О. П. Солдаткін's scientific contributions

В даній роботі розроблено кондуктометричний біосенсор, призначений для визначення концентрацій дофаміну. Для створення біоселективного елементу біосенсора використовували фермент лакказу, що був іммобілізований ковалентною зшивкою глутаровим альдегідом з бичачим сироватковим альбуміном на поверхні кондуктометричного перетворювача. Як перетворювач використовувались дві пари золотих гребінчастих електродів, нанесених на ситалову підкладку. В роботі було підібрано оптимальні умови іммобілізації лаккази, досліджено вплив параметрів розчину (іонна сила, рН, буферна ємність) на роботу розробленого біосенсора для визначення дофаміну. Отримані біосенсори демонстрували високу чутливість до дофаміну (мінімальна границя визначення – 5 мкМ). Лінійний діапазон біосенсорного визначення аналіту був до 1 мМ. Встановлено, що розроблений біосенсор характеризується високою відтворюваністю відгуків впродовж декількох годин безперервної роботи (RSD=10%). Пере- вірено можливість довгострокового зберігання запропонованого біосенсора в різних умовах. Показано, що дофамінчутливий біосенсор характеризувався гарною селективністю відносно можливих інтерферуючих речовин і в подальшому може бути використаний для визначення концентрації дофаміну в біологічних та фармацевтичних зразках.

Робота присвячена розробці амперометричного біосенсора для визначення аце­тилхоліну в біологічних розчинах. В роботі було порівняно різні варіанти коіммобілізації холі­ноксидази та ацетилхолінестерази, та обрано двошаровий метод іммобілізації (першим шаром наносили мембрану з ацетилхолінестеразою, а другим шаром мембрану з холіноксидазою). Далі було досліджено вплив параметрів розчину (буферна ємність, іонна сила, рН) на аналітич­ні характеристики біосенсора. Показано, що біосенсор характеризується гарною відтворюва­ністю сигналу та операційною стабільністю. Також в роботі було перевірено селективність біо­сенсора на речовини, які можуть бути присутніми в біологічних зразках, та досліджено основні аналітичні характеристики біосенсора: чутливість, лінійний діапазон роботи, мінімальну межу визначення, шум, дрейф та ін. Доведено, що розроблений біосенсор можна використовувати для визначення концентрацій ацетилхоліну в біологічних зразках.

В роботі розроблено мультбіосенсорну систему для одночасного визначення концентрацій глюкози, сечовини та креатиніну. Для створення біоселективних елементів вико­ристовували глюкозооксидазу, рекомбінантну уреазу та креатиніндеаміназу, кожна з яких була іммобілізована ковалентною зшивкою глутаровим альдегідом з бичачим сироватковим альбу­міном на поверхні рН-чутливих польових транзисторів. В рамках розробки було перевірено можливість одночасної роботи усіх біоселективних елементів в складі мультибіосенсорної системи. Лінійний діапазон для визначення сечовини знаходився в межах від 0,5 до 10 мМ, для креатиніну – від 0,08 до 2 мМ, для глюкози – від 0,08 до 1 мМ, що є цілком достатньо для одночасного визначення вищевказаних метаболітів в сироватці крові хворих на ниркову недо­статність в умовах єдиного розведення проби. Також було перевірено наявність перехресного впливу субстратів на величину відгуку для окремих біоселекативних елементів, та доведено можливість їх одночасної роботи. Показано, що мультибіосенсорна система характеризується доброю відтворюваністю відгуків при безперервній роботі впродовж одного робочого дня. Роз­роблену систему було використано для аналізу глюкози, сечовини та креатиніну в сироватці крові хворих на ниркову недостатність. Отримані результати підтверджують діагноз хворих на ниркову недостатність і доводять перспективність даної розробки для використання в медичній діагностиці.

Метою даної роботи була перевірка можливості створення масиву ферментних біосенсорів для одночасного визначення шістьох речовин у водних розчинах. Ферменти, се­лективні до глутамату, глюкози, холіну, ацетилхоліну, лактату та пірувату, були іммобілізовані на поверхнях амперометричних перетворювачів. Досліджено вплив рН, іонної сили та буфер­ної ємності розчину на відгуки біосенсорів; оптимізовано умови одночасної роботи всіх біо­селективних елементів. Отримано дані про відсутність перехресного впливу субстратів всіх використаних ферментативних систем; показана висока селективність біосенсорів і відсутність впливу інтерферуючих речовин на їх роботу. Створений масив біосенсорів мав хорошу відтво­рюваність відгуків та стабільність при зберіганні. Використання однакових перетворювачів і схожих умов іммобілізації ферментів роблять біосенсорний масив перспективним для масово­го виготовлення. Біосенсорний масив придатний для одночасного, швидкого та простого визна­чення речовин у водних зразках.

В роботі проведено оптимізацію роботи амперометричного біосенсора для визначення концентрацій холіну в біологічних рідинах. Для створення біоселективного елементу використовували холін оксидазу, іммобілізовану на поверхні амперометричного перетворювача. Досліджено вплив параметрів робочого буферного розчину (буферна ємність, іонна сила, рН) на характеристики біосенсора. Показано залежність активності іммобілізованого ферменту від рН розчину та визначено pH оптимум роботи біосенсора. Біосенсор характеризується гарною відтворюваністю сигналу та операційною стабільністю. В роботі перевірено можливість зберігання біосенсора за різних умов. Найкращі результати спостерігалися при зберіганні за температури -18 °С. Завдяки використанню мембрани з полі-m-фенілендіаміну було значно зменшено вплив інтерферуючих речовин на роботу біосенсора. Досліджено основні аналітичні характеристики біосенсора: чутливість, лінійний діапазон роботи, мінімальну межу визначення, шум, дрейф, відтворюваність відгуків біосенсора. Розроблений біосенсор можна використовувати для визначення концентрацій холіну в біологічних зразках.

An amperometric glutamate biosensor was developed and adapted for analysis of velocity of glutamate uptake by isolated nerve terminals of rat’s brain. Glutamate oxidase was used for creation of biomembrane of the biosensor; the enzyme was co-immobilized with bovine serum albumin via glutaraldehyde on the surface of platinum disc electrode. Additional semi-permeable membrane based on phenylenediamine was placed onto the surface of the electrode for improvement of selectivity of the biosensor. Conditions for the enzyme immobilization onto the surface of working electrode were optimized (dependence of the biosensor work on concentrations of the enzyme and glutaraldehyde, as well as immobilization time were studied). The influence of parameters of working buffer (ionic strength, buffer capacity, pH) on the biosensor work was investigated. Linear range of the biosensor was 2-600 µM of glutamate, limit of glutamate detection was 0.5-2 µM, sensitivity was 250-300 nA/ mM. The biosensor was characterized by good reproducibility of responses and operational stability. The presence of endogenous glutamate in preparations of isolated nerve terminals of brain was shown by using the biosensor. It was demonstrated that the initial rate of Na-dependent glutamate uptake and accumulation by the nerve terminals measured by the biosensor were not significantly different from the results obtained by using radioactive-labeled L-[14C] glutamate. The described work will allow wide usage of the developed biosensor in medicine, as well as in biotechnological and biochemical studies.

В роботі представлено дані щодо розробки кондуктометричного біосенсора для визначення пестицидів та вивчення можливості реактивації даного біосенсора після інгібіторного аналізу. В складі біосенсора, як кондуктометричний перетворювач сигналу ви- користовувалась диференційна пара планарних золотих гребінчастих електродів, нанесених на ситалову підкладку. Роль біоселективнго елементу відіграла бутирилхолінестераза (БуХЕ), коіммобілізована з бичачим сироватковим альбуміном за рахунок поперечної зшивки глутаровим альдегідом на поверхні перетворювача. В роботі було отримано калібрувальні криві біосенсора на різні концентрації бутирилхоліну (БуХ). Підібрано оптимальну концентрацію субстрату для інгібіторного аналізу. Далі було перевірено чутливість біосенсора до фосфорорганічного пестициду - трихлорфону, побудовано калібрувальну криву. Доведено принципову можливість реактивації біоселективної мембрани розчином реактиватора піридин-2-альдоксимметилйодида (ПАМ-2) після незворотного інгібування ферменту. Досліджено та підібрано оптимальні умови реактивації біомембрани на основі БуХЕ, а саме проаналізована залежність рівня реактивації біосенсора від концентрації токсиканта, часу реактивації та концентрації реактиватора.

В даній роботі розроблено амперометричний біосенсор, що призначений для визначення концентрацій глутамату (глутамінової кислоти). Для створення біоселективного елементу біосенсора використовували фермент глутаматоксидазу, який був іммобілізований ковалентною зшивкою глутаровим альдегідом з бичачим сироватковим альбуміном. Як амперометричні перетворювачі використовувались дискові платинові електроди. Отримані біосенсори демонстрували високу чутливість до глутамату. Лінійний діапазон біосенсорного визначення субстрату знаходився в межах від 2 мкМ до 600 мкМ. Досліджено вплив параметрів розчину (іонна сила, рН, буферна ємність) на роботу розробленого біосенсора. Показано, що розроблений біосенсор характеризуються доброю відтворюваністю відгуків впродовж декількох годин безперервної роботи та операційною стабільністю протягом декількох днів. Біосенсор в подальшому може бути використаний для визначення концентрації глутамату у біологічних або харчових зразках.

Проведено дослідження рівня іммобілізації олігонуклеотидів на поверхні наночастинок золота при розробці нанобіосенсорів за допомогою запропонованого експериментального підходу. Цей підхід для контролю кількості іммобілізованого матеріалу базується на визначенні залишкової концентрації вільних (неіммобілізованих) тіольованих олігонуклеотидів з ковалентно приєднаним флуорофором Cy3. Було показано, що ефективність іммобілізації олігонуклеотидів на поверхні наночастинок золота, стабілізованих цитрат-іонами, сильно залежить від іонної сили середовища і суттєво залежить від температури та часу іммобілізації. При підвищенні іонної сили середовища спостерігаються два процеси: початкова зміна іонної сили (від 0 до 15-20 мМ) веде до підвищення ефективності іммобілізації олігонуклеотидів, при подальшому підвищенні іонної сили починає спостерігатися процес агрегації наночастинок золота, що перешкоджає подальшій ефективній іммобілізації олігонуклеотидів.