je zde glukosaoxidasa, fyzikálně-chemický převodník pak pracovní elektroda, resp. kombinovaná elektroda. Detektorem je elektrochemický analyzátor. Důležitou podmínkou toho, aby analytické zařízení bylo považováno za biosenzor, je spojení biorekogničního elementu a fyzikálně-chemického převodníku. Pro rychlou analýzu přítomnosti toxických látek mohou být použity biosenzory s rozdílnými biorekogničními elementy. Jedním z nich je i amperometrický biosenzor založený na acetylcholinesterase (AChE; EC 3.1.1.7) fungující na tzv. inhibičním principu. To znamená, že v nepřítomnosti toxické látky poskytuje biosenzor plný signál. Přítomnost nervově paralytické látky, organofosfátového, resp. karbamátového pesticidu, případně jiného specifického inhibitoru, se projeví poklesem měřeného signálu. Vlastní princip fungování amperometrického biosenzoru s imobilizovanou AChE je nastíněn na obrázku 1. Základním předpokladem úspěšné konstrukce funkčního biosenzoru je zvládnutí imobilizačního postupu. Vlastní imobilizační postup musí odpovídat nejen povaze biorekogničního elementu, ale i

106 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 acetylthiocholin AChE membrána elektroda octová kyselina + thiocholin Obr. 1: Schéma amperometrického biosenzoru založeného na AChE a acetylthiocholinu jako subsbstrátu chemické povaze povrchu fyzikálně-chemického převodníku. Jako vlastní charakteristika úspěšnosti imobilizačního postupu v případě biosenzorů obsahujících enzym jako biorekogniční element je porovnání aktivity vnesené na senzor se zdánlivou aktivitou poskytnutou biosenzorem. Při hodnocení je ale třeba zvážit fakt, že substrát může obtížně penetrovat vzniknuvší membránou na povrchu biosenzoru a obvykle dochází i ke změně Michaelisovy konstanty pro imobilizovaný enzym. V této studii je hodnocena úspěšnost imobilizací AChE na keramický povrch sítotiskového senzoru. Metodika dithiocholin 2xe - detektor Chemikálie AChE z elektrického úhoře (1000 U/mg proteinu), bovinní sérový albumin (BSA), acetyl thiocholin chlorid (ATChCl), diisopropyl fluorfosfát (DFP) byly získány od společnosti Sigma-Aldrich (pobočka Praha). Fosfátem pufrovaný fyziologický roztok (PBS) byl použit jako základní pufr pro experimentální činnost. Organické a anorganické chemikálie užité v experimentech byly v p. a. kvalitě. Voda byla připravena pomocí reverzní osmózy (Millipore). Vybavení Sítotiskový senzor (25,4 7,3 0,6 mm) s platinovou, případně grafitovou pracovní (průměr 1 mm), Ag/AgCl referenční a platinovou případně grafitovou pomocnou elektrodou byl získán od společnosti BVT (Brno). Senzor byl omyt deionizovanou vodou před vlastním měřením. Pro měření byl použit elektrochemický detektor EmStat s ovládacím softwarem PSLite 1.7.3 (PalmSens, Houten, Nizozemsko). Imobilizace AChE Imobilizace byla realizována na keramickou podpornou destičku sítotiskového senzoru v bezprostřední blízkosti platinové pracovní elektrody. Byly vybrány následující metody: prostá sorpce na keramický povrch, zachycení do membrány tvořené želatinou, precipitace ve formě monovrstvy homobifunkčním činidlem glutaraldehydem, zachycení metodou sol-gel, zachycení do leštěné vrstvy tvořené sférickými částicemi grafitu a zachycení na grafitová nanovlákna. Účinnost imobilizačního postupu byla porovnána s ekvivalentní aktivitou AChE v homogenní fázi se substrátem. Vstupní aktivita AChE byla nastavena na 1 U/µl a cholinesterasa byla stabilizována roztokem BSA ve výsledné koncentraci 1 µg/ml (směs dále označována jako roztok AChE). Prostá sorpce byla založena na rozprostření 1 µl roztoku AChE s 9 µl PBS na povrch sítotiskového senzoru. Směs byla vysušena za pokojové teploty a SATP podmínek. Precipitace glutaraldehydem je založena na kopolymeraci molekul AChE mezi sebou a BSA prostřednictvím volných aminoskupin. Na povrch senzoru je naneseno 8 µl PBS a přidán 1 µl roztoku AChE a 1 µl 0,1% (v/v) glutaraldehydu. Po aplikaci roztoků byl senzor inkubován při 4 ºC po dobu 4 hodin v uzavřené Petriho misce a následně nechán k samovolnému vysušení při pokojové teplotě. Zachycení do želatinové membrány vycházelo z citované literatury (1). Zachycení spočívalo ve smíchání 1 µl roztoku AChE s 8 µl PBS a 1 µl 1% želatiny (Merck) na povrch senzoru. Roztok byl po promíchání mikropipetou vysušen při SATP podmínkách. Zachycení metodou sol-gel: metoda je založena na směsné kondenzaci tetramethoxysilanu (TMOS) a methyltrimethoxysilnu (MTMOS) v přítomnosti imobilizovaného enzymu. Byl použit modifikovaný postup z citace (9, 10). Do jednorázové plastové zkumavky je postupně přidáno 10 µl TMOS, 10 µl MTMOS, 44 µl deionizované vody, 40 µl HCl (1 mm) a 4 µl polyethylenglykolu (PEG, 600 Da). TMOS, MTMOS a PEG600 byly získány od firmy Sigma-Aldrich jako koncentráty (> 98% w/v). Směs byla intenzivně promíchána a ponechána k parciální hydrolýze při 4 ºC po dobu 24 hodin. Pět µl sol- -gel směsi bylo smícháno se 4 µl deionizované vody a 1 µl roztoku AChE na očištěném keramickém povrchu sítotiskového senzoru a inkubováno 24 hodin při 4 ºC. Zachycení do leštěné vrstvy tvořené sférickými částicemi grafitu (uhlíková pasta): 1 µl roztoku AChE

ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY 107 bylo injektováno do 10mg grafitových mikročástic (sférické, průměr 5 µm, dodavatel Sigma-Aldrich). Suspenze byla vysušena a rozleštěna na keramický sítotiskový senzor a rozetřena o glazovaný keramický povrch. Zachycení na grafitová nanovlákna: pro imobilizaci byla vybrána karbonová nanovlákna funkcionalizovaná karboxylovými skupinami (Sigma-Aldrich) s deklarovanými rozměry vláken 4 5 nm krát 0,5 1,5 µm. Vlákna byla zachycena do želatinové membrány (1 mg vláken/10 µl 0,1% želatiny v deionizované vodě). Po zaschnutí byly volné karboxylové skupiny aktivovány 1 mm N-hydroxysukcinimidem (NHS). AChE byla nanesena na aktivovaný povrch v množství jako směs 1 µl zásobního roztoku a 9 µl PBS. Použití biosenzorů Biosenzory připravené podle výše uvedených postupů byly exponovány inhibitorem (DFP) po dobu 30 minut a následně byl přebytek inhibitoru odsát. DFP inhibované nebo kontrolní biosenzory byly ponořeny do kyvety s 1 mm ATChCl v PBS a inkubovány 2 minuty. Po této době byla stanovena hladina nahromaděného thiocholinu pomocí square wave voltametrie (SWV) případně cyklické voltametrie. Vlastní parametry SWV jsou následující: rozsah měření 0 1,1 V, vlny: 1 Hz, amplituda 0,01 V, měřená data sbírána po 0,005 V. Pro cyklickou voltametrii byla data sbírána rovněž po 0,005 V s rychlostí potenciálové změny 50 mv/s a rozsahem měření 0 1,1 V. Jeden vzorek byl analyzován jedním měřicím cyklem. Měření proběhlo pomocí výše popsaného zařízení EmStat s ovládacím softwarem PSLite. Výsledky Použití vlastního biosenzoru v kombinaci s SWV vyžadovalo najít a charakterizovat píky odpovídající vznikajícímu thiocholinu. Byla provedena série měření s hydrolyzovaným ATChCl pomocí AChE a zároveň kontrolní měření v nepřítomnosti ATChCl. Přítomnost hydrolyzovaného ATChCl se projevila změnou průběhu voltamogramu a tvorbou píku s vrcholem při 641 mv. Při prvotních studiích se rovněž zvažovalo použití cyklické voltametrie. Tato technika nebyla shledána jako optimální díky hůře definované pozici píků a horší interpretaci výsledků z důvodu proudové odezvy blanku způsobené polarizací elektrod. Proto jsme se v experimentu přiklonili k použití právě SWV. V záznamech SWV se nepravidelně objevovaly různé píky, které byly následně identifikovány jako kontaminanty reagencií (staré reagencie, použití zásobních nádob s mechanicky narušeným povrchem) a znečištěné elektrody (dotyk rukou, povrchové okem viditelné kazy od výroby aj.). Ostře ohraničené píky s malou amplitudou se pak objevovaly jako důsledek horší kvality kontaktů a vnitřních chyb v ovládacím softwaru. Po odstranění nežádoucích vlivů byl jednoznačně identifikován pík náležící oxidaci thiocholinu a interferující píky byly minimalizovány na úroveň, kdy neovlivňovaly vyhodnocování signálů. Pokud se přesto objevovaly jiné píky, pak tyto píky byly nižší ve srovnání s píkem thiocholinu. Jedinou výjimkou je nárůst detekovaného proudu při potenciálech nad 900 mv. Tento proud odpovídá elektrolýze vody a hranice 900 mv byla v rámci experimentů považována jako horní mez pro sledování voltametrické odezvy. Měření čistého ATChCl senzorem bez AChE ukázalo jen nízký pík v oblasti, kde lze očekávat oxidaci thiocholinu. Situace se však změnila, pokud byl ATChCl skladován delší dobu. Docházelo k samovolnému rozkladu na kyselinu octovou a thiocholin a následnému vzniku falešně pozitivního stanovení enzymové katalýzy. Z tohoto důvodu byl roztok ATChCl připravován čerstvý bezprostředně před vlastním měřením. V rámci experimentů byla stanovena přesná poloha píku odpovídajícímu oxidaci thiocholinu, pološířka a nižší hodnota napětí odpovídající polovině výšky píku. Hodnoty byly stanoveny s pomocí desetinásobného opakovaného měření. Hodnota polohy píku byla 641 ± 18 mv, pološířka 95 ± 15 mv a nižší hodnota napětí odpovídající polovině výšky píku 575 ± 13 mv. Pro následující experimenty byl signál (detekovaný proud) odečítán v oblasti vrcholu píku. Pokud nebyl vrchol píku jednoznačně rozeznatelný, např. díky silné inhibici AChE, tak byl vrchol aproximován na hodnotu potenciálu 641 mv. Úspěšnost imobilizačního postupu byla vyjádřena jako velikost píku při 641 mv. Pro potlačení vlivu pozadí a interferencí byl signál přepočítán vůči kontrole (bez imobilizované AChE). Zároveň byla provedena kalibrace za použití DFP jako modelového inhibitoru a na základě porovnání rozptylu hodnot kontrolního měření a vlastní kalibrační křivky byl stanoven limit detekce (S/N = 3). Limit detekce pak byl zvažován jako třetí parametr poukazující na vhodnost metody. Vlastní experimentální data

108 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 jsou zobrazena v následujících obrázcích. Hodnota detekované proudu jako obrázek 2, poměr signálu vůči kontrole jako obrázek 3. Kalibrace připravených biosenzorů pomocí standardního DFP nepoukázala na signifikantní rozdíly mezi jednotlivými imobilizačními postupy. Limit detekce byl pro připravené biosenzory v rozmezí 10 8 10 7 mol/l bez signifikantních rozdílů (ANOVA, P > 0,05) mezi vlastními imobilizačními postupy a AChE v homogenní fázi. i (µα µα) Obr. 2: Proud odpovídající píku při 641 mv. Sloupec 1 prostá sorpce, 2 precipitace glutaraldehydem, 3 zachycení technikou sol-gel, 4 zachycení do želatiny, 5 imobilizace do sférických grafitových mikročástic (uhlíková pasta), 6 zachycení na grafitová nanovlákna, 7 AChE v homogenní fázi se substrátem i p /i b 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Obr. 3: Poměr detekovaného proudu poskytnutého biosenzorem při 641 mv (ip) vůči signálu pozadí bez imobilizované AChE (ib). Popis sloupců stejný jako v předešlém obrázku. Diskuse SWV byla úspěšně použita pro sledování aktivity AChE. Při experimentu byla nalezena potenciálová oblast, ve které je oxidován vznikající thiocholin. Při použití SWV je pík typicky ostře ohraničený, dobře definovatelný a relativně málo vnímavý na interferenci např. biologických matricí (13). Literárně je SWV popsána jako vhodná pro stanovení sloučenin obsahujících thiol (16, 18). Separátní experimenty a nalezené studie využívající cyklickou voltametrii prokázaly rovněž použitelnost této techniky pro analýzu redoxně aktivních látek (11). Nicméně voltamogramy poskytnuté cyklickou voltametrií jsou hůře použitelné z důvodu špatně definovatelných píků a kontinuálního nárůstu polarizačního proudu. Na rozdíl od SWV poskytující definovaný pík, cyklická voltametrie poskytuje píky, které při nižší koncentraci thiocholinu mají charakter spíše oxidačních vln. SWV je rovněž na rozdíl od cyklické voltametrie méně citlivá na hysterezi a interferenci makromolekul sorbujících se na elektrody. Tyto závěry se shodují s analytickými studiemi upřednostňujícími SWV z důvodů větší preciznosti a reprodukovatelnosti experimentálních dat (22). Z hlediska interferencí se mohou u elektrochemických metod projevit antioxidanty (3). Při stanovení organofosfátů je vliv antioxidantů méně pravděpodobný, nicméně při stanovení organofosfátů v komplexních biologických matricích je třeba toto stanovení metodicky přizpůsobit možnostem voltametrie. Rovněž některé těžké kovy mohou v prostředí thiolů katalyzovat redoxní pochody ovlivňující voltametrické měření (6). Testované imobilizační postupy měly rozdílnou efektivitu zachycení AChE. Pro porovnání metody byl zvolen experiment, ve kterém byla použita AChE v homogenní fázi se substrátem. Jako velmi vhodné metody byly nalezeny prostá sorpce, precipitace glutaraldehydem a zachycení na grafitová nanovlákna. Zachycení AChE do želatinové membrány bylo méně vhodné. Sol-gel technologie a zachycení do grafitových mikročástic nebyly příliš vhodné pro imobilizaci AChE na keramický povrch, přestože některé studie preferují sol-gel pro konstrukci biosenzorů založených na AChE (17). Rovněž použití uhlíku ve formě uhlíkové pastové elektrody již bylo popsáno jako vhodné pro konstrukci biosenzoru založeného na AChE (4), případně i jiných enzymů, jako je např. laktát dehydrogenáza použitá ke konstrukci elektrochemického biosenzoru k stanovení D-laktátu (12). Předností sol-gel techniky jsou především optické vlastnosti membrány a její dobrá kompatibilita s povrchem optických vláken (5). Vzhledem k předpokládanému jednorázovému použití biosenzoru je třeba zohlednit materiální a časovou náročnost přípravy biosenzoru. Z tohoto

ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY 109 důvodu není pro vlastní konstrukci biosenzoru zvažován imobilizační postup založený na grafitových nanovláknech, přestože je literárně doložená dobrá dlouhodobá stabilita takto připravených biosenzorů (20), a imobilizace cestou aktivace karboxylových skupin pomocí N-hydroxysukcinimidu není technologicky nezvládnutelná (8). Imobilizace prostou sorpcí a precipitací glutaraldehydem je srovnatelná. Jako optimální byla nakonec zvolena precipitace glutaraldehydem s ohledem na lepší stabilizaci biorekogniční složky před případným vymýváním při dlouhodobém uchovávání biosenzoru v tekutém prostředí. Tento typ imobilizací obvykle poskytuje dobrou stabilitu biorekogniční vrstvy s dostatečnou penetrací pro nízkomolekulární sloučeniny (21). Nicméně i prostou sorpci lze považovat za vhodnou imobilizační techniku používanou pro zachycení biorekogničních elementů (15). Rozdílnou účinnost imobilizačních postupů lze vysvětlit multifaktoriálním efektem na prostupnost substrátu a celkovou konformaci molekuly AChE. Membrána vznikající při imobilizaci je překážka difuze substrátu (19), membrána obsahující AChE je tedy mechanickou překážkou difuze acetylthiocholinu k enzymu a následné difuze thiocholinu. Menší úspěšnost sol-gel technologie a zachycení do vrstvy sférických grafitových mikročástic může být způsobeno právě menší velikostí pórů a jejich menší četností. Konformační poškození je rovněž možným efektem snižujícím účinnost imobilizačního postupu. Sterický tlak na strukturu AChE a rozpad její kvarterní struktury byl literárně popsán jako zdroj poklesu její aktivity (2, 7, 14). Závěr V rámci studie byly testovány vybrané imobilizační postupy vhodné pro zachycení biorekogničních elementů konstruovaných biosenzorů a úspěšnost imobilizačních postupů byla vzájemně porovnána. Na základě dosažených výsledků byly doporučeny imobilizační postupy vhodné pro další experimenty a analytické použití jednotlivých biosenzorů. Jako optimální imobilizační postup se jeví zachycení na keramický povrch pomocí precipitace glutaraldehydem. Poděkování Autoři děkují MO ČR za projekt OVUOFVZ200807. Literatura 1. ALTERIIS, E., de PARASCANDOLA, P. PECORELLA, MA., et al. Effect of galatin immobilization on the catalytic activity of enzymes and microbial cells. Biotechnol. Techniq., 1988, vol. 2, no. 3, p. 205 210. 2. BUKOWSKA, B. HUTNIK, K. 2,4-D and MCPA and their derivatives: effect on the activity of membrane erythrocytes acetylcholinesterase (in vitro). Pest. Biochem. Physiol., 2006, vol. 85, no. 3, p. 174 180. 3. CHUVAILO, ON. DZYADEVICH, SV. ELSKAYA, AV., et al. Carbon fibre based microbiosensors for in vivo measurements of acetylcholine and choline. Biosens. Bioelectron., 2004, vol. 21, no. 1, p. 87 94. 4. CIUCU, AA. NEGULESCU, C. BALDWIN, RP. Detection of pesticides using an amperometric biosensor based on ferophthalocyanine chemically modified carbon paste electrode and immobilized bienzymatic system. Biosens. Bioelectron., 2003, vol. 18, no. 2, p. 303 310. 5. DOONG, RA. TSAI, HC. Immobilization and characterization of sol-gel encapsulated acetylcholinesterase fiber-optic biosensor. Anal. Chim. Acta, 2001, vol. 434, no. 2, p. 239 246. 6. DORČÁK, V. ŠESTÁKOVÁ, I. Electrochemical behavior of phytochelatins and related peptides at the hanging mercury drop electrode in the presence of cobalt (II) ions. Bioelectrochemistry, 2006, vol. 68, no. 1, p. 14 21. 7. FALASCA, C. PERRIER, N. MASSOULIE, J., et al. Determinants of the t peptide involved in folding, degradation, and secretion of acetylcholinesterase. J. Biol. Chem., 2005, vol. 280, no. 2, p. 878 886. 8. FROST, RG. MONTHONY, JF. ENGELHORN, SC., et al. Covalent immobilization of proteins to N-hydroxysuccinimide ester derivatives of agarose: Effect of protein charge on immobilization. Biochim. Biophys. Acta, 1981, vol. 670, no. 2, p. 164 169. 9. HARTNETT, AM. INGERSOLL, CM. BAKER, GA., et al. Kinetics and thermodynamics of free flavin and the flavin- based redox active site within glucose oxidase dissolved in solution or sequestered within a sol-gel derived glass. Anal. Chem., 1999, vol. 71, no. 1, p. 1215 1224. 10. HENCH, LL. WEST, JK. The sol-gel process. Chem. Rev., 1990, vol. 90, no. 1, p. 33 79. 11. NOVAK, I. SERUGA, M. KOMORKSY-LOVRIC, S. Square-wave and cyclic voltammetry of epicatechin gallate on glassy carbon electrode. J. Electroanal. Chem., 2009, vol. 631, no. 1, p. 71 75. 12. POHANKA, M. ZBOŘIL, P. Amperometric biosensor for D-lactate assay. Food Technol. Biotechnol., 2008, vol. 46, no. 1, p. 107 110. 13. POHANKA, M. BANDOUCHOVA, H. SOBOTKA, J., et al. Comparison of ferric reducing antioxidant power and square wave voltammetry for assay of low molecular weight antioxidants in blood plasma: Performance and comparison of methods. Sensors, 2009, vol. 9, no. 1, p. 9094 9103. 14. RENAULT, L. ESSONO, S. JUIN, M., et al. Structural insights into AChE inhibition by monoclonal antibodies. Chem. Biol. Interact., 2005, vol. 157, no. 1, p. 397 400. 15. SEKEROGLU, G. FADILOGLU, S. GOGUS, F. Immobilization and characterization of naringinase for the hydrolysis of naringin. Eur. Food Res. Technol., 2006, vol. 224, no.1, p. 55 60.

110 VOJENSKÉ ZDRAVOTNICKÉ LISTY ROČNÍK LXXIX, 2010, č. 3 16. SHAHROKHIAN, S. BOZORGZADEH, S. Electrochemical oxidation of dopamine in the presence of sulfhydryl compounds: application to the square-wave voltammetric detection of penicillamine and cysteine. Electrochim. Acta, 2006, vol. 51, no. 20, p. 4271 4276. 17. SOTIROPOULOU, S. CHANIOTAKIS, NA. Tuning the sol-gel microenvironment for acetylcholinesterase encapsulation. Biomaterials, 2005, vol. 26, no. 33, p. 6771 6779. 18. SUPALKOVA, V. HUSKA, D. DIOPAN, V., et al. Electroanalysis of plant thiols. Sensors, 2007, vol. 7, no. 1, p. 932 959. 19. SINNER, EK. RITZ, S. NAUMANN, R., et al. Self- -assembled tethered biomolecular lipid membranes. Adv. Clin. Chem., 2009, vol. 49, no. 1, p. 159 179. 20. TANG, H. CHEN, J. YAO, S., et al. Amperometric glucose biosensor based on adsorption of glucose oxidase at platinum nanoparticle-modified carbon nanotube electrode. Anal. Biochem., 2004, vol. 331, no. 1, p. 89 97. 21. TIMUR, S. PAZARLIOGLU, N. PILLOTON, R., et al. Detection of phenolic compounds by thick film sensors based on Pseudomonas putida. Talanta, 2003, vol. 61, no. 2, p. 87 93. 22. YAZICI, MS. SELMAN, JR. Dissolution of partially immersed nickel during in situ oxidation in molten carbonate: cyclic, stripping and square wave voltammetry measurements. J. Electroanal. Chem., 1998, vol. 457, no. 1, p. 89 97. Korespondence: Kpt. RNDr. Miroslav Pohanka, Ph.D. Univerzita obrany Fakulta vojenského zdravotnictví Třebešská 1575 500 01 Hradec Králové e-mail: miroslav.pohanka@gmail.com; pohanka@pmfhk.cz Do redakce došlo 11. 1. 2010 P Ř I P O M Í N Á M E SPOLEČNOST VOJENSKÝCH LÉKAŘŮ, FARMACEUTŮ A VETERINÁRNÍCH LÉKAŘŮ ČSL JEP pořádá 20. až 21. října 2010 na Fakultě vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Hradci Králové 10. konferenci odborné Společnosti vojenských lékařů, farmaceutů a veterinárních lékařů ČLS JEP Hlavní témata konference: Pokroky v diagnostice a léčbě na úrovni praktického lékaře v nemocničních zařízeních Organizace a taktika řízení a velení vojenské zdravotnické služby aktuální problémy Oblast vědecké činnosti a výzkumu ve vojenském zdravotnictví Zkušenosti a poznatky ze zahraničních misí Kasuistiky a varia Podrobné organizační informace naleznete na http://www.pmfhk.cz