Biopolym. Cell. 2024; 40(2):96-108.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000AB0
Молекулярна та клітинна біотехнології
Аналоги пруської блакиті, як міметики пероксидази для нанозим – оксидазних біосенсоров
1, 4Демків О. М., 1, 4Стасюк Н. Є., 2Гринчишин Н. М., 3Клепач Г. М., 1, 3Гончар М. В.
  1. Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
    вул. Академіка Заболотного, 148, Київ, Україна, 03143
  2. Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій імені Степана Гжицького
    вул. Пекарська, 50, Львів, Україна, 79010
  3. Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка
    24, вул. І. Франко, Дрогобич, Україна, 82100
  4. Інститут фізичної хімії, Польська академія наук
    44/52, Вул. Каспшака, Варшава, Польща, 01‑224

Abstract

Мета. Метою роботи була розробка нових H2O2-чутливих елементів і нанозим-оксидазних біосенсорів для аналізу гідроген пероксиду, глюкози та галактози. Методи. Хімічний синтез. Ензиматичний та біосенсорний аналіз. Сканувальна електронна мікроскопія. Результати. Синтезовано гексаціаноферратні нанозими (HCF NZs) як каталітично активні аналоги Пруської блакиті, які мають високу пероксидазоподібну активність у розчині і можуть слугувати для побудови H2O2-чутливих сенсорів і нанозим-оксидазних біосенсорів. Сенсори на основі: nAuHCF/GE та nPtHCF/GE виявляють вищу чутливість (у 7,5 та 9,4 раза), в порівнянні з аналогом, на основі пероксидази. Розроблені біосенсори GOX/nPtHCF/GE, GaOx/nPtHCF/GE для глюкози та галактози мають вищу чутливість (900 і 540 А·М-1·м-2, відповідно). Крім того, ці біосенсори мають широкий лінійний діапазон виявлення, що досягає 0,2 мМ, і вони мають низькі межі виявлення - 4,0 мкМ для глюкози та 6,0 мкМ для галактози. Крім того, ці біосенсори продемонстрували кращу стабільність порівняно з контролем. Висновки. Новизна представленої роботи пов’язана із синтезом нових пероксидазоподібних НЗ та оцінкою їхньої функціональності як хемосенсорів на H2O2 та каталітичних компонентів біосенсорів для аналізу аналізу глюкози та галактози. NZs nPtHCF і nAuHCF у складі створених сенсорів показують високу чутливість до цільових аналітів, широкий лінійний діапазон і задовільну стабільність при зберіганні, а головною їхньою перевагою є проста архітектура чутливого шару та здатність функціонувати при низьких потенціалах.
Keywords: аналоги Пруської блакиті, нанозими, штучна пероксидаза, глюкозооксидаза, галактозооксидаза, амперометричний біосенсор
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Qi X, Tester RF. Fructose, galactose and glucose - In health and disease. Clin Nutr ESPEN. 2019; 33:18-28.
[2] Villena Gonzales W, Mobashsher AT, Abbosh A. The Progress of Glucose Monitoring-A Review of Invasive to Minimally and Non-Invasive Techniques, Devices and Sensors. Sensors (Basel). 2019; 19(4):800.
[3] Succoio M, Sacchettini R, Rossi A, Parenti G, Ruoppolo M. Galactosemia: Biochemistry, Molecular Genetics, Newborn Screening, and Treatment. Biomolecules. 2022; 12(7):968.
[4] Stasyuk N, Demkiv O, Gayda G, Zakalska O, Nogala W, Gonchar M. Amperometric biosensors based on alcohol oxidase and peroxidase-like nanozymes for ethanol determination. Mikrochim Acta. 2022; 189(12):474.
[5] Wijayanti SD, Tsvik L, Haltrich D. Recent Advances in Electrochemical Enzyme-Based Biosensors for Food and Beverage Analysis. Foods. 2023; 12(18):3355.
[6] Kanyong P, Krampa FD, Aniweh Y, Awandare GA. Enzyme-based amperometric galactose biosensors: a review. Mikrochim Acta. 2017; 184(10):3663-71.
[7] Liu Y, Yang L, Cui Y. Transdermal amperometric biosensors for continuous glucose monitoring in diabetes. Talanta. 2023; 253:124033.
[8] Attar F, Shahpar MG, Rasti B, Sharifi M, Saboury AA, Rezayat SM, Falahati M. Nanozymes with intrinsic peroxidase-like activities. J Mol Liq. 2019; 278:130-144.
[9] Komkova MA, Pasquarelli A, Andreev EA, Galushin AA, Karyakin AA. Prussian Blue modified boron-doped diamond interfaces for advanced H2O2 electrochemical sensors. Electrochim Acta. 2020; 339:135924.
[10] Puganova EA, Karyakin AA. New materials based on nanostructured Prussian blue for development of hydrogen peroxide sensors. Sens Actuators B Chem. 2005; 109:167-170.
[11] Stasyuk N, Smutok O, Demkiv O, Prokopiv T, Gayda G, Nisnevitch M, Gonchar M. Synthesis, Catalytic Properties and Application in Biosensorics of Nanozymes and Electronanocatalysts: A Review. Sensors (Basel). 2020; 20(16):4509.
[12] Qin L, Hu Y, Wei H. Nanozymes: Preparation and Characterization. In Nanotechnology for Electronics, Photonics, and Renewable Energy; Springer Science and Business Media LLC: Berlin/Heidelberg, Germany, 2020:pp. 79-101.
[13] Gayda GZ, Demkiv OM, Gurianov Y, Serkiz RY, Klepach HM, Gonchar MV, Nisnevitch M. "Green" Prussian Blue Analogues as Peroxidase Mimetics for Amperometric Sensing and Biosensing. Biosensors (Basel). 2021; 11(6):193.
[14] Demkiv O, Gayda G, Stasyuk N, Brahinetz O, Gonchar M, Nisnevitch M. Nanomaterials as Redox Mediators in Laccase-Based Amperometric Biosensors for Catechol Assay. Biosensors (Basel). 2022; 12(9):741.
[15] Violante-Mota F, Tellechea E, Moran JF, Sarath G, Arredondo-Peter R. Analysis of peroxidase activity of rice (Oryza sativa) recombinant hemoglobin 1: implications for in vivo function of hexacoordinate non-symbiotic hemoglobins in plants. Phytochemistry. 2010; 71(1):21-6.
[16] Maddinedi SB, Mandal BK. Peroxidase like activity of quinic acid stabilized copper oxide nanosheets. Austin J Anal Pharm Chem. 2014; 1,2:1008. ISSN:2381-8913.
[17] Bilalis P, Karagouni E, Toubanaki DK. Peroxidase-like activity of Fe3O4 nanoparticles and Fe3O4-graphene oxide nanohybrids: Effect of the amino- and carboxyl-surface modifications on H2O2 sensing. Appl Organomet Chem. 2022; 36(9):e6803.
[18] Pandey PC, Panday D, Pandey AK. Polyethylenimine mediated synthesis of copper-iron and nickel-iron hexacyanoferrate nanoparticles and their electroanalytical applications. J Electroanal Chem. 2016; 780:90-102.
[19] Daboss EV, Shcherbacheva EV, Karyakin AA. Simultaneous noninvasive monitoring of diabetes and hypoxia using core-shell nanozyme - oxidase enzyme biosensors. Sens Actuators B Chem. 2023; 380:133337.
[20] Figueiredo C, De Lacey AL, Pita M. Electrochemical studies of galactose oxidase. Electrochem Sci Adv. 2022; 2(5):e2100171.