研究和评论:生态学和环雷竞技苹果下载境科学》杂志上
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ISSN: 2347 - 7830
+ 44-7723-59-8358Matunga Ramnarain鲁亚大学微生物系,印度。
收到:15/08 / 2015;接受:17/12 / 2015;发表:24/12/2015
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测量电流的屏幕打印硝酸还原酶生物传感器用于探测硝酸离子在水环境样品。生物传感器是由固定化酶设计使用戊二醛与耦合剂Azure和过氧化氢介质在屏幕上打印碳电极。开发的生物传感器能够检测硝酸盐离子在不同环境样品20 ppm的极限内提出的欧盟标准,代表廉价、快速、适用环境硝酸盐分析的工具。
硝酸还原酶生物传感器、稳压器、丝网印刷电极
硝酸还原酶(NR)、N -(1 -萘基)乙二胺盐酸盐(需要)、过氧化氢(H2O2),丝网印刷电极(SPE)、微安培(μA)
一切生存需要氮。氮是可在各种化学形式在全球氮循环的生态系统。然而,氮循环产生的平衡是通过全球化和城市化被人工干预。它包括等活动不受控制的使用化肥,燃烧化石燃料,污水废水,等等。这些改变在氮循环将构成严重威胁人类福利大幅上升的硝酸浓度在土地和水资源造成酸化,营养不平衡,生物多样性的丧失和严重威胁生命健康问题,包括高铁血红蛋白症/蓝婴综合症和胃溃疡(1]。在环境中累积硝酸盐转化为亚硝酸盐,有害物质,各种微生物的作用在环境和驻留在个人的嘴巴口腔菌群。因此,作为一个控制措施,欧洲联盟标准定义了50 ppm的极限环境样品的硝酸盐含量(2][3]。技术用于检测硝酸盐是基于光谱分析的水平,比色或色谱方法繁琐,费力而昂贵的方法要求训练实验室的人(4- - - - - -6]。
因此,本研究的主要目的是设计一个廉价的生物传感器,用户友好,快速、准确确定几分钟内环境中的硝酸盐水平。生物传感器是基于的原则由一个生物识别系统通常被称为生物受体和传感器。一个分析物与生物受体之间的相互作用是指定的测量产生影响,将电化学信号转换为电信号的传感器(1]。
基本原理这个生物传感器是基于硝酸还原酶催化活性的酶(bioreceptor)与硝酸反应离子(分析物)存在于样本。电子转移发生,信号转导是通过电化学方法检测amperometrically使用稳压器。
生物传感器的制造和设计通过软光刻技术,实验室芯片(L-O-C),实验室在纸上(L-O-P),等等。在这些技术中,实验室在纸上(L-O-P)是最便宜和最简单的技术,亲水性液体由于固有特性的纸。使用这种技术的优点是,仪器成本大大降低;廉价的生产和再现性,一次性,没有衬底(纸)的可用性问题,等(2][3]。
在这个研究中,生物传感器已经制造硝酸在纸上使用实验室技术环境监测水平。1号Whatmann滤纸作为底物。丝网印刷电极(SPE)是用于测量电流的检测硝酸盐。环境样品中所含的硝酸盐会在转化为亚硝酸盐,硝酸盐还原酶固定化酶生物传感器,释放电子,这是发现amperometrically。
特别是,在测量电流的方法发现生物传感器芯片设计很便宜,快速,易于使用,易于制造,可再生的但不能用于网站的限制使用稳压器。然而,恒电势的方法可以使用的软件开发的一个小装置,方便,敏感和选择性1]。
硝酸还原酶酶从生物体中提取Providencia stuartii使用。戊二醛,H2O2,Azure硝酸钾,牛血清白蛋白珞巴化学品使用(印度)。电化学实验进行了钠磷酸盐缓冲剂(0.1 m;pH6.8)。酶解制备在Tris-HCl缓冲区(pH值7.0)。银导电碳和胶粘剂粘贴从αEssar购买使用(美国)。所有使用的化学物质的分析或更好的成绩。
•步骤制备生物传感器:
矩形的19块x 2毫米尺寸是使用Corel Draw X5图形套件。
设计印刷transperancy电影。这是用作丝网印刷的正片。
光敏PVA溶液被迫通过由橡胶squeege人造丝筛网和被允许干燥。接下来,一个积极的电影(印刷生物传感器模式transperancy)被暴露在光管为15 - 20分钟,感光乳剂的硬化。用水冲洗,并允许干燥。屏幕是准备使用的模式生物传感器在不同的基板上形成一个模板印刷(1][7]。请参考数据1和2。
图1:丝网印刷模板。
图2:显示了丝网印刷的原理图协议。
由3电极-生物传感器设计参考(R -银电极),工作(W -碳电极与酶)和计数器(C -碳电极作为空白)使用丝网印刷电极所示图3。
图3:屏幕打印硝酸还原酶生物传感器Whatmann滤纸。
丝网印刷涉及多个步骤。首先,丝印模板所需的生物传感器的设计。沉积一层银墨水来定义进行跟踪和参比电极在Whatmann滤纸1号使用丝网印刷模板(125毫米)。干后,连续层的碳墨被只在工作和反电极的反应中心图3并允许干燥。后,中间部分是使用transperancy叠层,离开接触垫unlaminated [雷竞技网页版2][4,8]。电化学测量是使用稳压器棕榈Sens(棕榈仪器BV、荷兰)。
参比电极后表示R图3完全干5 FeClμl 0.1米3的解决方案是添加和允许反应5 - 10分钟被抹去了,后来使用布或滤纸(2]。这使得氯化银电极。这一步是必要的,因为氯化银参比电极是比镀银层仅在恒电势的分析(1]
这是通过使用一个万用表。参考的电导率,检查工作和对电极(5在图4。
图4:电导率测试生物传感器。
+ 2 v的潜力(相对于参比电极)3分钟被浸渍电极应用在5毫升0.25醋酸缓冲,包含10毫米氯化钾(pH值4.8 5),不断搅拌它。潜在的应用使用电源组(5,9- - - - - -12]。
5毫米Azure和5毫米H2O2被添加在0.1米钠磷酸盐缓冲剂的pH值6.8,2μl这个解决方案增加了丝网印刷的工作电极生物传感器。这是风干。先后,酶膜制备直接下降5μl BSA的混合物(0.1毫克/μl):戊二醛(1%):酶(0.2毫克/μl) 20:10:5比工作电极。SPE是储存在28°C 1小时,然后一夜之间先后在4°C (2][4]。
水样直接进行硝酸的生物传感器分析。土壤样本:0.1 g的土壤混合10毫升D / W,漩涡,不断为粒子安定下来。浮在表面的拍摄和用作土壤样本。这些是用于恒电势的分析和常规酶试验。
丝网印刷电极的反应中心是浸泡在不同浓度硝酸标准,土壤样品,在实验室分别D / W。相对应的电流减少azure和H2O2在-600 mv是衡量稳压器所示图5(1][2]。测量分析了当前使用的化学连接的电脑上安装的软件。当前由于生成电子发布结果硝酸还原酶的硝酸还原酶。
图5:稳压器。
图5 b:生物传感器的设置电压稳定器的分析。
图5 c:代表图由Primchem软件分析的当前的生产。
因此,当前对应的硝酸盐在各自的解决方案。因此硝酸的数量在给定的土壤样本和实验室D / W硝酸可以通过比较它与标准计算的解决方案。当前生产的软件措施μA [10]。传统的比色酶测定
0.5毫升每个不同浓度的硝酸钾溶液从10 ppm到100 ppm和0.5毫升硝酸还原酶酶(具体活动- 75单位/毫克),并允许在室温下反应10分钟。后,0.5毫升的1% w / v对氨基苯磺酰胺在25%盐酸和0.5毫升的需要解决方案是补充道。10分钟后,阅读在540海里。土壤和水样本用于确定的硝酸盐水平(6]。
硝酸恒电势的分析使用生物传感器检测
相对应的电流减少H2O2理想情况下以-800 mV, Azure稳压器在-400 mV。但是,由于Azure和H2O2被用于固定化酶生物传感器,目前对硝酸还原酶生物传感器是测量-600 mV,持续30秒。的帮助下的化学软件,当前生成的结果测量硝酸盐和硝酸还原酶酶之间的反应。它措施当前μA在30秒的周期并提供输出电流被认为是分析所示表1和2。
| 标准溶液(ppm) | 当前生成通过稳压器(µa) |
|---|---|
| 10 | 0.00 |
| 20. | -59.28 |
| 40 | -9.473 |
| 60 | -5.566 |
| 80年 | -3.086 |
| One hundred. | -2.930 |
| 土样 | -8.203 |
| 实验室D / W | -9.863 |
表1:输出数据的生成通过呆板的化学。软件。
| 样品检测硝酸盐的存在 | 量的硝酸盐检测样本(ppm) 通过恒电势的方法(生物传感器) |
量的硝酸盐检测样本(ppm) 通过传统的方法(酶测定) |
|---|---|---|
| 土样 | 49.75 | 50 |
| 实验室D / W | 28.5 | 24 |
表2:比较传统的方法和恒电势的方法。
这一代已经减少负值表示发生在生物传感器的反应中心释放电子。考虑到负面的规模,随着硝酸的浓度增加,将生成更多的电流将会形成亚硝酸盐的浓度成正比。因此,随着硝酸的浓度从10增加到100 ppm,越来越电流被发现从μA的-59.28 - 9.863μA(消极的规模,大数字显示更少的价值)。比较硝酸浓度的硝酸与标准样品的解决方案,这是发现实验室水样和土样分别含有28.5 ppm, 49.75 ppm的硝酸(1]。
硝酸的量存在于土壤样品和实验室D / W被传统和电位法检测。看到,通过这两种方法获得的结果是相似的。所以,新的生物传感器设计几乎是准确的传统方法(1]。
然而,生物传感器设计比传统的方法有许多优点:
1。硝酸盐检测的生物传感器所花费的时间只有30秒,而传统技术需要一定的时间进行测定硝酸盐检测。所以,生物传感器准备有助于快速分析样品的硝酸盐。
2。大约5μl电位所需试剂的检测方法,而不是传统的方法利用2毫升的试剂检测单样本,使其经济。
3所示。更多的使用玻璃器皿在执行传统的方法。然而,对于电位检测不需要玻璃器皿。
4所示。所有这些因素降低硝酸盐的检测样品的成本使用生物传感器(1]。
在这项研究中,一个amperometic NR生物传感器是为了研究开发环境样品中硝酸盐的浓度是准确相比,传统的比色测定。因此,可以说,生物传感器是敏感的,准确的,便宜又节约时间方法评估硝酸盐水平在短短30秒,可以作为一个替代方法用于常规分析环境样品的硝酸盐。
生物传感器领域的无尽的应用程序,因此它是一个新兴领域,研究和开发应各种组件的成本有效和快速分析。
本研究为生物传感器的发展只是一个开始,它将有助于全球化的方法可用于测试各种组件可能是昂贵的,耗时又费力。
