Применение магнитных углеродных нанокомпозитов при формировании распознающего слоя пьезоэлектрического иммуносенсора для определения пенициллина G
- Авторы: Бизина Е.В.1, Фарафонова О.В.1, Золотарева Н.И.2, Гражулене С.С.2, Ермолаева Т.Н.1
-
Учреждения:
- Липецкий государственный технический университет
- Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук
- Выпуск: Том 78, № 4 (2023)
- Страницы: 354-364
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4502/article/view/136006
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044450223040060
- EDN: https://elibrary.ru/KZKTKE
- ID: 136006
Цитировать
Аннотация
Изучены условия формирования распознающего слоя пьезоэлектрического иммуносенсора на основе магнитных углеродных нанокомпозитов (МУНК) под действием внешнего магнитного поля. Установлено влияние размера и количества магнитных наночастиц (МНЧ) в композите на аналитические характеристики гравиметрического иммуносенсора. Методом сканирующей электронной микроскопии определены средние размеры магнитных наночастиц Fe3O4, синтезированных методом соосаждения. Отмечено, что минимальная масса и стабильность распознающего слоя наблюдаются для нанокомпозита, полученного при соотношении углеродных нанотрубк и МНЧ со средним диаметром 22 нм, равном 3 : 1. Методом ИК-спектрометрии установлено образование пептидных связей между МУНК и конъюгатом пенициллина G. Показано, что применение магнитных углеродных нанокомпозитов при формировании распознающего слоя позволяет существенно упростить процедуру подготовки пьезоэлектрического сенсора к анализу и сократить ее продолжительность с 24 до 1.5 ч. Диапазон определяемых концентраций антибиотика составляет 1–450 нг/мл, предел обнаружения равен 0.5 нг/мл.
Об авторах
Е. В. Бизина
Липецкий государственный технический университет
Email: katarina.bizina1821@mail.ru
Россия, 398055, Липецк, ул. Московская, 30
О. В. Фарафонова
Липецкий государственный технический университет
Email: katarina.bizina1821@mail.ru
Россия, 398055, Липецк, ул. Московская, 30
Н. И. Золотарева
Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук
Email: katarina.bizina1821@mail.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 6
С. С. Гражулене
Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук
Email: katarina.bizina1821@mail.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 6
Т. Н. Ермолаева
Липецкий государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: katarina.bizina1821@mail.ru
Россия, 398055, Липецк, ул. Московская, 30
Список литературы
- Gupta B.K., Yadav A., Koch P., Mishra P. Piezoelectric biosensors: Principle, techniques, and their application in food analysis / Biosensors in Food Safety and Quality / Eds. Mishra P., Sahu P.P. CRC Press, 2022. P. 37.
- Zhang J., Zhang X., Wei X., Xue Y., Wan H., Wang P. Recent advances in acoustic wave biosensors for the detection of disease-related biomarkers: A review // Anal. Chim. Acta. 2021. V. 1164. Article 338321.
- Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Ловцова Л.Г., Бородина И.А. Биосенсорные системы для определения антибиотиков // Биофизика. 2021. Т. 66. № 4. С. 657. (Guliy O.I., Karavaeva O.A., Lovtsova L.G., Zaitsev B.D., Borodina I.A., Alsowaidi A.K.M. Biosensor systems for antibiotic detection // Biophysics. 2021. V. 66. № 4. С. 555.)
- Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. Методы и подходы для определения антибиотиков // Антибиотики и химиотерапия. 2022. Т. 67. № 1–2. С. 53.
- Ермолаева Т.Н., Калмыкова Е.Н., Шашканова О.Ю. Пьезоэлектрические биосенсоры для анализа объектов окружающей среды, пищевых продуктов и клинической диагностики // Рос. хим. журн. 2008. Т. 52. № 2. С. 17. (Ermolaeva T.N., Kalmykova E.N., Shashkanova O.Y. Piezoquartz biosensors for the analysis of environmental objects, foodstuff and for clinical diagnostic // Russ. J. Gen. Chem. 2008. V. 78. № 12. P. 2430.)
- Tripathi A., Melo J.S. Immobilization Strategies. Biomedical, Bioengineering and Environmental Applications. Springer, 2021. P. 666.
- Karaseva N.A., Ermolaeva T.N. Piezoelectric immunosensors for the detection of individual antibiotics and the total content of penicillin antibioticsin foodstuffs // Talanta. 2014. V. 120. P. 312.
- Pohanka M. Overview of piezoelectric biosensors, immunosensors and DNA sensors and their applications // Materials. 2018. V. 11 № 3. P. 448.
- Шукшина Е.И., Фарафонова О.В., Шанин И.А., Гражулене С.С., Еремин С.А., Ермолаева Т.Н. Аффинные взаимодействия на поверхности пьезоэлектрического сенсора, модифицированного углеродными нанотрубками, при определении фторхинолонов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. Т. 18. № 3. С. 394.
- Tajyani S., Babaei A. A new sensing platform based on magnetic Fe3O4@NiO core/shell nanoparticles modified carbon paste electrode for simultaneous voltammetric determination of Quercetin and Tryptophan // J. Electroanal. Chem. 2018. V. 808. P. 50.
- Santos A.M., Wong A., Prado T.M., Fava E.L., Fatibello-Filho O., Sotomayor M.D.P.T., Moraes F.C. Voltammetric determination of ethinylestradiol using screen-printed electrode modified with functionalized graphene, graphene quantum dots and magnetic nanoparticles coated with molecularly imprinted polymers // Talanta. 2021. V. 224. Article 121804.
- Sohouli E., Khosrowshahi E.M., Radi P., Naghian E., Rahimi-Nasrabadi M., Ahmadi F. Electrochemical sensor based on modified methylcellulose by graphene oxide and Fe3O4 nanoparticles: Application in the analysis of uric acid content in urine // J. Electroanal. Chem. 2020. V. 877. Article 114503.
- Reddy K.R., Reddy P.A., Reddy C.V., Shetti N.P., Babu B., Ravindranadh K., Shankar M.V., Reddy M.C., Soni S., Naveen S. Functionalized magnetic nanoparticles/biopolymer hybrids: Synthesis methods, properties and biomedical applications // Methods Microbiol. 2019. V. 46. P. 227.
- Kouhpanji M.R.Z., Stadler B.J.H. A guideline for effectively synthesizing and characterizing magnetic nanoparticles for advancing nanobiotechnology: A Review // Sensors. 2020. V. 20. № 9. P. 2554.
- Bayramoglu G., Ozalp V.C., Oztekin M., Arica M.Y. Rapid and label-free detection of Brucella melitensis in milk and milk products using an aptasensor // Talanta. 2019. V. 200. P. 263.
- Pohanka M. QCM immunosensor for the determination of Staphylococcus aureus antigen // Chem. Pap. 2020. V. 74. P. 451.
- Wan Y., Zhang D., Hou B. Determination of sulphate-reducing bacteria based on vancomycin-functionalised magnetic nanoparticles using a modification-free quartz crystal microbalance // Biosens. Bioelectron. 2010. V. 25. P. 1847.
- Бизина Е.В., Фарафонова О.В., Золотарева Н.И., Гражулене С.С., Ермолаева Т.Н. Пьезоэлектрический иммуносенсор на основе магнитных углеродных нанокомпозитов для определения ципрофлоксацина // Журн. аналит. химии. 2022. Т. 77. № 4. С. 375. (Bizina E.V., Farafonova O.V., Zolotareva N.I., Grazhulene S.S., Ermolaeva T.N. A piezoelectric immunosensor based on magnetic carbon na-nocomposites for the determination of ciprofloxacin // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. № 4. P. 375.)
- Гражулене С.С., Золотарева Н.И., Редькин А.Н., Шилкина Н.Н., Митина А.А., Ходос И.И. Сорбционные свойства магнитного композита на основе модифицированных углеродных нанотрубок в зависимости от условий синтеза // Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. № 1. С. 66. (Grazhulenea S.S., Zolotareva N.I., Red’kin A.N., Shilkina N.N., Mitina A.A., Khodos I.I. sorption properties of a magnetic composite based on modifi ed carbon nanotubes: Influence of the synthesis conditions // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. № 1. P. 57.)
- Sauerbrey G. Verwendung von Schwingquarzen zur Wigung dunner Schichten und zur Mikrowigung // Zeitschrift für Physik. 1959. V. 55. P. 206.
- Гражулене С.С., Золотарева Н.И., Редькин А.Н., Шилкина Н.Н., Митина А.А., Колесникова А.М. Магнитный сорбент на основе магнетита и модифицированных углеродных нанотрубок для извлечения некоторых токсичных элементов // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. № 11. С. 1642. (Grazhulene S.S., Zolotareva N.I., Red’kin A.N., Shilkina N.N., Mitina A.A., Kolesnikova A.M. Magnetic sorbent based on magnetite and modified carbon nanotubes for extraction of some toxic elements // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. № 11. P. 1849.)
- Wang J., Zheng S., Shao Y., Liu J., Xu Z., Zhu D. Amino-functionalized Fe3O4@SiO2 core–shell magnetic nanomaterial as a novel adsorbent for aqueous heavy metals removal // J. Colloid Interface Sci. 2010. V. 349. P. 293.
- Singh S., Barick K.C., Bahadur D. Surface engineered magnetic nanoparticles for removal of toxic metal ions and bacterial pathogens // J. Hazard. Mater. 2011. V. 192. P. 1539.
- Eguílaz M., Villalonga R., Yanez–Sedeno P., Pingarron J.M. Designing electrochemical interfaces with functionalized magnetic nanoparticles and wrapped carbon nanotubes as platforms for the construction of high-performance bienzyme biosensors // Anal. Chem. 2011. V. 83. P. 7807.
- Mikhaylova M., Kim D.K., Berry C.C., Zagorodni A., Toprak M., Curtis A.S.G., Muhammed M. BSA immobilization on amine-functionalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 12. P. 2344.
- Netto C.G.C.M., Toma H.E, Andrade L.H. Superparamagnetic nanoparticles as versatile carriers and supporting materials for enzymes // J. Mol. Catal. B: Enzym. 2013. V. 85. P. 71.
- Нартова Ю.В., Еремин С.А., Ермолаева Т.Н. Массочувствительные иммуносенсоры для определения хлорацетанилидных гербицидов // Журн. аналит. химии. 2008. Т. 63. № 12. С. 1302. (Nartova Yu.V., Ermolaeva T.N., Eremin S.A. Mass-sensitive immunosensors for determining chloroacetanilide herbicides // J. Anal. Chem. 2008. V. 63. № 12. P. 1191.)
- Гражулене С.С., Золотарева Н.И., Редькин А.Н., Шилкина Н.Н., Митина А.А., Ходос И.И. Сорбционные свойства магнитного композита на основе модифицированных углеродных нанотрубок в зависимости от условий синтеза // Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. № 1. С. 66. (Grazhulene S.S., Zolotareva N.I., Red’kin A.N., Shilkina N.N., Mitina A.A., Khodos I.I. Sorption properties of a magnetic composite based on modified carbon nanotubes: Influence of the synthesis conditions // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. № 1. P. 57.)