LOSCHMIDTOVY LABORATOŘE MASARYKOVA UNIVERZITA Vývoj nového biosensoru k rychlému monitorování a mapování kontaminace v životním prostředí Bidmanová Š., Kotlánová M., Rataj T., Damborský J., Trtílek M., Prokop Z. Photon Systems Instruments
Halogenované alifatické uhlovodíky Přírodní i antropogenní látky Toxické, potenciálně karcinogenní, mutagenní a teratogenní Obtížně odbouratelné polutanty Významný ekologický problém
Monitorování halogenovaných látek Konvenční metody Biosensory Odběr Izolace Separace Analyt Převodník Biorozpoznávací složka Výstup
Monitorování halogenovaných látek Konvenční metody Nízké detekční limity Vysoká citlivost Zavedené metody Odběr a předpříprava vzorků Vysoké náklady Časová náročnost Biosensory Vysoká specificita Kontinuální in situ měření Jednoduchost a rychlost Vyšší detekční limity Omezená životnost Většinou prototypy
Optické biosensory
Biorozpoznávací složka Halogenalkandehalogenasy Převážně mikrobiální enzymy Reakce: hydrolytická dehalogenace Substráty: halogenované alifatické uhlovodíky
Indikátor Deriváty fluoresceinu Závislost fluorescence na ph Záznam fluorescenčních změn jako změna potenciálu fotonásobiče nebo fotodiody
Optické biosensory Imobilizace biorozpoznávací složky a indikátoru
Optické biosensory Prototyp optického biosensoru
Optické biosensory Miniaturizace a optimalizace - EnviroPen Charakteristiky Prototyp EnviroPen Měřící čas (min) 30 1 Velikost (cm) 25 x 25 x 7 6 x 3 x 19 Detekční limit pro 1,2-dibromethan (mg.l -1 ) 24,99 2,63 Předpokládaná cena ( ) 6000 1600
Charakterizace EnviroPenu Opakovaný přídavek analytu 1,2-Dibromethan Vyředění
Charakterizace EnviroPenu Opakovatelnost měření,,, 1. batch 2. batch 3. batch
Relativní odezva biosensoru (%) Relativní odezva biosensoru (%) Charakterizace EnviroPenu Měřicí rozsah 1,2-Dibromethan 120 120 90 90 60 60 30 30 0 0 10 20 30 40 50 60 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Teplota ( C) ph Teplotní rozsah 10 40 C ph rozsah 4 10
Odezva biosensoru Odezva biosensoru Odezva biosensoru Odezva biosensoru Charakterizace EnviroPenu Limity detekce analytů 0.4, 0.3, LOD = 2,63 mg.l -1 LOD = 0,75 mg.l -1 0.3, 0.2, 0.2, 0.1, 0.1, 0 0 10 20 30 40 50 1,2-Dibromethan, (mg.l -1-1 ) 0 0 10 20 30 40 50 3-Chlor-2-(chlormethyl)-1-propen (mg.l -1 ) 0.3, 800 LOD = 1,33 mg.l -1 LOD = 2,37 mg.l -1 0.2, 600 0.1, 400 0 0 10 20 30 40 200 0 10 20 30 40 50 1,2,3-Trichlorpropan (mg.l -1-1 )) 1,2-Dichlorethan (mg.l (mg.l -1 ) -1 )
Testy v reálném prostředí Výběr lokality Spolana Neratovice Výroba PVC, kaprolaktamu, hydroxidu sodného, kyseliny sírové a hnojiv Colorlak Staré Město Výroba barev, laků a ředidel
Testy v reálném prostředí 1 Colorlak Čerťák Laguna I Laguna II
Testy v reálném prostředí 1 Fyzikálně-chemické vlastnosti vodných vzorků Lokalita Čerťák Laguna I Laguna II ph 7,9 9,2 9,2 Teplota ( C) 15,2 16,1 14,4 Rozpuštěný kyslík (mg.l -1 ) 9,4 9,0 9,2 Tvrdost vody polotvrdá tvrdá tvrdá Pufrační kapacita (ΔpH. µmol -1 HCl) 0,4 0,5 0,6
Čerťák Laguna I Laguna II 1 2 3 Odezva biosensoru Testy v reálném prostředí 1 Analýza vodných vzorků pomocí EnviroPenu 3000 2000 1000 0 Detekce 1,2-dichlorethanu DhlaA Detekce jiných LinB halogenovaných látek -1000
Intenzita Testy v reálném prostředí 1 Analýza vodných vzorků pomocí GC Laguna I A 1,8e+07 1,4e+07 A A Diethylether (99%) 1,0e+07 0,6e+07 A 0,2e+07 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Čas (min)
Testy v reálném prostředí 2 Labe I Libiš Spolana Labe II
Testy v reálném prostředí 2 Fyzikálně-chemické vlastnosti vodných vzorků Lokalita Libiš Labe I Labe II ph 7,1 8,1 8,3 Teplota ( C) 16,7 19,2 21,3 Rozpuštěný kyslík (mg.l -1 ) 5,7 5,9 5,9 Tvrdost vody tvrdá polotvrdá polotvrdá Pufrační kapacita (ΔpH. µmol -1 HCl) 0,1 0,2 0,2
Libiš Libiš Labe I Labe II Labe II Odezva biosensoru Testy v reálném prostředí 2 Analýza vodných vzorků pomocí EnviroPenu 3000 2000 1000 0 Detekce 1,2-dichlorethanu 1,2- dichlorethan Detekce jiných Jiné halogenované látky halogenovaných látek -1000
Intenzita Testy v reálném prostředí 2 Analýza vodných vzorků pomocí GC - Libiš 1,8e+07 1,6e+07 1,4e+07 1,2e+07 1,0e+07 A A A A B A Diethylether (99%) B 1,2-Dichlorethan (99%) C 1,1,2-Trichlorethan (64%) D 2,2-Dichlorethanol (74%) E 2,2,2-Trichlorethanol (70%) 0,8e+07 0,6e+07 0,4e+07 0,2e+07 C D E 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Čas (min)
Intenzita Testy v reálném prostředí 2 Analýza vodných vzorků pomocí GC - Libiš 1,8e+07 1,6e+07 1,4e+07 1,2e+07 1,0e+07 0,8e+07 0,6e+07 0,4e+07 0,2e+07 B Lokalita 1,2-Dichlorethan (mg.l -1 ) Libiš 9,62 Labe I 0,82. 10-3 Labe II 0,76. 10-3 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Čas (min)
Závěr Enviropen biosensor pro detekci halogenovaných látek v životním prostředí Určení přítomnosti znečištění přímo na lokalitě bez nutnosti odběru vzorku Možnost on-line monitorování vývoje kontaminace v čase Velmi nízká cena jedné analýzy a minimální požadavky na obsluhu
Výhled Rozšíření použitelnosti EnviroPenu Detekce bojových látek (sirný yperit) Detekce dalších kontaminantů životního prostředí (hexachlorcyklohexan, 1,3-dichlorpropen) Stanovení halogenovaných kontaminantů v mořské vodě Další optimalizace EnviroPenu
Děkuji za pozornost Loschmidtovy laboratoře & Enantis Šárka Bidmanová Veronika Štěpánková Markéta Kotlanová Zbyněk Prokop Jiří Damborský Photon Systems Instruments Tomáš Rataj Martin Trtílek www.enantis.com stepankova@enantis.com, +420 736 773 135