Новости

2 марта, 2017 16:39

Химики разработали биосенсоры для неинвазивного мониторинга глюкозы и лактата

Источник: Газета.ru
Структура глюкозы Wikimedia Commons

Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова создали биосенсоры первого поколения на основе берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля и ферментов-оксидаз (глюкозооксидаза, лактатоксидаза). Разработанные биосенсоры могут использоваться в носимых устройствах для неинвазивного мониторинга глюкозы и лактата. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в высокорейтинговом издании Journal of the Electrochemical Society.

Современным трендом в клинической диагностике и спортивной медицине является постоянный мониторинг метаболитов, в частности глюкозы и лактата. Для этой цели используются различные носимые устройства, включающие в себя биосенсоры, в связи с чем к их операционной стабильности предъявляются высокие требования.

Принцип работы биосенсоров заключается в следующем: определяемое соединение – лактат/глюкоза – окисляется кислородом воздуха в присутствии фермента (лактатоксидаза/глюкозооксидаза) до пирувата/глюконолактона и пероксида водорода, концентрация которого и определяется электродом-биосенсором, на который предварительно осадили берлинскую лазурь. Синий пигмент гексацианоферрат железа (т.н. берлинская лазурь) – один из самых эффективных катализаторов восстановления (понижение степени окисления одной из составляющих частиц вещества) пероксида водорода. Однако у берлинской лазури есть существенный недостаток: она нестабильна в условиях проведения измерения, поскольку при восстановлении пероксида водорода выделяется гидроксил-ион OH-, разрушающий структуру катализатора.

Ученые из лаборатории электрохимических методов химического факультета МГУ стабилизировали берлинскую лазурь, гексацианоферратом никеля, что позволило улучшить операционную стабильность исследуемых биосенсоров в два раза. Под понятием стабильности аналитики подразумевают воспроизводимость (неизменность) сигнала тока при одной и той же концентрации определяемого вещества.

«Мы пробовали стабилизировать берлинскую лазурь несколькими способами, например, пробовали осаждать берлинскую лазурь совместно с проводящими полимерами (полианилином, полипирролом, в частности), — рассказала младший научный сотрудник, аспирант химического факультета МГУ Елена Карпова. — Такая процедура приводит к увеличению операционной стабильности, однако не позволяет достичь долговременной стабильности при хранении из-за деградации полимера и нарушения его структуры в ходе высыхания-смачивания».

Гексацианоферраты переходных металлов (кобальта, никеля, меди), изоструктурные гексацианоферрату железа, изученные химиками из МГУ, лишены недостатков полимеров. Собственной электрокаталитической активностью соединения кобальта, никеля, меди не обладают, однако могут выступать в роли стабилизаторов каталитического покрытия. По словам Елены Карповой, наилучшими характеристиками (наибольшие значения чувствительности и стабильности) обладает берлинская лазурь, стабилизированная гексацианоферратом никеля.

Созданный тип биосенсоров способен перевернуть существующую ситуацию на рынке персональных глюкозных тестов.Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова создали биосенсоры первого поколения на основе берлинской лазури, стабилизированной гексацианоферратом никеля и ферментов-оксидаз (глюкозооксидаза, лактатоксидаза). Разработанные биосенсоры могут использоваться в носимых устройствах для неинвазивного мониторинга глюкозы и лактата. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в высокорейтинговом издании Journal of the Electrochemical Society.

Современным трендом в клинической диагностике и спортивной медицине является постоянный мониторинг метаболитов, в частности глюкозы и лактата. Для этой цели используются различные носимые устройства, включающие в себя биосенсоры, в связи с чем к их операционной стабильности предъявляются высокие требования.

Принцип работы биосенсоров заключается в следующем: определяемое соединение – лактат/глюкоза – окисляется кислородом воздуха в присутствии фермента (лактатоксидаза/глюкозооксидаза) до пирувата/глюконолактона и пероксида водорода, концентрация которого и определяется электродом-биосенсором, на который предварительно осадили берлинскую лазурь. Синий пигмент гексацианоферрат железа (т.н. берлинская лазурь) – один из самых эффективных катализаторов восстановления (понижение степени окисления одной из составляющих частиц вещества) пероксида водорода. Однако у берлинской лазури есть существенный недостаток: она нестабильна в условиях проведения измерения, поскольку при восстановлении пероксида водорода выделяется гидроксил-ион OH-, разрушающий структуру катализатора.

Ученые из лаборатории электрохимических методов химического факультета МГУ стабилизировали берлинскую лазурь, гексацианоферратом никеля, что позволило улучшить операционную стабильность исследуемых биосенсоров в два раза. Под понятием стабильности аналитики подразумевают воспроизводимость (неизменность) сигнала тока при одной и той же концентрации определяемого вещества.

«Мы пробовали стабилизировать берлинскую лазурь несколькими способами, например, пробовали осаждать берлинскую лазурь совместно с проводящими полимерами (полианилином, полипирролом, в частности), — рассказала младший научный сотрудник, аспирант химического факультета МГУ Елена Карпова. — Такая процедура приводит к увеличению операционной стабильности, однако не позволяет достичь долговременной стабильности при хранении из-за деградации полимера и нарушения его структуры в ходе высыхания-смачивания».

Гексацианоферраты переходных металлов (кобальта, никеля, меди), изоструктурные гексацианоферрату железа, изученные химиками из МГУ, лишены недостатков полимеров. Собственной электрокаталитической активностью соединения кобальта, никеля, меди не обладают, однако могут выступать в роли стабилизаторов каталитического покрытия. По словам Елены Карповой, наилучшими характеристиками (наибольшие значения чувствительности и стабильности) обладает берлинская лазурь, стабилизированная гексацианоферратом никеля.

Созданный тип биосенсоров способен перевернуть существующую ситуацию на рынке персональных глюкозных тестов.

29 ноября, 2022
Ученые разработали эффективный способ редактирования генома коров
Ученые Уральского федерального аграрного НИЦ УрО РАН (Екатеринбург) и Института биологии гена РАН (М...
28 ноября, 2022
Ученые МФТИ пролили свет на перенос ионов живыми клетками
Изучение возможности передачи сигналов внутри живых организмов с помощью ионов перспективно д...