Development of a Fully Automated Flow Injection Analyzer Implementing Bioluminescent Biosensors for Water Toxicity Assessment

This paper describes the development of an automated Flow Injection analyzer for water toxicity assessment. The analyzer is validated by assessing the toxicity of heavy metal (Pb2+, Hg2+ and Cu2+) solutions. One hundred μL of a Vibrio fischeri suspension are injected in a carrier solution containing different heavy metal concentrations. Biosensor cells are mixed with the toxic carrier solution in the mixing coil on the way to the detector. Response registered is % inhibition of biosensor bioluminescence due to heavy metal toxicity in comparison to that resulting by injecting the Vibrio fischeri suspension in deionised water. Carrier solutions of mercury showed higher toxicity than the other heavy metals, whereas all metals show concentration related levels of toxicity. The biosensor’s response to carrier solutions of different pHs was tested. Vibrio fischeri’s bioluminescence is promoted in the pH 5–10 range. Experiments indicate that the whole cell biosensor, as applied in the automated fluidic system, responds to various toxic solutions

Ανάπτυξη και εφαρμογή βιοφωταυγών κυτταρικών βιοαισθητήρων για εκτίμηση τοξικότητας με την τεχνική εισαγωγής δείγματος σε ροή

In accordance with the legislation of the European Union the quality of water and the degree of contamination is assessed by chemical methods. However, these methods in contrast with bioassays, do not account for synergistic and competitive actions which could affect bioavailability and consequently the toxicity of different classes of pollutants. Bioassays may be used for assessment of toxicity as preliminary semiquantitative measurements before carrying out more detailed chemical analyses. Moreover, a large number of routine analysis can be performed rapidly and reliably through the development of automated analytical systems. A special benefit concerns the development of portable analytical instrumentation. In this way samples are not transported in the laroratory; the laboratory moves to the sampling area. In the present PhD thesis, the development and implementation of bioluminescent whole cell biosensors, for assessment of toxicity, fludic system is described. Biosensors are based on luminescent bacteria Vibrio fischeri. Bacteria are implemented in an automated flow analyzer controlled by a microcomputer. In this way, beyond high sampling rates, precise transport of Vibrio fischeri’s cells biosensor is achieved. […]Σύμφωνα με την νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης η ποιότητα των υδάτων καθώς και ο βαθμός της ρύπανσης εκτιμούνται με χημικές μεθόδους. Οι μέθοδοι αυτές, σε αντίθεση με τις βιοδοκιμές, δεν συνεκτιμούν συνεργιστικές και ανταγωνιστικές δράσεις οι οποίες είναι δυνατόν να επηρεάσουν τη βιοδιαθεσιμότητα και κατά συνέπεια την τοξικότητα διαφόρων τάξεων ρυπαντών. Οι βιοδοκιμές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εκτίμηση τοξικότητας, για προκαταρκτικό ημιποσοτικό προσδιορισμό και έλεγχο πριν την εκτέλεση λεπτομερέστερων χημικών αναλύσεων. Είναι γνωστό πόσο επιτακτική είναι η ανάγκη αυτοματοποίησης αναλυτικών μεθόδων, ώστε μεγάλος αριθμός αναλύσεων ρουτίνας να μπορεί να διεκπεραιώνεται αξιόπιστα σε μικρό χρόνο και να καθίσταται δυνατή η κατασκευή φορητών αναλυτικών οργάνων ώστε να μεταβαίνει άμεσα το εργαστήριο στο χώρο δειγματοληψίας και όχι το δείγμα στο εργαστήριο. Στη διατριβή αυτή περιγράφεται η ανάπτυξη κι εφαρμογή βιοφωταυγών κυτταρικών βιοαισθητήρων για εκτίμηση τοξικότητας. Οι βιοαισθητήρες βασίζονται σε φωταυγή βακτήρια Vibrio fischeri. Στην παρούσα διατριβή η εφαρμογή τους γίνεται με ενσωμάτωση σε πλήρως αυτοματοποιημένο αναλυτή εισαγωγής δείγματος σε ροή που συνδέεται με μικροϋπολογιστή ώστε να ελέγχεται ο χρονισμός των αναλύσεων και να γίνεται σχετικά απλά η λήψη και η στατιστική επεξεργασία των αναλυτικών δεδομένων. Οι αναλυτές εισαγωγής δείγματος διαθέτουν τα πλεονεκτήματα της ευκολίας σε χρήση, της μεγάλης ταχύτητας των αναλύσεων καθώς και το ότι έχουν μικρό κατασκευαστικό και λειτουργικό κόστος συγκρινόμενα με πολλά αναλυτικά όργανα υψηλού κόστους και κατανάλωσης αναλωσίμων. […

Development and Validation of Pesticide Residues Determination Method in Fruits and Vegetables through Liquid and Gas Chromatography Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS and GC-MS/MS) Employing Modified QuEChERS Method and a Centrifugal Vacuum Concentrator

Pesticides are used for controlling organisms, weeds and animals, causing damage to plants. Although the use of pesticides is a prerequisite for producing safe food, their accumulation makes their rapid determination necessary to avoid negative impacts on human health. The aim of this study was to develop reliable and robust analytical methods for the determination of pesticide residues in fruits and vegetables, validated according to SANTE/12682/2019 guidance. Five different categories of fruits and vegetables were selected (apple, orange, onion, lettuce, tomato). The sample preparation was based on QuEChERS methodology, slightly modified in the clean-up step, and appropriate d-SPE reagents were selected for each commodity. A Multi-Tube Vortexer was used for better agitation. In the final step, the extract was split in two: one part was acidified and injected in LC-MS/MS and the other part was evaporated in a centrifugal vacuum concentrator, and reconstituted and injected in GC-MS/MS. With the centrifugal vacuum concentrator used instead of nitrogen stream, more pesticides were determined, while sensitivity and repeatability increased. Validation results satisfied the SANTE/12682/2019 guidelines for approximately 220 analytes for each commodity. LOQ was set at 0.010 mg/kg for all analytes. Successful external quality assessment (proficiency testing) proved that the methods are fit for purpose