Электрохимический биосенсор для определения концентрации этанола и ацетальдегида

Актуальность
Определение концентрации этанола и ацетальдегида (АА) в биологических жидкостях критически важно для клинической медицины, токсикологии и судебной экспертизы. Этанол, являясь психоактивным веществом, вызывает угнетение ЦНС, а его метаболит АА обладает высокой токсичностью, провоцируя нейродегенеративные эффекты, похмельный синдром и интоксикацию. Традиционные методы анализа требуют дорогостоящего оборудования, длительной подготовки проб и квалифицированного персонала, что ограничивает их применение в условиях массовой диагностики и полевых исследований. Разработка чувствительного и специфичного электрохимического биосенсора на основе микрокапсул с ферментом, для определения этанола и АА в биологических жидкостях, таких как кровь и моча, решает проблему сложных и дорогих энзимологических методов, предлагая более простое и автоматизированное решение. Проект соответствует стратегии НТР РФ в области персонализированной медицины и направлению Московского Политеха «Технологии сенсорики». Совместно с разработкой сенсоров для мониторинга глюкозы и лактата (проект А. Кима) результаты позволят создать универсальную платформу для мультианалитного определения, что актуально для импортозамещения и развития отечественных диагностических технологий.
Проблема
Определение концентрации этанола и альдегида с помощью ферментов является одним из самых чувствительных и точных методов, однако он технически сложен и требует приготовление реакционной среды с несколькими ферментами, а также дорогостоящее оборудование. Метод обладает рядом фундаментальных проблем: фермент подвержен воздействию агрессивной внешней среды, в том числе протеаз, что приводит к необходимости пробоподготовки перед началом анализа; ограниченное время хранения фермента в растворе, что приводит к необходимости применения токсичных консервантов, таких как нитропруссид; фермент невозможно извлечь из реакционной среды и использовать повторно, что значительно удорожает процедуру проведения анализа. Существующие биосенсоры на основе иммобилизованных ферментов также обладают рядом серьезных недостатков: небольшой срок хранения из-за неустойчивой матрицы, низкая активность из-за химических связей фермента с поверхностью, относительно невысокое содержание молекул иммобилизованного фермента на единицу площади покрытия, специфические требования к рабочему раствору и условиям хранения и т.д. Описанные выше проблемы могут быть преодолены за счет инкапсуляции фермента в полиэлектролитные микрокапсулы (ПМК), способные защитить фермент-сенсор от действия внешней среды. Проект направлен на преодоление проблем современных диагностических систем за счет создания многоразового электрохимического биосенсора, соответствующего современным требованиям высокотехнологичного здравоохранения.
Цель
Целью проекта является разработка многоразового электрохимического биосенсора для определения концентрации этанола и альдегида в биологических жидкостях. Биосенсор будет выполнен на базе инкапсулированных ферментов, закрепленных на поверхности 3х контактного печатного электрода. Данный биосенсор будет сохранять свои диагностические характеристики не менее 5 месяцев, при этом не будет требовать расхода ферментов, что снизит стоимость проведения анализа.
Задачи
1. Изучить влияние различных условий среды на электрохимические свойства 3х контактного печатного электрода покрытого полиэлектролитными микрокапсулами (ПМК). 2. Закрепить инкапсулированную алкогольоксидазу на 3х контактном печатном электроде с сохранением активности. Изучить влияние pH, ионной силы раствора на активность фермента и определить диагностические характеристики системы. 3. Закрепить инкапсулированную альдегиддегидрогеназу на 3х контактном печатном электроде с сохранением активности. Изучить влияние pH, ионной силы раствора на активность фермента, определить диагностических характеристики системы. 4. Изучить влияние продуктов реакции и субстратов двух раздельно инкапсулированных ферментов друг на друга и на работу 3х контактного печатного электрода. 5. Создать двухферментный биосенсор для измерения концентрации этанола и ацетальдегида, определить его диагностических характеристик в различных условиях.
Результат
для ближайшего учебного года: 1. Будет изучено влияние различных условий среды на электрохимические свойства 3х контактного печатного электрода покрытого полиэлектролитными микрокапсулами (ПМК). 2. Будет разработан ферментный многоразовый электрохимический биосенсор для определения концентрации этанола Далее 3. Будет разработан ферментный многоразовый электрохимический биосенсор для определения концентрации ацетальдегида 4. Будет изучено влияние продуктов реакции и субстратов двух раздельно инкапсулированных ферментов друг на друга и на работу 3х контактного печатного электрода. 5. Будет разработан ферментный многоразовый электрохимический биосенсор для одновременного определения концентрации этанола и ацетальдегида.
Партнёры проекта
Московский Политехнический Угиверситет
***