Investigations Inside the Reaction Layer of Biosensors with Scanning Electrochemical Microscopy

10

Elektrokémiai úton modulált planáris optikai hullámvezető szenzorok fejlesztése = Development of electrochemically assisted planar waveguide optical sensors

Munkánkban elektrokémiai módszereket alkalmaztunk optikai szenzorok készítésében. Elektrokémiai polimerizációval különböző monomereket felhasználva optikai szenzor rétegeket alakítottunk ki planáris indium-ónoxid (ITO) felületen vízben oldott klór mérésére. Részletesen vizsgáltuk poliluminol (PL) esetéban az leválasztási eljárások hatását a kemilumineszcenciás jelre, a kemilumineszcenciás meghatározások optimális körülményeit. A PL réteg alkalmas vízben oldott klór mérésére közvetlenül is, de hidrogén-peroxid jelenlétében a reakció közel százszor érzékenyebb (kimut. hat: 0.1 mikroM). Immobilizált tormaperoxidáz enzimmel hidrogén peroxid mérésére alkalmas bioszenzort készítettünk. Elektrokémiai és kémiai úton regenerálható optikai szenzort készítettünk rézion és klór detektálására ITO felületen. A meghatározandó anyaggal történt színreakció után az ITO felületet megfelelő potenciállal polarizáltuk, aminek következtében a szenzor visszatért eredeti állapotába és újabb mérésre vált alkalmassá. A polimerekben és gélekben érvényes diffúziós együtthatók meghatározására mikroelektródokkal méréseket és modellszámításokat végeztünk. Megállapítottuk, hogy a szférikus diffúziót zavaró tárgyak a mérési eredményeket megváltoztatják. Planáris elrendezésű cellát javasoltunk a mérési hibák kiküszöbölésére. Anódos oxidációval porózus mátrixot alakítottunk ki optikai ammónia szenzorhoz és megvizsgáltuk az oxidáció módjának a szenzorok analitikai tulajdonságaira gyakorolt hatását. | Electrochemical methods were used for the preparation of optical chemical sensors. Optical sensing layers were made of different monomers that were electropolymerized onto planar ITO for the determination of dissolved chlorine. The effect of the deposition method of polyluminol on the CL sign and the optimal conditions of the CL determinations were investigated in details. The PL layer was capable for direct measurement of dissolved chlorine, however a 100 fold increase was found in the presence of hydrogen peroxide (DL 0.1 microM). A biosensor for hydrogen peroxide was developed by using immobilized HRP enzyme. Planar optical sensors using electrochemical and chemical regeneration were prepared for Cu ion and for dissolved chlorine on ITO. After the color change - caused by the analyte ? was completed, the ITO was polarized with proper potential resulting in the reversing of the sensing membrane to its original state. Model calculations and experiments were performed by using microelectrodes for the determination of the diffusion coefficient in polymer and gel. It was found that an object in the space that disturbs the spheric distribution of the diffusing substance has influence on the measured data. A planar electrode array was suggested to avoid the error of determinations. Porous oxide layers were prepared by anodizing aluminum for a substrate for optical ammonia sensor. The effect of the oxidation conditions on the analytical parameters of the sensors were investigated

Diffúziós anyagtranszport folyamatok és felületi jelenségek vizsgálata pásztázó elektrokémiai mikroszkópiás módszerrel = Investigation of diffusion processes and surface reactions using scanning electrochemical microscopy

Diffúziós folyamatokat és felületi jelenségeket vizsgáltunk elektrokémiai módszerekkel különböző közegekben. Alkalmaztuk az általuk kidolgozott, az 'elektrokémiai repülési idő' nyomonkövetésén alapuló diffúzió állandó mérés egy újszerű változatát. A módszer a pásztázó elektrokémiai mikroszkóp speciális képességén alapul. Segítségével egyszerű eljárást követve viszonylag pontos adat nyerhető anyagok különböző közegekben mutatkozó diffúziós koefficienséről. Vizes oldatokban, gélekben, szuszpenziókból képződött üledékekben, ion folyadékokban mértük különböző anyagok diffúziós koefficiensét. A kapott eredményeket összehasonlítottuk más elektrokémiai módszer alkalmazásával kapott adatokkal. Az új módszer előnyös voltát elektrokémiailag komplikált reakciót modellként választva igazoltuk. A munka során új elektrokémiai mikroszkópot építettünk, új mérőcellát, injektor készüléket állítottunk össze. A voltammertiás koncentrációmérés olyan esetekben ad megbízható eredményt, amikor a kalibráló oldatokban és az analizálandó közegben azonos a mérendő komponens diffúzió állandója. Ez a feltétel sok esetben, így például in vivo mérések során nehezen teljesíthető. Az ilyen esetben végzett koncentráció mérés megbízhatóságának növelését lehetővé tévő megoldások vizsgálatára kísérleteket végeztünk. Kidolgoztuk a diffúzió réteg feltöltődését lehetővé tevő periodikusan megszakított amperometriás módszert, ezzel egyes enzim elektródos mérések érzékenységét jelentősen sikerült megnövelnünk. | Diffusion transport processes and concentration profiles resulted by surface reactions were investigated using electrochemical methods. A new variety of the electrochemical time of flight method developed in our work has been used. It takes advantage on the special capability of the scanning electrochemical microscopy (SECM). This technically simple procedure can result in relatively accurate data about diffusion character of different species in different media. Measurements were done with different species in different media like aqueous solutions, gels, ionic liquids and sediments obtained from suspensions. The data obtained were compared with data measured with other electrochemical methods. The advantage of the new method has been verified selecting electrochemically complicated model reaction. In the work a new SECM, a new injector have been constructed, and new cell and electrodes were made and tested. The voltammetric concentration measurements are accurate only when the diffusion coefficient of the measured species is identical in the calibrating solutions and in samples. This is not always true. The diffusion coefficient in living tissues can considerable differ from that of in aqueous calibrating standards. In our work efforts were done for increasing the accuracy of voltammetric concentration measurements. A measuring method, the periodically interrupted amperometry (PIA) has been worked out. It allowing time for reloading the diffusion layer could increase dramatically the sensitivity of certain enzyme electrode measurements

Invariant Gaussian processes and independent sets on regular graphs of large Girth

We prove that every 3-regular, n-vertex simple graph with sufficiently large girth contains an independent set of size at least 0.4361n. (The best known bound is 0.4352n.) In fact, computer simulation suggests that the bound our method provides is about 0.438n. Our method uses invariant Gaussian processes on the d-regular tree that satisfy the eigenvector equation at each vertex for a certain eigenvalue λ. We show that such processes can be approximated by i.i.d. factors provided that |λ|≤2d-1. We then use these approximations for λ=-2d-1 to produce factor of i.i.d. independent sets on regular trees. © 2014 Wiley Periodicals, Inc

A foszfoprotein foszfatáz (PPP) enzimcsalád funkciójának vizsgálata Arabidopsis thalianaban = Functional study of the PPP family of phosphoprotein phosphatases in Arabidopsis thaliana

A szerin/treonin-specifikus foszfoprotein foszfatázok (PPP-k) minden eukariótában megtalálhatók, szabályozó szerepük azonban növényekben alig ismert. Az Arabidopsis genom 26 PPP katalitikus alegységet kódol, PP1- és PP2A-típusú, újtípusú és ismétlődő kelch motívumot tartalmazó foszfatázokat. Az Arabidopsis PPP-k funkciójának tanulmányozása céljából azonosítottuk a PP6At1(AtFyPP1), PP7, BSL3 és TOPP1(PP1) foszfatáz génekben T-DNS inszerciót hordozó mutánsokat. A pp6at1 mutáns csírázási és növekedési tesztekben hiperszenzitív volt nagy koncentrációjú sóra, ozmotikumokra és abszcizinsavra (ABA). Gyengült prolinfelhalmozó képessége és csökkent benne a prolin bioszintézisét reguláló, stressz-és ABA-indukált P5CS1 gén expressziója. A fentiek alapján a PP6At1 a környezeti stresszekre adott metabolikus válaszokat szabályozza. A pp7 mutáns hipokotilmegnyúlása kék fényben fokozott volt, vörös vagy fehér fényben nem. Úgy tűnik, hogy a PP7 a kék fény jelátvitelének fontos eleme. A BSL3, TOPP1 génekben, valamint a PP2A enzim PP2A-2 katalitikus alegységének és egy B" regulátor alegységének génjében levő inszerciókra (GABI-Kat vonalak) homozigóta növényeknek nem volt észlelhető fenotípusa. A PP2A hőstabil inhibitor fehérjékkel asszociálódhat. Azonosítottuk a SET Arabidopsis homológját (AtSET), amely a PP2A hatékony inhibitora. A rekombináns AtSET gátolja a hiszton H3 Ser-10 oldalláncának defoszforilációját, így szerepe lehet a transzkripció szabályozásában. | Serine/threonine specific phosphoprotein phosphatases (PPPs) are ubiquitous enzymes in all eukaryotes, but their regulatory functions are largely unknown in plants. The Arabidopsis genome encodes 26 catalytic subunits of PPPs related to PP1, PP2A, novel PPPs, and phosphatases with kelch-repeats. To study the function of Arabidopsis PPPs, we have identified T-DNA insertion mutants in the genes encoding PP6At1(AtFyPP1), PP7, BSL3, and TOPP1(PP1) phosphatases. The pp6at1 mutant was hypersensitive to high salt, osmotics and abscizic acid (ABA) as defined by germination and plant growth assays. Moreover, its impaired proline accumulation and reduced expression of the stress and ABA-induced P5CS1 gene, which controls proline biosynthesis, suggest that PP6At1 controls metabolic responses to environmental stress. The pp7 mutant showed increased hypocotyl elongation upon blue light irradiation, but not under red, or white light. Thus, PP7 appears to be an important factor in blue light signalling. Homozygous plants for the insertions in BSL3, TOPP1 and in genes encoding the PP2A-2 catalytic and a B" regulatory subunit of PP2A (GABI-Kat lines) had no observable phenotype. PP2A can be associated with heat stable inhibitory proteins.We identified the Arabidopsis homolog of SET (AtSET), which is a potent inhibitor of PP2A. Recombinant AtSet inhibits the dephosphorylation of Ser-10 in histone H3 and might be involved in the regulation of transcription

Role of A2A adenosine receptors in regulation of opsonized E. coli-induced macrophage function

Adenosine is a biologically active molecule that is formed at sites of metabolic stress associated with trauma and inflammation, and its systemic level reaches high concentrations in sepsis. We have recently shown that inactivation of A2A adenosine receptors decreases bacterial burden as well as IL-10, IL-6, and MIP-2 production in mice that were made septic by cecal ligation and puncture (CLP). Macrophages are important in both elimination of pathogens and cytokine production in sepsis. Therefore, in the present study, we questioned whether macrophages are responsible for the decreased bacterial load and cytokine production in A2A receptor-inactivated septic mice. We showed that A2A KO and WT peritoneal macrophages obtained from septic animals were equally effective in phagocytosing opsonized E. coli. IL-10 production induced by opsonized E. coli was decreased in macrophages obtained from septic A2A KO mice as compared to WT counterparts. In contrast, the release of IL-6 and MIP-2 induced by opsonized E. coli was higher in septic A2A KO macrophages than WT macrophages. These results suggest that peritoneal macrophages are not responsible for the decreased bacterial load and diminished MIP-2 and IL-6 production that are observed in septic A2A KO mice. In contrast, peritoneal macrophages may contribute to the suppressive effect of A2A receptor inactivation on IL-10 production during sepsis