Герешко А. М.¹

Марченко С. В.²

¹Національний університет харчових технологій, Україна

²Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна

Розробка та стандартизація роботи потенціометричного біосенсора на основі рН-чутливих польових транзисторів та уреази для визначення сечовини

Дедалі ширших перспектив розвитку набувають біосенсори в медицині, особливо вони необхідні для контролю вмісту сечовини в сироватці крові у хворих на ниркову недостатність. Саме сечовина є тією біомолекулою, моніторинг якої надає інформацію про стан нирок [1], і при ранній діагностиці забезпечує своєчасному наданню медичної допомоги та зменшує розвиток хронічної чи тяжкої форм захворювання. Визначення концентрації сечовини в сироватці крові є одним з найпоширеніших тестів в клінічній лабораторній діагностиці [2].

Сечовина — кінцевий та головний продукт обміну білків, її рівень дає інформацію про стан системи травлення в цілому. Крім того, цей метаболіт виступає маркером широкого спектру низько- та середньомолекулярних токсичних речовин, що акумулюються у хворих з порушеною нирковою функцією, а також являється діагностичним показником функції печінки [3,4].

На сьогоднішній день досить перспективним для визначення сечовини є біосенсорний метод на основі рН-чутливих польових транзисторів та іммобілізованої уреази, за рахунок високої чутливості і селективності, оперативності отримання результатів, можливості роботи в польових умовах, відносною простотою [5], придатністю для оn-lіnе вимірювань.

Тому головною метою даного дослідження була стандартизація роботи потенціометричного біосенсора на основі рН-чутливого польового транзистора та уреази для визначення сечовини. Для проведення метрологічних вимірювань необхідно було провести деякі підготовчі дослідження: обрати робочі рН-чутливі датчики (рН чутливість 30-35 мкА/рН, дрейф не більше 1-2 мкА/год) та протестувати аналого-цифровий електрохімічний пристрій для роботи з потенціометричними перетворювачами МЭС-5. А далі отримати робочий біоселективний елемент на основі уреази та провести стандартизацію його роботи при вимірюванні сечовини в зразках сироватки крові хворих на ниркову недостатність.

Таким чином, спочатку було проведено тестування приладу МЭС-5. Для даної процедури використовували модуль-заглушку, який підключався до входу приладу замість рН-чутливого датчика. Даний тест використовується для перевірки робочих параметрів приладу та виявлення недоліків в разі їх присутності. Проаналізувавши всі отримані дані, ми зробили висновок, що даний прилад має всі робочі параметри і є цілком придатним для метрологічних вимірювань. Для роботи було підібрано робочі ІСПТ-датчики з близькими аналітичними характеристиками, де враховувалась рН-чутливість та дрейф.

При визначенні концентрації сечовини в модельних розчинах уреазний біосенсор демонстрував типову кінетику ферментативної реакції. Отримана калібрувальна крива визначення концентрації сечовини була лінійною в діапазоні концентрацій від 0,02 до 0,16 мМ. Мінімальна концентрація сечовини, що може бути визначена розробленим біосенсором співпадала з нижньою межею лінійного діапазону визначення та була достатньою для аналізу сечовини в реальних зразках сироватки крові.

Розроблений біосенсор був високо відтворюваним як при роботі з модельними розчинами сечовини, так і реальними зразками сироватки крові.

В ході дослідження нами було стандартизовано роботу потенціометричного біосенсора на основі рН-чутливого польового транзистора та уреази для визначення сечовини в сироватці крові хворих на ниркову недостатність.

Література:

1. Melo de J.V., Soldatkin A.P., Martelet C., Jaffrezic-Renault N., Cosnier S., Use of competitive inhibition for driving sensitivity and dynamic range of urea ENFETs // Biosensors and Bioelectronics.– 2003. - № 18. – P. 345 – 351.

2. Kuralay F., Ozyoryk H., Yildiz A., Amperometric enzyme electrode for urea determination using immobilized urease in poly(vinylferrocenium) film // Sensor and Actuators B. – 2006. – Vol.114.– P. 500 – 506.

3. Boubriak O.A., Soldatkin A.P., Starodub N.F., Sandrovsky A.K., El’skaya A.V., Determination of urea in blood serum by a urease biosensor based on an ion-sensitive field-effect transistor // Sensor and Actuators B. – 1995. – Vol.26 – 27. – P. 429 – 431.

4. Gutierrez M., Alegret S., del Valle M., Bioelectronic tongue for the simultaneous determination of urea, creatinine and alkaline ions in clinical samples // Biosensor and Bioelectronics. – 2008. – Vol.23.– P. 795 – 802.

5. Chen J.C., Chou J.C., Sun T.P., Hsiung S.K., Portable urea biosensor based on the extendedgate field effect transistor // Sensor and Actuators B. – 2003. – Vol. 91. – P. 180 – 186.