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

Development of amperometric biosensor for choline determination

Aim. Development of an amperometric biosensor for measuring choline concentration in water samples. Methods. A bioselective element of the biosensor was created using choline oxidase which was covalently immobilized by glutaraldehyde crosslinking with bovine serum albumin on the surface of an amperometric platinum disk electrode. Results. The conditions of the bioselective element formation (the enzyme and glutaraldehyde concentrations, time of procedure) were optimized. The biosensor developed was characterized by good response reproducibility over hours of continuous operation. The linear range of substrate determination ranged from 10 µM to 1000 µM, a limit of choline detection – 1–3 µM, the biosensor sensitivity was 25–30 nA/mM. An effect of interfering substances was significantly reduced by the application of an additional semipermeable poly-m-phenylenediamine (PPD) membrane. Conclusions. The developed biosensor is well-suited for choline determination in water samples.Мета. Розробка амперометричного біосенсора для визначення концентрацій холіну у водних зразках. Методи. Для створення біоселективного елементу біосенсора використовували холін оксидазу, що була іммобілізована ковалентною зшивкою глутаровим альдегідом з бичачим сироватковим альбуміном на поверхню амперометричного дискового платинового електроду. Результати. Було проведено оптимізацію умов формування біоселективного елементу на поверхню перетворювача (концентрація ферменту і глутарового альдегіду та час іммобілізації). Біосенсор характеризується доброю відтворюваністю відгуків впродовж декількох годин безперервної роботи. Лінійний діапазон визначення субстрату знаходився в межах від 10 мкМ до 1000 мкМ, мінімальна межа визначення холіну – 1–3 мкМ, чутливість біосенсора 25–30 нА/мМ. Завдяки використанню додаткової напівпроникної мембрани з полі-m-фенілендіаміну (ПФД) було значно зменшено вплив інтерферентів на роботу біосенсора. Висновки. Показано, що розроблений біосенсор добре підходить для визначення холіну у водних зразках.Цель. Разработка амперометрического биосенсора для определения концентраций холина в водных образцах. Методы. Для создания биоселективного элемента использовали холин оксидазу, иммобилизованную ковалентной сшивкой глутаровым альдегидом с бычьим сывороточным альбумином на поверхность амперометрического дискового платинового электрода. Результаты. Была проведена оптимизация условий формирования биоселективного елемента на поверхность преобразователя (концентрация фермента и глутарового альдегида та время иммобилизации). Биосенсор характеризируется хорошей воспроизводимостью откликов на протяжении нескольких часов непрерывной работы. Линейный диапазон определения субстрата находился в пределах от 10 мкМ до 1000 мкМ, минимальная граница определения холина – 1–3 мкМ, чувствительность биосенсора 25–30 нА/мМ. Благодаря использованию дополнительной полупроницаемой мембраны с поли-м-фенилендиамина (ПФД) было значительно уменьшено влияние интерферентов на работу биосенсора. Выводы. Показано, что разработанный биосенсор хорошо применим для определения холина в водных образцах

Inhibition of immobilized acetylcholinesterase by aflatoxin B1 in a potentiometric biosensor

Aim. To identify a type of inhibition of immobilized acetylcholinesterase by aflatoxin B1. Methods. A bioselective element of the potentiometric biosensor was created using acetylcholinesterase, which was covalently immobilized on the surface of the pH-FET sensor by glutaraldehyde crosslinking with bovine serum albumin. Results. Optimal conditions for the potentiometric biosensor operation such as pH-optimum of the enzyme action and its inhibition were defined. An apparent Michaelis constant, as well as a maximum initial reaction rate of immobilized acetylcholinesterase as a part of the biosensor were determined. The type of reversible inhibition of immobilized acetylcholinesterase by aflatoxin B1 in potentiometric biosensor was identified by using a new graphical “degree of inhibition” method and the obtained result was confirmed with one of the tradi-tional methods, such as the Lineweaver-Burk plot. Conclusions. This study helps to understand the mechanisms of enzyme inhibition in biosensors and brings the biosensor implementation closer.Мета. Визначення типу інгібування іммобілізованої ацетилхолінестерази афлатоксином B1. Методи. Біоселективний елемент потенціометрического біосенсора був створений використовуючи поперечну зшивку ацетилхолінестерази з бичачим сироватковим альбуміном в мембрані за допомогою глутарового альдегіду. Результати. Визначено оптимальні умови роботи потенціометричного біосенсора, такі як рН-оптимум роботи ферменту та його інгібування. Були визначені уявна константа Міхаеліса, а також максимальна початкова швидкість ферментативної реакції іммобілізованої ацетилхолінестерази в складі біосенсора. Тип оборотного інгібування іммобілізованої ацетилхолінестерази афлатоксином В1 в складі потенціометричного біосенсора був ідентифікований з використанням нового графічного методу – методу «ступеня інгібування», отриманий результат був підтверджений за допомогою одного із традиційних методів –Лайнуівера-Берка. Висновки. Це дослідження допомагає зрозуміти механізми інгібування ферменту в складі біосенсора та наближує впровадження біосенсора у виробництво.Цель. Определение типа ингибирования иммобилизованной ацетилхолинэстеразы афлатоксином B1. Методы. Биоселективный элемент потенциометрического биосенсора был создан, используя поперечную сшивку ацетилхолинэстеразы с бычьим сывороточным альбумином в мембране при помощи глутарового альдегида. Результаты. Определены оптимальные условия работы потенциометрического биосенсора, такие как рН-оптимум работы фермента и его ингибирования. Были определены кажущаяся константа Михаэлиса, а также максимальная начальная скорость ферментативной реакции иммобилизованной ацетилхолинэстеразы в составе биосенсора. Тип обратимого ингибирования иммобилизованной ацетилхолинестеразы афлатоксином В1 в составе потенциометрического биосенсора был установлен при помощи нового графического метода – метода «степени ингибирования», полученный результат был подтвержден с помощью одного из традиционных методов – Лайнуивера-Берка. Выводы. Это исследование помогает понять механизмы ингибирования фермента в составе биосенсора и приближает внедрение биосенсора в производство

Development of pyruvate oxidase-based amperometric biosensor for pyruvate determination

Aim. The development and optimization of the amperometric biosensor for pyruvate determina-tion. Methods. Immobilized pyruvate oxidase was used as a biorecognition element of the biosen-sor, a platinum disc electrode- as an electrochemical transducer. Results. Different variants of immobilization of pyruvate oxidase were tested and the optimal one was chosen for the creation of a biorecognition element of the biosensor. Optimal concentrations of cofactors for the best per-formance of the pyruvate oxidase-based biosensor were selected. The developed biosensor dem-onstrated a high sensitivity to pyruvate and wide linear range of work. High selectivity of the pro-posed biosensor towards electrically active substances and other substrates present in real samples was shown. The biosensor is characterized by high signal reproducibility and operational stability over two weeks. Conclusions. The highly selective amperometric biosensor for determination of pyruvate in biological samples has been developed. Its analytical characteristics are studied. The biosensor can be further used for the pyruvate analysis in blood serum.Мета. Розробка та оптимізація роботи амперометричного біосенсора для визначення пірувату. Методи. Застосовано амперометричний біосенсор з іммобілізованою піруватоксидазою як біоселективний елемент та платинові дискові електроди як перетворювачі. Результати. Перевірено різні варіанти іммобілізації піруватоксидази та обрано оптимальний для створення біоселективного елементу біосенсора. Підібрано оптимальні концентрації кофакторів для найкращої роботи біосенсора на основі піруватоксидази. Розроблений біосенсор демонстрував високу чутливість до пірувату та широкий лінійний діапазон роботи. Було показано високу селективність запропонованого біосенсора відносно електроактивних речовин та інших субстратів, що можуть бути присутніми в реальних зразках. Біосенсор характеризується високою відтворюваністю сигналу та операційною стабільністю протягом 2 тижнів. Висновки. Розроблено високоселективний амперометричний біосенсор для визначення пірувату у біологічних зразках та досліджено його аналітичні характеристики. В подальшому даний біосенсор може бути використано для визначення пірувату у сироватці крові.Цель. Разработка и оптимизация работы амперометрического біосенсора для определения пирувата. Методы. Использовано амперометрический біосенсор с иммобилизованной пируватоксидазой как биоселективным элементом и платиновые дисковые электроды как преобразователи. Результаты. Проверено разные варианты иммобилизации пируватоксидазы и выбрано оптимальный для создания биоселективного элемента биосенсора. Подобрано оптимальные концентрации кофакторов для наилучшей работы биосенсора на основе пируватоксидазы. Разработанный биосенсор демонстрировал высокую чувствительность к пирувату и широкий линейный диапазон работы. Было показано хорошую селективность предложенного биосенсора относительно электроактивных веществ и других субстратов, которые могут присутствовать в реальных образцах. Биосенсор характеризуется высокой воспроизводимостью сигнала и операционной стабильностью на протяжении двух недель. Выводы. Разработан высокоселективный амперометрический биосенсор для определения пирувата в биологических образцах и исследованы его аналитические характеристики. В дальнейшем данный биосенсор может быть использован для определения пирувата в сыворотке крови

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

Highly selective amperometric biosensor for uric acid determination in real samples

Aim. To develop an amperometric biosensor based on immobilized uricase (1.7.3.3) from Arthrobacter Globiformis and a platinum disk electrode for the detection of uric acid in biological fluids. Methods. To obtain a highly selective detection of the uric acid concentration, an additive semi-permeable polymer film was formed on the surface of a platinum disk electrode by electro-polymerisation of m-phenylene diamine. The enzymatic selective layer was formed on the poly-m-phenylene diamine membrane using uricase immobilized in BSA matrix by a non-toxic crosslinking agent – poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDE). Results. An influence of possible interfering substances – ascorbic acid, cysteine, urea, glucose, glutamic acid and lactic acid – was studied. Almost no effect of these electrochemical compounds on the biosensor response was found, indicating that the selectivity of the developed biosensor is very high. The biosensor characteristics were determined: detection limit 0.001 mM (s/n = 3), linear working range 0.008–0.218 mM, sensitivity 165 μA·mM⁻¹ cm⁻². The biosensor stability and reproducibility were studied and shown. Conclusions. The developed biosensor was validated by comparing the results of the urine samples analysis provided with the biosensor and the spectrophotometric method (correlation coefficient r = 0.99).This biosensor is found to be promising method for uric acid detection in the real samples.Мета. Розробити амперометричний біосенсор на основі іммобілізованої урікази (1.7.3.3) з Arthrobacter Globiformis і платинового дискового електрода для визначення сечової кислоти в біологічних рідинах. Методи. Для досягнення високоселективного визначення концентрації сечової кислоти на поверхні платинового дискового електрода сфо-рмована додаткова напівпроникна мембрана шляхом електрополімерізаціі м-фенілендіаміна. Ферментний селективний шар сформований на полі-м-фенілендіаміновій мембрані з використанням урікази, що іммобілізована в матриці БСА, в якості зшиваючого агента використовували нетоксичний поліетиленгліколь дигліцидиловий естер (ПЕГДЕ). Результати. Досліджено вплив інтерферуючих речовин: аскорбінової кислоти, цистеїну, сечовини, глюкози, глутамінової кислоти, молочної кислоти на активність розробленого біосенсору і показана відсутність впливу цих електрохімічно активних речовин на відгук біосенсора, що свідчить про дуже високу селективність розробленого біосенсора. Визначені наступні характеристики біосенсора: мінімальна концентрація, що визначалась 0.001 мM (s/n = 3), робочий лінійний діапазон 0.008–0.218 мM, чутливість 165 мкА∙мМ⁻¹ см⁻². Також досліджені і пока-зані операційна стабільність біосенсора і його стабільність при зберіганні. Висновки. Апробація розробленого біо-сенсора при аналізі реальних зразків сечі показала хорошу кореляцію даних із класичним спектрофотометричним методом (коефіцієнт кореляції r = 0.99). Таким чином, даний біосенсор є перспективним методом і може бути застосований в медичній діагностиці для визначення сечової кислоти в реальних зразках.Цель. Разработать амперометрический биосенсор на основе иммобилизированной уриказы (1.7.3.3) из Arthrobacter Globiformis и платинового дискового электрода для определения мочевой кислоты в биологических жидкостях. Методы. Для достижения высокоселективного определения концентрации мочевой кислоты на поверхности платинового дискового электрода была сформирована дополнительная полупроницаемая мембрана путём электрополимеризации м-фенилендиамина. Ферментный селективный слой сформирован на поли-м-фенилендиаминовой мембране с использованием уриказы, иммобилизированной в матрице БСА, в качестве сшивающего агента использовали нетоксичный диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля (ПЭГДЭ). Результаты. Исследовано влияние интерферирующих веществ: аскорбиновой кислоты, цистеина, мочевины, глюкозы, глутаминовой кислоты, мо-лочной кислоты на активность разработанного биосенсора и показано отсутствие влияния этих электрохимически активных веществ на отклик биосенсора, что свидетельствует об очень высокой селективности разработанного биосенсора. Определены следующие характеристики биосенсора: граничная определяемая концентрация 0.001 мM (s/n = 3), рабочий линейный диапазон 0.008–0.218 мM, чувствительность 165 мкА•мМ⁻¹ см⁻². Также исследованы и продемонстрированы операционная стабильность биосенсора и его стабильность при хранении. Выводы. Апробация разработанного биосенсора при анализе реальных образцов мочи показала хорошую корреляцию данных с классическим спектрофотометрическим методом (коэффициент корреляции r = 0.99). Таким образом, данный биосенсор является перспективным методом и может быть использован в медицинской диагностике для определения мочевой кислоты в реальных образцах

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

Biosensors. A quarter of a century of R&D experience

The paper is a review of the researches of Biomolecular Electronics Laboratory concerning the development of biosensors based on electrochemical transducers (amperometric and conductometric electrodes, potentiometric pH-sensitive field effect transistors) and different biorecognition molecules (enzymes, cells, antibodies), biomimics (molecularly imprinted polymers), as sensitive elements for direct analysis of substrates or inhibitory analysis of toxicants. Highly specific, sensitive, simple, fast and cheap detection of different substances renders them as promising tools for needs of health care, environmental control, biotechnology, agriculture and food industries. Diverse biosensor formats for direct determination of different analytes and inhibitory enzyme analysis of a number of toxins have been designed and developed. Improvement of their analytical characteristics may be achieved by using differential mode of measurement, negatively or positively charged additional semipermeable membranes, nanomaterials of different origin, genetically modified enzymes. These approaches have been aimed at increasing the sensitivity, selectivity and stability of the biosensors and extending their dynamic ranges. During the last 25 years more than 50 laboratory prototypes of biosensor systems based on mono- and multibiosensors for direct determination of a variety of metabolites and inhibitory analysis of different toxic substances were created. Some of them were tested in real samples analysis. The advantages and disadvantages of the biosensors developed are discussed. The possibility of their practical application is considered.Представлено огляд виконаних у лабораторії біомолекулярної электроніки досліджень в області розробки біосенсорів на основі електрохімічних перетворювачів (амперо- і кондуктометричні електроди, потеціометричні рН-чутливі польові транзистори) і різних біорозпізнавальних молекул (ферменти, клітини, антитіла), біоміміків або синтетичних мембран, включаючи матричні полімери, як чутливих елементів для прямого аналізу субстратів або інгібіторного аналізу токсинів. Завдяки високій специфічності і чутливості, простоті та низькій вартості визначення різних речовин біосенсори є перспективними приладами для потреб охорони здоров’я, контролю довкілля, біотехнології, сільського господарства і харчової промисловості. Розроблено й досліджено біосенсори для прямого визначення низки аналітів та інгібіторного аналізу різних токсичних речовин. Поліпшення їхніх аналітичних характеристик можна досягти за рахунок застосування диференційного режиму вимірювань, негативно або позитивно заряджених допоміжних напівпроникних мембран, наноматеріалів різного походження, генетично модифікованих ферментів тощо. Використання цих підходів зробить можливим підвищити чутливість, селективність і стабільність біосенсорів, а також розширити динамічний діапазон вимірювань. Упродовж останніх 25 років виготовлено більш як 50 лабораторних прототипів біосенсорних систем на основі моно- і мультибіосенсорів для прямого визначення різноманітних метаболітів та інгібіторного аналізу токсикантів. Деякі з них випробувано за умов аналізу реальних зразків. В огляді обговорено переваги і недоліки розроблених біосенсорів та розглянуто можливості їхнього практичного застосування.Представлен обзор выполненных в лаборатории биомолекулярной электроники исследований в области разработки биосенсоров на основе электрохимических преобразователей (амперо- и кондуктометрические электроды, потециометрические рН-чувствительные полевые транзисторы) и различных биораспознающих молекул (ферменты, клетки, антитела), биомимиков или синтетических мембран, в том числе матричных полимеров, в качестве чувствительных элементов для прямого анализа субстратов или ингибиторного анализа токсинов. Благодаря высокой специфичности и чувствительности, простоте и дешевизне оп- ределения различных веществ биосенсоры представляют собой перспективный инструментарий для потребностей здравоохранения, контроля окружающей среды, биотехнологии, сельского хозяйства и пищевой промышленности. Разработаны и исследованы биосенсоры для прямого определения ряда аналитов и ингибиторного ферментного анализа различных токсичных веществ. Улучшения их аналитических характеристик можно достичь за счет применения дифференциального режима измерений, негативно или позитивно заряженных дополнительных полупроницаемых мембран, наноматериалов разного происхождения, генетически модифицированных ферментов и др. Эти подходы дают возможность повысить чувствительность, селективность и стабильность биосенсоров, расширить их динамический диапазон измерений. В течение последних 25 лет изготовлено более 50 лабораторных прототипов биосенсорных систем на основе моно- и мультибиосенсоров для прямого определения разнообразных ме- таболитов и ингибиторного анализа различных токсикантов. Некоторые из них исследованы в условиях анализа реальных об- разцов. В обзоре обсуждаются достоинства и недостатки разра- ботанных биосенсоров. Рассматривается возможность их прак- тического использования

Development of three-enzyme lactose amperometric biosensor modified by nanosized poly (meta-phenylenediamine) film

© 2021, King Abdulaziz City for Science and Technology.New three-enzyme lactose amperometric biosensor based on platinum disc electrode modified by nanosized semipermeable poly (meta-phenylenediamine) film was developed in this work. It was studied the influence of different conditions of meta-phenylenediamine electropolymerization on the parameters (sensitivity and selectivity) of the amperometric transducers. The most optimal parameters were achieved after performing the electropolymerization of 5 mM meta-phenylenediamine applying 10–13 cyclic voltammograms. The bioselective element of lactose biosensor consisted of three enzymes (β-galactosidase, mutarotase, glucose oxidase) that were immobilized on the surface of modified working electrode. The analytical characteristics of the developed biosensor were studied. The linear range of lactose determination extended from 0.01 mM to 1.25 mM. The response time of the biosensor was 30 s. The biosensor showed high signal reproducibility (RSD = 1.16%), high sensitivity (LOD = 0.005 mM) and high selectivity. The proposed biosensor was tested for measurement of lactose concentration in milk samples. The high correlation between results obtained with lactose biosensor and HPLC was shown (R = 0.96%). Thus, the developed biosensor is suited for rapid, inexpensive, sensitive, selective and simple determination of lactose in milk samples