РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Биосенсоры 8
1.1.1. Ферментные биосенсоры 10
1.1.2. Биосенсоры на основе микроорганизмов 12
1.1.3. Биосенсоры на основе надмолекулярных структур клетки 13
1.1.4. ДНК-сенсоры 14
1.1.5. Иммуносенсоры 17
1.2. Характеристика лекарственного средства применяемого для лечения
ожогов 30
1.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 32
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 34
2.1. Реактивы 34
2.2. Оборудование и средства измерений 34
2.3. МЕТОДИКИ эксперимента 35
2.3.1. Методики получения наночастиц ГеэО4 35
2.3.2. Схема иммуноанализа 36
2.3.3. Методы иммобилизация антител на поверхности электрода 38
2.3.4. Методика введения наночастиц в клеточные культуры 38
2.3.5. Методика обработки клеточной культуры лекарственным средством 38
2.3.6. Метод анодной вольтамперометрии 39
2.3.7. Метод электрохимической импедансной спектроскопии 39
2.3.8. Рабочие электроды 39
2.3.9. Методика ИК-спектроскопии 40
2.3.10. Методика определения антибактериальной активности лекарственных
средств - метод диффузии в агар 40
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 42
3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА 42
3.1.1. Характеристика состава наночастиц магнетита 42
3.1.2. Получение электрохимического отклика 43
3.1.3 Выбор оптимальных условий для регистрации прямого аналитического сигнала 45
ГЛАВА 4. ВЫБОР РАБОЧЕГО ЭЛЕКТРОДА 51
4.1. Исследование процессов электропревращений наночастиц магнетита в АПРОТОНННЫХ СРЕДАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗНЫХ ТИПОВ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОДОВ 51
4.3 Исследование величины сопротивления рабочих электродов методом электрохимической импедансной спектроскопии 58
4.5 Выбор оптимальных условий проведения определения Staphylococcus
AUREUS В МОДЕЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЯХ 61
4.5.1. Выбор оптимального значения pH ацетатного буфера 62
4.5.2. Выбор оптимального времени инкубации наночастиц с клетками 63
4.5.3. Выбор оптимальной концентрации наночастиц магнетита 63
4.4. Выбор метода иммобилизации антител на электроде 64
4.5. Оценка воспроизводимости и специфичности разработанного электрохимического иммуносенсора для определения бактерий Staphylococcus
aureus 66
4.6. Апробация разработанных алгоритмов при определении бактерий
Staphylococcus aureus 68
4.6.1. Определение бактерий Staphylococcus aureus в модельных смесях 68
4.6.2. Определение антибактериальной активности лекарственного средства. ... 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
список литературы 73
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 80
В современном мире наблюдается неуклонный рост госпитальных штаммов. Многие типы таких инфекций трудно поддаются лечению по причине антибиотикорезистентности, особенно активны в этом отношении грамположительные бактерии. В связи с этим возникает острая необходимость дифференциальной диагностики инфекционных заболеваний на ранних стадиях [1].
В случае опасных бактериальных инфекций особенно важной является их диагностика на ранних стадиях заболевания, в идеальном случае - на местах, в полевых условиях, поскольку это является залогом успешного лечения и полного выздоровления больного. В настоящее время весьма актуальными являются проблемы экспресс-диагностики заболевания на ранних стадиях, наблюдения за течением заболевания в режиме реального времени, мониторинга эффективности применяемого лечения [1]. Существующие методы диагностики бактериальных инфекций имеют ряд недостатков: во-первых, длительны во времени, во-вторых, требуют либо дорогостоящего оборудования (метод “иммунноферментного анализа”) [2,3], либо недостаточно чувствительны (титриметрический метод, основанный на качественной визуальной оценке биохимической реакции).
В связи с этим существует необходимость в разработке недорогой эксперсс- диагностической системы, которая должна отвечать следующим требованиям: высокая чувствительность, специфичность, оперативность, доступность, простота в использовании и автономность. В этом случае большой потенциал приобретают электрохимические методы, которые обладают всеми вышеперечисленными возможностями, например, появляется возможность определения окрашенных и суспендированных образцов, а также [4].
Именно поэтому, для целей эксперсс-диагностики целесообразно предложить электрохимические аналитические системы на основе иммуносенсоров, которые отличают высокая чувствительность и селективность, оперативность получения результата и возможность работы в полевых условиях [5].
Цель настоящей работы - апробация разработанных алгоритмов определения Staphylococcus aureus с использованием электрохимической системы на основе бесферментных электрохимических иммуносенсоров в модельных суспензиях. Определение чувствительности микробной флоры к антибактериальному препарату.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• Синтез и модифицирование магнитных наночастиц
• Получение электрохимического отклика от наночастиц
• Исследование характера процессов электропревращений модифицированных наночастиц. Выбор аналитического сигнала
• Выбор рабочего электрода
• Получение электрохимического отклика от меченого иммунокомплекса. Выбор оптимальных условий проведения анализа
• Выбор методики иммобилизации антител
• Апробация разработанных алгоритмов на модельных образцах.
• Определение чувствительности микробной флоры к антибактериальному препарату на примере мази для наружного применения «Новокомб»
1. При помощи метода соосаждения получены наночастицы магнетита, модифицированные аминопропилтриэтоксисиланом, Наличие полимерного покрытия исследовали при использовании метода ИК-спектроскопии.
2. Получен электрохимический отклик от модифицированных наночастиц магнетита.
Выбраны оптимальные условия: потенциал предварительного -2.2В, время
предварительного восстановления 60с, скорость развертки потенциала 0,25 В/с в присутствии фонового растворителя перхлората лития в ацетонитриле. В качестве рабочего электрода выбран планарный платиновый электрод.
3. Получен электрохимический отклик от иммунокомплекса, содержащего бактериальные клетки, меченные наночастицами магнетита. Выбраны оптимальные условия проведения определения Staphylococcus aureus в модельных суспензиях: значение pH ацетатного буфера, время инкубации наночастиц с клетками 20 минут, концентрация наночастиц магнетита 0,4 г/л.
4. Предел обнаружения для бактерий Staphylococcus aureus составил 8.7 КОЕ/мл. Относительное стандартное отклонение не превышает 10%.По результатам апробации алгоритмов на модельных образцах было выявлено, что результаты данного метода коррелируют с методами ИФА и бактериального посева. Точность метода с использованием электрохимического иммуносенсора удовлетворительная.
5. Данный метод может быть рекомендован для определения чувствительности микробной флоры к антибактериальным препаратам при их разработке, исследовании и на этапах серийного производства и обращения, вследствие отсутствия отклика от продуктов восстановления наночастиц магнетита в исследуемых образцах в присутствии лекарственного средства. Противомикробная чувствительность препарата также подтверждена методом диффузии в агар.
1. Fankam, A.G. Antibacterial and antibiotic resistance modifying activity of the extracts from Allanblackia gabonensis, Combretum molle and Gladiolus quartinianus against Gram-negative bacteria including multi-drug resistant phenotypes [Текст] / A.G. Fankam, J.R. Kuiate, V. Kuete // BMC complementary and alternative medicine. - 2015. - V. 15. - P. 206.
2. Гекслер К., Аналитические и препаративные лабораторные методы [Текст] / К. Гекслер. - М.: Химия, 1994. - 407 c.
3. Авдеева, Л. В. Биохимия [Текст] / Л. В. Авдеева, Е. С. Северин. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2015. - 759 c.
4. Преснова Г. В., Рубцова М. Ю., Егоров А. М. Электрохимические биосенсоры на основе пероксидазы хрена [Текст] / Преснова Г. В., Рубцова М. Ю., Егоров А. М. // Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева. - 2011. - Т.52, №2. - C.60-65
5. Setterington, E. B. Electrochemical biosensor for rapid and sensitive detection of magnetically extracted bacterial pathogens [Текст] / E. B. Setterington, E. C. Alocilja // Biosensors. - 2012. - V. 2, - Issue 1. - P. 15-31.
6. Moina, C. Fundamentals and Applications of Immunosensors [Текст] / C. Moina, G. Ybarr // Advances in Immunoassay Technology / ed. N. Chiu: InTech, 2012.
7. Makaraviciute, A. Site-directed antibody immobilization techniques for immunosensors [Текст] / A. Makaraviciute, A. Ramanaviciene // Biosensors & bioelectronics. - 2013. -
V. 50. - P. 460-471.
8. Advances in Immunoassay Technology [Текст] / ed. N. Chiu: InTech, 2012.
9. Biosensors - Micro and Nanoscale Applications [Текст] / ed. Rinken T.: InTech, 2015. -
466 p.
10. Баника, Ф.-Г. Химические и биологические сенсоры: основы и применения [Текст] / Ф.-Г. Баника, В. А. Шубарев. - Москва: Техносфера, 2014. - 879 c.
11. Евтюгин Г. А., Будников Г. К., Стойкова Е. Е. Основы биосенсорики [Текст] / Евтюгин Г. А., Будников Г. К., Стойкова Е. Е. - Казань: Казанский ульяновский университет им. В.И. Ульянова-Ленина, 2007. - 80 c.
12. Reshetilov, A. N. Biosensor development in Russia [Текст] / A. N. Reshetilov // Biotechnology journal. - 2007. - V. 2, - Issue 7. - P. 849-862.
13. Shumyantseva V. V. Electroanalysis of Cytochrome P450 3A4 Catalytic Properties with Nanostructured Electrodes [Текст] / A. A. Makhova, V. V. Shumyantseva, E. V. Shich [et al.] // BioNanoScience. - 2011. - V. 1, - Issue 1-2. - P. 46-52.
14. Евтюгин, Г. А. Биосенсоры в России: 20 лет исследований [Текст] / Г.А.Евтюгин // Журнал аналитическая химия- 2011.- Т.66, №11.- С.1144-1149.
15. Lei Y. Microbial biosensors [Текст] / Y. Lei, W. Chen, A. Mulchandani // Analytica Chimica Acta. - 2012. - V. 568. - P. 200-210...