Biosensors for the control of environmental parameters

Abstract

Η παρούσα εργασία αναφέρεται στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη βιοαισθητήρων διστρωματικών λιπιδικών μεμβρανών υποστηριζόμενων σε ακροφύσια ηλεκτροδίων (metal supported bilayer lipid membranes — s-BLMs), για τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό ουσιών περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος. Για το σχεδιασμό του βιοαισθητήρα χρησιμοποιείται έμπειρο σύστημα προκειμένου να προσδιορισθούν οι περιορισμοί, ανάγκες και παράμετροι του περιβάλλοντος λειτουργίας και, εν συνεχεία, κατασκευάζεται σε εργαστηριακή κλίμακα και αξιολογείται. Παρουσιάζονται δύο παραδείγματα: (i) ανίχνευση πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (polycyclic aromatic hydrocarbons — PAHs) σε εκβολές ποταμών και (ii) ανάλυση που βασίζεται στην ανίχνευση υπεροξειδίου. Ο σχεδιασμός βιοαισθητήρα για την παρακολούθηση των PAHs παρουσιάζει τη λειτουργικότητα του μεθοδολογικού πλαισίου και του έμπειρου συστήματος, ενώ ο βιοαισθητήρας υπεροξειδίου ακολουθεί τα πρωτόκολλα αναλυτικής ανάπτυξης (κατασκευή, φυσικοχημικός χαρακτηρισμός, αξιολόγηση). Ο αισθητήρας υπεροξειδίου κατασκευάσθηκε με λιπιδικές μεβράνες φωσφατιδυλοχολίνης αυγού (egg phosphatidylcholine — egg PC) στις οποίες ακινητοποιήθηκε/ενσωματώθηκε υπεροξειδάση αγριοραπανίδας (horseradish peroxidase — HRP). Αξιολογήθηκαν δύο τεχνικές ακινητοποίησης: (α) φυσική προσρόφηση σε σχηματισμένη λιπιδική μεμβράνη και (β) προσθήκη του ενζύμου στο διάλυμα λιπιδίων πριν την έναρξη της διαδικασίας σχηματισμού της μεμβράνης. Ο βιοαισθητήρας αξιολογήθηκε σε εμπορικά σκευάσματα υπεροξειδίου. Τα αποτελέσματα δεικνύουν ότι ο μικρο- αισθητήρας λιπιδικών μεμβρανών που κατασκευάσθηκε παρέχει μικρούς χρόνους απόκρισης (της τάξεως των s), ικανοποιητική ευαισθησία και μικρό όριο ανίχνευσης, χωρίς να απαιτείται η συμπύκνωση του δείγματος (παρ' ότι πιθανόν να απαιτείται προκατεργασία του δείγματος προκειμένου να απομακρυνθούν άλλες παρεμποδίζουσες ουσίες που περιέχονται στο δείγμα). Όπως προκύπτει, το σύστημα ηλεκτροχημικής ανίχνευσης με μεμβρανικούς βιοαισθητήρες είναι κατάλληλο για την παρακολούθηση περιβαλλοντικών ρυπαντών, η εφαρμοσιμότητά του, όμως, απαιτεί περαιτέρω μελέτη ως προς την ευρωστία, το χρόνο ζωής, τη δυνατότητα παραγωγής και άλλες παραμέτρους, οι οποίες ορίζουν την εμπορευματοποίηση της συσκευής.