Амперометрический биосенсорный анализатор для экспресс-определения биохимического потребления кислорода

Вячеслав Алексеевич Арляпов; Павел Валентинович Мельников; Наталья Юрьевна Юдина; Николай Конкордиевич Зайцев; Валерий Анатольевич Алферов; Анатолий Николаевич Решетов

Амперометрический биосенсорный анализатор для экспресс-определения биохимического потребления кислорода

Вячеслав Алексеевич Арляпов¹, Павел Валентинович Мельников², Наталья Юрьевна Юдина³, Николай Конкордиевич Зайцев⁴, Валерий Анатольевич Алферов⁵, Анатолий Николаевич Решетов⁶

научная статья Страницы: 69-78

¹ к.х.н., доцент, кафедра химии, Тульский государственный университет
² к.ф.-м.н., доцент, кафедра физической химии, Московский технологический университет
³ ассистент, кафедра химии, Тульский государственный университет
⁴ д.х.н., доцент, зав. кафедрой энергетических технологий, установок и систем, Московский техноло-гический университет
⁵ к.х.н., доцент, зав. кафедрой химии, Тульский государственный университет; директор ЕН института (г. Тула)
⁶ д.х.н., профессор, зав. лабораторией биосенсоров, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (г. Пушено, Московск. обл.)

Ключевые слова: автоматизированный анализатор биохимического потребления кислорода биосенсорный принцип измерения дрожжевые клетки практическое применение

Аннотация

Разработан биосенсорный анализатор для экспресс-определения биохимического потребления кислорода на основе амперометрического кислородного электрода и дрожжевых клеток. Проведены испытания разработанного анализатора. Полученные данные имеют высокую корреляцию с данными стандартного метода (R = 0,9999). Результаты свидетельствуют о возможности использования разработанного биосенсорного анализатора как прототипа опытных образцов приборов для серийного применения.

Для цитирования

Арляпов В.А., Мельников П.В., Юдина Н.Ю., Зайцев Н.К., Алферов В.А., Решетов А.Н. Амперометрический биосенсорный анализатор для экспресс-определения биохимического потребления кислорода // Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. № 10. С. 69–78.

Список источников

Количественный химический анализ вод: Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. М.: Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ. 1997. 25 с.
Water quality-determination of biochemical oxygen demand after n days (BODn). Part 1: Dilutionand seeding method with allylthiourea addition. 2003.
Jouanneau S., Recoules L., Durand M.J., Boukabache A., Picot V., Primault Y., Lakel A., Sengelin M., Barillon B., Thouand G. Methods for assessing biochemical oxygen demand (BOD): A review // Water research. 2014. V. 49. Р. 62-82.
Понаморёва О.Н., Арляпов В.А., Алферов В.А., Решетилов А.Н. Микробные биосенсоры для определения биологического потребления кислорода // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т. 47. № 1. С. 5-15.
Bourgeois W., Burgess J.E., Stuetz R.M. On-line monitoring of wastewater quality: a review // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2001. V. 76. Р. 337-348.
Arlyapov V.A., Yudina N.Yu., Asulyan L.D., Alferov S.V., Alferov V.A., Reshetilov A.N. BOD biosensor based on the yeast Debaryomyces hansenii immobilized in poly (vinyl alcohol) modified by N-vinylpyrrolidone // Enzyme and microbial technology. 2013. V. 53. № 4. Р. 257-262.
Seo K.S., Choo K.H., Chang H.N., Park J.K. A flow injection analysis system with encapsulated high-density Saccharomyces cerevisiae cells for rapid determination of biochemical oxygen demand // Applied microbiology and biotechnology. 2009. V. 83. № 2. P. 217-223.
Bahadıra E.B., Sezgintürk M.K. Applications of commercial biosensors in clinical, food, environmental, and biothreat/biowarfare analyses // Analytical Biochemistry. 2015. V. 478. P. 107-120.
Chan C., Lehmann M., Tag K., Lung M., Kunze G., Riedeld K., Gruendige B., Renneberg R. Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans for a microbial sensor immobilized with poly (carbamoyl) sulfonate (PCS): Part II: application of the novel biosensor to real samples from coastal and island regions // Biosen. Bioelectron. 1999. V. 14. № 3. P. 295-302.
Арляпов В.А., Понаморёва О.Н., Алфёров В.А., Рогова Т.В., Блохин И.В., Чепкова И.Ф., Решетилов А.Н. Микробные биосенсоры для экспресс-определения БПК сточных вод предприятий пищевой промышленности // Вода: химия и экология. 2008. № 3. C. 23-30.
Voronova E.A., Iliasov P.V., Reshetilov A.N. Development, investigation of parameters and estimation of possibility of adaptation of Pichia angusta based microbial sensor for ethanol detection // Analytical Letters. 2008. V. 41. № 3. P. 377-391.
Arlyapov V.A., Kamanin S.S., Ponamoreva O.N., Reshetilov A.N. Biosensor analyzer for BOD index express control on the basis of the yeast microorganisms Candida maltosa, Candida blankii, and Debaryomyces hansenii // Enzym. Microb. Tech. 2012. V. 50. P. 215-220.
Chrzanowski L., Kaczorek E., Olszanowski A. The ability of Candida maltosa for hydrocarbon and emulsified hydrocarbon degradation // Polish Journal of Environmental Studies. 2006. V. 15. № 1 P. 47-51.
Handbook of Biosensors and Biochips. // Edited by Marks R.S., Cullen D.C., Karube I., Lowe C.R., Weetall H. 2007. 356 p.
Алфёров В.А., Филатова Н.М., Асулян Л.Д., Блохин И.В., Горячева А.А. Получение стабильного рецепторного элемента биосенсора иммобилизацией бактериальных клеток Gluconobacter oxydans в пленку из поливинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидоном. // Известия ТулГУ. Сер. Естественные науки. 2011. № 1. C. 210-219.
Демаков В.А., Максимова Ю.Г., Максимов А.Ю. Иммобилизация клеток микроорганизмов // Прикладная биохимическая микробиология. 2008. № 2. С. 30-31.
Jianbo J., Tang M., Chen X., Qi L., Dong S. Co-immobilized microbial biosensor for BOD estimation based on sol-gel derived composite material // Biosen. Bioelectron. 2003. V. 18. № 8. P. 1023-1029.
Jiang Y., Xiao L.-L., Zhao L., Chen X., Wang X., Wong K.-Y. Optical biosensor for the determination of BOD in seawater // Talanta. 2006. V. 70. № 1. P. 97-103.
Chang I.S., Moon H., Jang J.K., Kim B.H. Improvement of a microbial fuel cell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors // Biosen. Bioelectron. 2005. V. 20. № 9. P. 1856-1859.

[1] Количественный химический анализ вод: Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. М.: Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ. 1997. 25 с.

[2] Water quality-determination of biochemical oxygen demand after n days (BODn). Part 1: Dilutionand seeding method with allylthiourea addition. 2003.

[3] Jouanneau S., Recoules L., Durand M.J., Boukabache A., Picot V., Primault Y., Lakel A., Sengelin M., Barillon B., Thouand G. Methods for assessing biochemical oxygen demand (BOD): A review // Water research. 2014. V. 49. Р. 62-82.

[4] Понаморёва О.Н., Арляпов В.А., Алферов В.А., Решетилов А.Н. Микробные биосенсоры для определения биологического потребления кислорода // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т. 47. № 1. С. 5-15.

[5] Bourgeois W., Burgess J.E., Stuetz R.M. On-line monitoring of wastewater quality: a review // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2001. V. 76. Р. 337-348.

[6] Arlyapov V.A., Yudina N.Yu., Asulyan L.D., Alferov S.V., Alferov V.A., Reshetilov A.N. BOD biosensor based on the yeast Debaryomyces hansenii immobilized in poly (vinyl alcohol) modified by N-vinylpyrrolidone // Enzyme and microbial technology. 2013. V. 53. № 4. Р. 257-262.

[7] Seo K.S., Choo K.H., Chang H.N., Park J.K. A flow injection analysis system with encapsulated high-density Saccharomyces cerevisiae cells for rapid determination of biochemical oxygen demand // Applied microbiology and biotechnology. 2009. V. 83. № 2. P. 217-223.

[8] Bahadıra E.B., Sezgintürk M.K. Applications of commercial biosensors in clinical, food, environmental, and biothreat/biowarfare analyses // Analytical Biochemistry. 2015. V. 478. P. 107-120.

[9] Chan C., Lehmann M., Tag K., Lung M., Kunze G., Riedeld K., Gruendige B., Renneberg R. Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans for a microbial sensor immobilized with poly (carbamoyl) sulfonate (PCS): Part II: application of the novel biosensor to real samples from coastal and island regions // Biosen. Bioelectron. 1999. V. 14. № 3. P. 295-302.

[10] Арляпов В.А., Понаморёва О.Н., Алфёров В.А., Рогова Т.В., Блохин И.В., Чепкова И.Ф., Решетилов А.Н. Микробные биосенсоры для экспресс-определения БПК сточных вод предприятий пищевой промышленности // Вода: химия и экология. 2008. № 3. C. 23-30.

[11] Voronova E.A., Iliasov P.V., Reshetilov A.N. Development, investigation of parameters and estimation of possibility of adaptation of Pichia angusta based microbial sensor for ethanol detection // Analytical Letters. 2008. V. 41. № 3. P. 377-391.

[12] Arlyapov V.A., Kamanin S.S., Ponamoreva O.N., Reshetilov A.N. Biosensor analyzer for BOD index express control on the basis of the yeast microorganisms Candida maltosa, Candida blankii, and Debaryomyces hansenii // Enzym. Microb. Tech. 2012. V. 50. P. 215-220.

[13] Chrzanowski L., Kaczorek E., Olszanowski A. The ability of Candida maltosa for hydrocarbon and emulsified hydrocarbon degradation // Polish Journal of Environmental Studies. 2006. V. 15. № 1 P. 47-51.

[14] Handbook of Biosensors and Biochips. // Edited by Marks R.S., Cullen D.C., Karube I., Lowe C.R., Weetall H. 2007. 356 p.

[15] Алфёров В.А., Филатова Н.М., Асулян Л.Д., Блохин И.В., Горячева А.А. Получение стабильного рецепторного элемента биосенсора иммобилизацией бактериальных клеток Gluconobacter oxydans в пленку из поливинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидоном. // Известия ТулГУ. Сер. Естественные науки. 2011. № 1. C. 210-219.

[16] Демаков В.А., Максимова Ю.Г., Максимов А.Ю. Иммобилизация клеток микроорганизмов // Прикладная биохимическая микробиология. 2008. № 2. С. 30-31.

[17] Jianbo J., Tang M., Chen X., Qi L., Dong S. Co-immobilized microbial biosensor for BOD estimation based on sol-gel derived composite material // Biosen. Bioelectron. 2003. V. 18. № 8. P. 1023-1029.

[18] Jiang Y., Xiao L.-L., Zhao L., Chen X., Wang X., Wong K.-Y. Optical biosensor for the determination of BOD in seawater // Talanta. 2006. V. 70. № 1. P. 97-103.

[19] Chang I.S., Moon H., Jang J.K., Kim B.H. Improvement of a microbial fuel cell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors // Biosen. Bioelectron. 2005. V. 20. № 9. P. 1856-1859.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи