Диссертация (1091617), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Долговременная стабильность биосенсора на основеиммобилизованных дрожжей D. hansenii, биорецепторный элемент №5 ссодержанием дрожжей 60 мг на 100 мкл гидрогеля.0,53Ответ сенсора, мг О 2 /дм мин0,60,40,30,20,10010203040Время, суткиРисунок 44. Долговременная стабильность биосенсора на основеиммобилизованных дрожжей D. hansenii, биорецепторный элемент №6 ссодержаниемдрожжей20мгнабиорецепторного элемента 0,1 мм).116100мклгидрогеля(толщина3Ответ сенсора, мг О 2 /дм мин0,450,40,350,30,250,20,150,10,050010203040Время, суткиРисунок 45.
Долговременная стабильность биосенсора на основеиммобилизованных дрожжей D. hansenii, биорецепторный элемент №7 ссодержаниемдрожжей20мгна100мклгидрогеля(толщинабиорецепторного элемента 0,05 мм).Из приведенных графиков видно, что для всех сформированныхбиорецепторных элементов в первые дни (3-4 дня) после иммобилизации наэлектроде характерно увеличение дыхательной активности, что связано садаптацией дрожжей Debaryomyces hansenii ВКМ Y-2482 к изменившимсяусловиямсреды.Послеадаптациимикроорганизмовпроисходитстабилизация окислительной активности (биочувствительные элементы №1,2,3,6,7) в течение 10-20 дней в зависимости от содержания дрожжей, вгидрогеле химически модифицированного поливинилового спирта.117Таблица 19.Данные по долговременной стабильности дрожжейDebaryomyces hansenii ВКМ Y-2482,иммобилизованных в гидрогельполивинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидономПараметрДолговременная стабильность, суткиБиорецепторный элемент №110Биорецепторный элемент №215Биорецепторный элемент №342Биорецепторный элемент №44Биорецепторный элемент №53Биорецепторный элемент №638Биорецепторный элемент №733Максимальнаядолговременнаястабильностьполученадлябиочувствительного элемента №3 (содержание дрожжей Debaryomyceshansenii 20 мг на 100 мкл модифицированного гидрогеля ПВС, толщинабиорецепторного элемента 0,2 мм) и составляет 42 дня (таблица 19).
Низкаядолговременная стабильность (3 и 4 дня) биочувствительных элементов № 4и № 5 связана с их механической нестойкостью. С повышением толщиныбиочувствительных элементов, при одинаковом содержании дрожжей(биорецепторные элементы №7, №6 и №3, соответственно) увеличивается ихмеханическая прочность и долговременная стабильность (33, 38 и 42 суток,соответственно).1183.4.6 Основные характеристики разработанных биочувствительныхэлементов на основе дрожжей иммобилизованных в модифицированныйполивиниловый спиртОсновные характеристики разработанных биорецепторных элементовна основе дрожжей Debaryomyces hansenii ВКМ Y-2482, иммобилизованныхвгидрогельполивиниловогоспирта,модифицированногоN-винилпирролидоном представлены в таблице 20.Таблица 20. Основные характеристики биочувствительных элементовБПК-биосенсоров в зависимости от содержания дрожжей D.hanseniiПараметры/№биорецепторногоэлементаСодержание дрожжей,мг на 100 мкл модифицированного гидрогеляполивинилового спиртаТолщинабиорецепторногоэлемента, ммКонстанта Михаэлиса,К`m, мг/дм3Максимальная скоростьферментативной реакции, Vmax, мг O2/дм3 минКоэффициентчувст-2вительности, 10 мин-1Диапазон определенияБПК5, мг/дм3Операционнаястабильность, %Долговременнаястабильность, сутки№1№2№3№4№5№6№751020406020200,20,20,20,20,20,1≈0,056±27±230 ± 347 ± 458 ± 342 ± 2 41± 30,480,662,37± 0,04 ± 0,04 ± 0,062,02± 0,052,27± 0,042,15±0,042,52,13,22,20,60 580,09420,14413,33,84,50,04-6 0,08-7 0,16-30 0,44-471,63± 0,043,93,22,02,74,23,02,7101542433833Операционная стабильность для всех биокатализаторов не превышает5%,чтоявляетсяприемлимымдлябиочувствительныхэлементовбиосенсоров [9].
Наибольшей чувствительностью, из всех изучаемыхбиорецепторных элеменов, характеризуется биочувствительных элемент №3.119Долговременная стабильность сильно зависит от содержания биоматериала вбиочувствительном элементе и его толщины, так с повышением толщиныбиорецепторных элементов увеличивается их механическая прочность идолговременная стабильность. При повышении содержания дрожжей вбиочувствительномэлементезначениядолговременнойстабильностипроходят через максимум и достигают минимальных значений при высокихсодержаниях дрожжей (выше 40 мг на 100 мкл гидрогеля), что связано смеханическимразрушениемструктрыгидрогеля.Наибольшаядолговременная стабильность (42 дня) зафиксирована для биорецепторногоэлемента №3 с содержанием дрожжей Debaryomyces hansenii 20 мг на 100мклгидрогеляполивиниловогоспиртамодифицированногоN-винилпирролидоном, что превосходит долговременную стабильность всехизвестных БПК-биосенсоров на основе иммобилизованных дрожжей [1-3,27].
Диапазон определения БПК5 всех биорецепторных элементов являетсяприемлимым для анализа образцов различного происхождения, включаяобразцы категории очень чистые. Таким образом, оптимальное содержаниедрожжей D. hansenii составляет 20 мг на 100 мкл гидрогеля поливиниловогоспирта,модифицированногоприN-винилпирролидоном,толщинебиорецепторного элемента 0,2 мм. Данный биорецепторный элемент наоснове иммобилизованных дрожжей Debaryomyces hansenii ВКМ Y-2482,превосходит мировые аналоги по таким характеристикам, как нижняяграница определяемых значений БПК5, операционнаяи долговременнаястабильность [1-2].3.4.7 Субстратная специфичность дрожжей Debaryomyces hansenii,иммобилизованных в поливиниловый спирт, модифицированный NвинилпирролидономПри разработке биочувствительных элементов биосенсоров дляопределения биохимического потребеления используют микроорганизмы сширокойсубстратнойспецифичностью.120Широкаясубстратнаяспецифичность при этом является преимуществом, так как приводит кповышению правильности результатов анализа БПК [105].
Для оценкисубстратной специфичности регистрировали отклик биосенсора на введениев измерительную кювету по 100 мкл растворов субстратов с концентрацией 1моль/дм3 (концентрация в кювете 38,46мМ). Для трудно растворимыхвеществ применяли насыщенные растворы. Каждое измерение проводилосьпо 3 раза.Получен профиль субстратной специфичности дрожжей Debaryomyceshansenii, необходимый для выявления спектра окисляемых органическихвеществ, которые могут быть обнаружены в образцах воды различногопроисхождения (рисунок 46).Ответ биосенсора, %100806040200ол ол -1 -1 -1 -2 -1 ин ит за оза за за оза оза оза ль та та та та та А ия ол ол ин ин ин ин та та й) ия ияа н тан нол нол нол нол нол це р орб ило юк а кто нно укт ар акт а на с ло сло сло сло сло ЭДТ атр фен фен иц ер там роз с ло сло слы атр атртхс леат и и и и иа а а а ан о о Гл С лу и ки ки ки н нМ Эроп Бут оп оп бут Гли C К Г Гал М Фр Са Л Ме ая к я к я к я к я кат итр итрГ Т ая ая но ДС БСаарраоав ов ов ов ннз -Н нп лп илПоов ов ля Д ДДнлитнеи иа тан нди нди моБ 4 -Дин м ин (сотет ет -М ег4емМ Мар та ин2,М Э Эта опа Ли2- 2- 3сп лу гинрАГ рПАРисунок46.ПрофильсубстратнойспецифичностидрожжейDebaryomyces hansenii ВКМ Y-2482 иммобилизованных гидрогельДрожжиDebaryomycesмодифицированныйhansenii,поливиниловыйспирт,иммобилизованныеобладаютвнаибольшейчувствительностью к этанолу, ответ на него был принят за 100 %.Приувеличении углеводородного радикала, а также при переходе от первичныхспиртов к вторичным и третичнымпроисходит уменьшение ответовбиосенсора, данная особенность, возможно, может быть объяснена меньшимсродством ферментов окисляющих спирты к вторичным спиртам.121Второй класс анализируемых субстратов – углеводы.
Величинаоткликов на углеводы уменьшается при переходе от альдоз (глюкоза) ккетозам (фруктоза). Окисление дисахаридов (сахароза и лактоза) проходиломенее интенсивно, чем моносахаридов.Проанализированы ответы сенсора на карбоновые кислоты иальдегиды. Метаналь весьма токсичен для живых клеток, поскольку водныйраствор формальдегида — формалин способен свёртывать белки. Отсутствиетоксического действия альдегида на дрожжи в составе биорецептора являетсяценным достоинством изучаемого биорецепторного элемента. Окислениедикарбоновых кислот проходило более эффективно, чем монокарбоновых.Окисление этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) является важным спрактической точки зрения, т.к. ЭДТА используется в производстве бытовойхимии и синтетических моющих средств, а также при промывкетеплоэнергетического оборудования, труб, котлов.Получен ответ на бензоат натрия – пищевую добавку, оказывающуюугнетающее действие на дрожжи, подавляя активность ферментов в клетке.Еще одним промышленным токсикантом являются нитрофенолы, послеокисления 4-нитрофенола активность иммобилизованных дрожжей резкопонизилась.Величина отклика биосенсора на аминокислоты увеличивается в ряду:аминокислотыснеполярнымрадикалом(глицин),сполярныминезаряженными радикалами (серин, глутамин), с отрицательно заряженнымирадикалами (аспаргиновая и глутаминовая кислоты).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
