Conductometric Biosensor Based on Urease, Adsorbed on Silicalite for Determination of Urea in Serum Samples

The method of enzyme adsorption on nano- and microsized zeolites, developed by us, is described. It is notable by such advantages as simple and fast performance, the absence of toxic compounds, high reproducibility and repeatability. The biosensor based on the method developed was applied for urea measurement in samples of blood serum. It was shown that the biosensor could surely distinguish healthy people from people with renal dysfunction. Good results reproducibility was proved at urea determination in real samples of blood serum (RSD = 10%). For these reasons, the biosensors based on enzyme adsorption are more suitable for standardization and production than those based on conventional methods of immobilization. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3547

Elaboration of new method of enzyme adsorption on silicalite and nano beta zeolite for amperometric biosensor creation

Aim. Optimization of a new method of enzyme immobilization for amperometric biosensor creation. Methods. The amperometric biosensor with glucose oxidase immobilized on zeolites as bioselective elements and platinum disk electrode as transducers of biochemical signal into the electric one was used in the work. Results. The biosensors based on glucose oxidase adsorbed on zeolites were characterized by a higher sensitivity to glucose and a better inter-reproducibility. The best analytical characteristics were obtained for the biosensors based on nano beta zeolite. It has been found that an increase in the amount of zeolite on the surface of amperometric transducer may change such biosensor parameters as sensitivity to the substrate and duration of the analysis. Conclusions. The proposed method of enzyme immobilization by adsorption on zeolites is shown to be quite promising in the development of amperometric biosensors and therefore should be further investigated.Мета. Оптимізація нового методу іммобілізації ферментів для розробки амперометричних біосенсорів. Методи. Використано іммобілізовану глюкозооксидазу на цеоліті як біоселективний елемент біосенсора та платиновий дисковий електрод – як амперометричний перетворювач біохімічного сигналу в електричний. Результати. Біосенсор на основі глюкозооксидази, адсорбованої на цеолітах, вирізняється високою чутливістю до глюкози та покращеною інтер-відновлюваністю виготовлення біосенсорів. Найкращі аналітичні характеристики притаманні біосенсору на основі нано-бета цеоліту. Встановлено, що при зміні кількості цеолітів на поверхні амперметричного перетворювача можна варіювати параметри біосенсора, такі як чутливість до субстрату та час аналізу. Висновки. Показано, що запропонований метод іммобілізації, а саме – адсорбція ферментів на цеолітах є дуже перспективним при розробці амперометричних біосенсорів.Цель. Оптимизация нового метода иммобилизации ферментов для разработки амперометрических биосенсоров. Методы. Использовали иммобилизованную глюкозооксидазу на цеолитах как биоселективный элемент биосенсора и платиновый дисковый электрод – как амперометрический преобразователь биохимического сигнала в электрический. Результаты. Биосенсор на основе глюкозооксидазы, адсорбированной на цеолитах, отличается высокой чувствительностью к глюкозе и улучшенной интер-воспроизводимостью приготовления биосенсоров. Наилучшими аналитическими характеристиками обладает биосенсор на основе нано-бета цеолита. Установлено, что при изменении количества цеолитов на поверхности амперометрического преобразователя можно менять параметры биосенсора, такие как чувствительность к субстрату и время анализа. Выводы. Показано, что предложенный метод иммобилизации, а именно – адсорбция ферментов на цеолитах является перспективным при разработке амперометрических биосенсоров

Application of silicalite for improvement of enzyme adsorption on the stainless steel electrodes

Aim. Improvement of analytical characteristics of an enzyme biosensor based on new inexpensive perspective stainless steel electrodes using silicalite nanoparticles. Methods. Conductometric enzyme biosensor was used. Results. Three methods of glucose oxidase (GOx) immobilization were studied and compared: GOx adsorption on silicalite modified electrodes (GOx-SME); cross-linking by glutaraldehyde without silicalite (GOx-GA); GOx adsorption on SME along with cross-linking by glutaraldehyde (GOx-SME-GA). The GOx-SME-GA biosensors based on stainless steel electrodes were characterized by 12–25-fold higher sensitivity comparing with other biosensors. The developed GOx-SME-GA biosensors were characterized by good reproducibility of glucose biosensors construction (relative standard deviation (RSD) – 18 %), improved signal reproducibility (RSD of glucose determination was 7 %) and good storage stability (29 % loss of activity after 18 days). Conclusions. The method of enzyme immobilization using silicalite together with GA cross-linking sufficiently enhances the enzyme adsorption on the stainless steel electrodes and improves the analytical parameters of biosensors. This method is found to be promising for further creation of other enzyme biosensors.Мета. Покращення аналітичних характеристик ферментних біосенсорів на основі нових недорогих перспективних електродів з нержавіючої сталі за допомогою наночастинок силікаліту. Методи. Використано кондуктометричний біосенсор з іммобілізованою глюкозооксидазою як біоселективним елементом та сталеві електроди як перетворювачі. Результати. Застосовано і порівняно три методи іммобілізації глюкозооксидази (ГО) на поверхні датчиків: адсорбція ГО на модифікованій частинками силікаліту поверхні електрода; поперечне зшивання ГО з глутаровим альдегідом (ГА) без використання силікаліту; сорбція ГО на модифікованому силікалітом електроді у комбінації з поперечним зшиванням з ГА. Біосенсори з ферментами, іммобілізованими на поверхні сталевого електроду за рахунок сорбції на шарі силікаліту у комбінації з поперечним зшиванням з ГА, мають в 12–25 разів вищу чутливість порівняно з іншими біосенсорами. Ця ж група біосенсорів характеризується високою відтворюваністю сигналів між різними партіями (відносне стандартне відхилення (ВСВ) становить 18 %), а також відтворюваністю в одній партії з ВСВ 7 %. Таким біосенсорам притаманна висока стабільність при зберіганні (втрата лише 29 % від первинного сигналу після 18 днів зберігання). Висновки. Показано, що використання частинок силікаліту поряд з методом поперечного зшивання з ГА значно підвищує сорбцію ферментів на поверхні датчиків з нержавіючої сталі під час іммобілізації, а також покращує аналітичні параметри біосенсорів. Цей метод іммобілізації ферментів може бути застосований для подальшого удосконалення роботи біосенсорів.Цель. Улучшение аналитических характеристик ферментных биосенсоров на основе новых недорогих перспективных электродов с помощью наночастиц силикалита. Методы. Использовали кондуктометрический биосенсор с иммобилизованной глюкозооксидазой в качестве биоселективного элемента и стальные электроды как преобразователь. Результаты. Сопоставлены между собой три метода иммобилизации глюкозооксидазы (ГО) на поверхности преобразователей: адсорбция ГО на поверхности модифицированных силикалитом электродов; поперечная сшивка ГО с глутаровым альдегидом (ГА) без использования силикалита; адсорбция ГО на модифицированном силикалитом преобразователе в комбинации с поперечной сшивкой с ГА. Биосенсоры, созданные вследствие комбинации сорбции ГО на слое силикалита на поверхности стального электрода и сшивки с ГА, имеют чувствительность в 12–25 раз выше, нежели другие биосенсоры. Биосенсоры этой же группы отличаются высокой воспроизводимостью сигналов между разными партиями (относительное стандартное отклонение (ОСО) составляет 18 %), и воспроизводимостью внутри одной партии с ОСО 7 %. Такие биосенсоры обладают высокой стабильностью при хранении (потеря чувствительности в первые 18 дней хранения достигает лишь 29 %). Выводы. Показано, что использование частиц силикалита одновременно с методом поперечной сшивки с ГА в значительной степени повышает сорбцию ферментов на поверхности преобразователей из нержавеющей стали во время иммобилизации, а также улучшает аналитические парметры бисоенсоров. Такой метод иммобилизации ферментов может быть применен для дальнейшего усовершенствования работы биосенсоров

Elaboration of new method of enzyme adsorption on silicalite and nano beta zeolite for amperometric biosensor creation

Aim. Optimization of a new method of enzyme immobilization for amperometric biosensor creation. Methods. The amperometric biosensor with glucose oxidase immobilized on zeolites as bioselective elements and platinum disk electrode as transducers of biochemical signal into the electric one was used in the work. Results. The biosensors based on glucose oxidase adsorbed on zeolites were characterized by a higher sensitivity to glucose and a better inter-reproducibility. The best analytical characteristics were obtained for the biosensors based on nano beta zeolite. It has been found that an increase in the amount of zeolite on the surface of amperometric transducer may change such biosensor parameters as sensitivity to the substrate and duration of the analysis. Conclusions. The proposed method of enzyme immobilization by adsorption on zeolites is shown to be quite promising in the development of amperometric biosensors and therefore should be further investigated.Мета. Оптимізація нового методу іммобілізації ферментів для розробки амперометричних біосенсорів. Методи. Використано іммобілізовану глюкозооксидазу на цеоліті як біоселективний елемент біосенсора та платиновий дисковий електрод – як амперометричний перетворювач біохімічного сигналу в електричний. Результати. Біосенсор на основі глюкозооксидази, адсорбованої на цеолітах, вирізняється високою чутливістю до глюкози та покращеною інтер-відновлюваністю виготовлення біосенсорів. Найкращі аналітичні характеристики притаманні біосенсору на основі нано-бета цеоліту. Встановлено, що при зміні кількості цеолітів на поверхні амперметричного перетворювача можна варіювати параметри біосенсора, такі як чутливість до субстрату та час аналізу. Висновки. Показано, що запропонований метод іммобілізації, а саме – адсорбція ферментів на цеолітах є дуже перспективним при розробці амперометричних біосенсорів.Цель. Оптимизация нового метода иммобилизации ферментов для разработки амперометрических биосенсоров. Методы. Использовали иммобилизованную глюкозооксидазу на цеолитах как биоселективный элемент биосенсора и платиновый дисковый электрод – как амперометрический преобразователь биохимического сигнала в электрический. Результаты. Биосенсор на основе глюкозооксидазы, адсорбированной на цеолитах, отличается высокой чувствительностью к глюкозе и улучшенной интер-воспроизводимостью приготовления биосенсоров. Наилучшими аналитическими характеристиками обладает биосенсор на основе нано-бета цеолита. Установлено, что при изменении количества цеолитов на поверхности амперометрического преобразователя можно менять параметры биосенсора, такие как чувствительность к субстрату и время анализа. Выводы. Показано, что предложенный метод иммобилизации, а именно – адсорбция ферментов на цеолитах является перспективным при разработке амперометрических биосенсоров

Application of silicalite for improvement of enzyme adsorption on the stainless steel electrodes

Aim. Improvement of analytical characteristics of an enzyme biosensor based on new inexpensive perspective stainless steel electrodes using silicalite nanoparticles. Methods. Conductometric enzyme biosensor was used. Results. Three methods of glucose oxidase (GOx) immobilization were studied and compared: GOx adsorption on silicalite modified electrodes (GOx-SME); cross-linking by glutaraldehyde without silicalite (GOx-GA); GOx adsorption on SME along with cross-linking by glutaraldehyde (GOx-SME-GA). The GOx-SME-GA biosensors based on stainless steel electrodes were characterized by 12–25-fold higher sensitivity comparing with other biosensors. The developed GOx-SME-GA biosensors were characterized by good reproducibility of glucose biosensors construction (relative standard deviation (RSD) – 18 %), improved signal reproducibility (RSD of glucose determination was 7 %) and good storage stability (29 % loss of activity after 18 days). Conclusions. The method of enzyme immobilization using silicalite together with GA cross-linking sufficiently enhances the enzyme adsorption on the stainless steel electrodes and improves the analytical parameters of biosensors. This method is found to be promising for further creation of other enzyme biosensors.Мета. Покращення аналітичних характеристик ферментних біосенсорів на основі нових недорогих перспективних електродів з нержавіючої сталі за допомогою наночастинок силікаліту. Методи. Використано кондуктометричний біосенсор з іммобілізованою глюкозооксидазою як біоселективним елементом та сталеві електроди як перетворювачі. Результати. Застосовано і порівняно три методи іммобілізації глюкозооксидази (ГО) на поверхні датчиків: адсорбція ГО на модифікованій частинками силікаліту поверхні електрода; поперечне зшивання ГО з глутаровим альдегідом (ГА) без використання силікаліту; сорбція ГО на модифікованому силікалітом електроді у комбінації з поперечним зшиванням з ГА. Біосенсори з ферментами, іммобілізованими на поверхні сталевого електроду за рахунок сорбції на шарі силікаліту у комбінації з поперечним зшиванням з ГА, мають в 12–25 разів вищу чутливість порівняно з іншими біосенсорами. Ця ж група біосенсорів характеризується високою відтворюваністю сигналів між різними партіями (відносне стандартне відхилення (ВСВ) становить 18 %), а також відтворюваністю в одній партії з ВСВ 7 %. Таким біосенсорам притаманна висока стабільність при зберіганні (втрата лише 29 % від первинного сигналу після 18 днів зберігання). Висновки. Показано, що використання частинок силікаліту поряд з методом поперечного зшивання з ГА значно підвищує сорбцію ферментів на поверхні датчиків з нержавіючої сталі під час іммобілізації, а також покращує аналітичні параметри біосенсорів. Цей метод іммобілізації ферментів може бути застосований для подальшого удосконалення роботи біосенсорів.Цель. Улучшение аналитических характеристик ферментных биосенсоров на основе новых недорогих перспективных электродов с помощью наночастиц силикалита. Методы. Использовали кондуктометрический биосенсор с иммобилизованной глюкозооксидазой в качестве биоселективного элемента и стальные электроды как преобразователь. Результаты. Сопоставлены между собой три метода иммобилизации глюкозооксидазы (ГО) на поверхности преобразователей: адсорбция ГО на поверхности модифицированных силикалитом электродов; поперечная сшивка ГО с глутаровым альдегидом (ГА) без использования силикалита; адсорбция ГО на модифицированном силикалитом преобразователе в комбинации с поперечной сшивкой с ГА. Биосенсоры, созданные вследствие комбинации сорбции ГО на слое силикалита на поверхности стального электрода и сшивки с ГА, имеют чувствительность в 12–25 раз выше, нежели другие биосенсоры. Биосенсоры этой же группы отличаются высокой воспроизводимостью сигналов между разными партиями (относительное стандартное отклонение (ОСО) составляет 18 %), и воспроизводимостью внутри одной партии с ОСО 7 %. Такие биосенсоры обладают высокой стабильностью при хранении (потеря чувствительности в первые 18 дней хранения достигает лишь 29 %). Выводы. Показано, что использование частиц силикалита одновременно с методом поперечной сшивки с ГА в значительной степени повышает сорбцию ферментов на поверхности преобразователей из нержавеющей стали во время иммобилизации, а также улучшает аналитические парметры бисоенсоров. Такой метод иммобилизации ферментов может быть применен для дальнейшего усовершенствования работы биосенсоров

A Novel Amperometric Glutamate Biosensor Based on Glutamate Oxidase Adsorbed on Silicalite

Abstract In this work, we developed a new amperometric biosensor for glutamate detection using a typical method of glutamate oxidase (GlOx) immobilization via adsorption on silicalite particles. The disc platinum electrode (d = 0.4 mm) was used as the amperometric sensor. The procedure of biosensor preparation was optimized. The main parameters of modifying amperometric transducers with a silicalite layer were determined along with the procedure of GlOx adsorption on this layer. The biosensors based on GlOx adsorbed on silicalite demonstrated high sensitivity to glutamate. The linear range of detection was from 2.5 to 450 μM, and the limit of glutamate detection was 1 μM. It was shown that the proposed biosensors were characterized by good response reproducibility during hours of continuous work and operational stability for several days. The developed biosensors could be applied for determination of glutamate in real samples

Application of enzyme/zeolite sensor for urea analysis in serum

Urea biosensor based on zeolite-adsorbed urease was applied for analysis of blood serum samples. It should be noted, that this biosensor has a number of advantages, such as simple and fast performance, the absence of toxic compounds during biosensor preparation, high reproducibility and repeatability (RSD = 9% and 4%, respectively). The linear range of urea determination by using the biosensor was 0.003-0.75 mM, and the limit of urea detection was 3 mu M. The method of standard addition was used for analysis of serum samples with 500-fold dilution. Total time of analysis was 10 min. Good reproducibility of urea determination in real samples was demonstrated (RSD = 10%). Biosensor results were verified by using a common method of urea determination (diacetyl monoxime reaction). It was shown that by using this biosensor distinguishing healthy people from people with renal dysfunction becomes easier