طراحی حسگر زیستی الکتروشیمیایی مبتنی بر هالوسیت و ‏آنزیم استراز جدید از ‏ میکروبیوم دریاچه بزنگان برای شناسایی و اندازه‌گیری ‏دیازینون

الموضوعات :

فاطمه پاسبان زیارت ¹ , احمد آسوده ² , جمشید مهرزاد ³ , علیرضا متولی زاده کاخکی ⁴

1 - دانشجوی دکترا گروه بیوشیمی، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، ‏نیشابور، ایران.‏
2 - استاد گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 - استادیار گروه بیوشیمی، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ‏ایران.‏
4 - دانشیار گروه شیمی، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ‏ایران.‏

تاريخ الإرسال : 19 الخميس , محرم, 1446 تاريخ التأكيد : 22 الجمعة , شعبان, 1446 تاريخ الإصدار : 13 الخميس , جمادى الثانية, 1447

الکلمات المفتاحية: ‏:‏‎ ‎استراز, هالوسیت, حسگر زیستی‎ ‎الکتروشيميايي, ‎ ‎دیازینون.‏,

ملخص المقالة :

مطالعه حاضر با هدف طراحی يک حسگر زیستی الکتروشيميايي برای تشخیص و اندازه­گيری مقدارهای کم دیازینون طی دو مرحله انجام شد. در مرحله اول، استخراج و خالص­سازی نوعی آنزیم استراز از باکتری Bacillus sp. HP96 (میکروبیوم دریاچه بزنگان) انجام شد. در مرحله دوم این مطالعه، برای طراحي حسگر زیستی الکتروشيميايي از هالوسیت به­عنوان فاز تثبیت­کننده آنزیم استراز خالص­سازی‌شده روی الکترود طلا استفاده شد. الکترود پیشنهادی تحت شرایط بهینه به­‌صورت موفقیت‌­آمیزی برای اندازه‌گیری دیازینون به‌کارگرفته شد و گستره خطی غلظتی ^4-10 × 1 تا 001_/0 میکرومولار با حد تشخیص ^5-10 × 11 میکرومولار و تکرار­پذیری 09_/2 درصد و تکثیر­پذیری 79_/3 درصد را تعیین کرد. کارایی حسگر زیستی الکتروشیمیایی مبتنی بر هالوسیت و آنزیم استراز برای اندازه­گيری دیازینون در نمونه­های محیطی و زیستی رضایت­بخش بود. با توجه به پایداری بالای استراز جدید در شرایط محیطی سخت و ویژگی­های بی‌همتای ساختارهای هالوسیت، مانند اندازه كوچك و سطح گسترده­، این ساختارها در ابعاد نانو می­توانند به­عنوان گزینه­ای آرمانی در طراحی حسگر­های زیستی الکتروشيميايي­، برای اندازه­گيری ديازینون در پایش­های آلاینده‌های محیطی توصيه شوند.

المصادر:


‎[1] Das U. Organophosphorus Pesticide as Nerve Agent: Inhibition and Reactivation of AChE: A ‎Review. Asian Journal of Chemistry. 2022;34(4):767-773. doi: org/10.14233/ajchem.2022.23568‎
‎[2] Gorecki L, Korabecny J, Musilek K, Malinak D, Nepovimova E, Dolezal R, et al. ‎organophosphorus intoxication: A patent review (2006-2016). Expert Opin Ther Pat. ‎‏2017;27(9):971-985. doi: org/10.1080/13543776.2017.1338275 ‏
‎[3] Ogasawara N, Matsushima M, Kawamura N, Atsumi K, Yamaguchi T, Ochi H, et al. Modulation of ‎immunological activity on macrophages induced by diazinon. Toxicology 2017;379:22–3‎‏0. ‏doi: org/10.1016/j. tox.2017.01.014‎
‎[4] Zeinali M, Meybodi NT, Rezaee SA, Rafatpanah H, Hosseinzadeh H. Protective effects of chrysin ‎on sub-acute diazinon-induced biochemical, hematological, histopathological alterations, and ‎genotoxicity indices in male BALB/c mice. Drug and Chemical Toxicology. 2018;41(3):270–2‎‏80. ‏doi: org/10.1080/01480 545.2017.1384834‎
‎[5] Worek F, Thiermann H, Wille T. Organophosphorus compounds and oximes: A critical review. ‎Arch Toxicol. 2020;94(7):2275–2292. doi. org/10.1007/s00204-0‎‏20-02797-0‏
‎[6] Cihan E, Melnik E, Kurzhals S, Plata P, Mutinati GC, Hainberger R, et al. Novel approach for the ‎immobilization of cellobiose dehydrogenase in PEDOT:PSS conductive layer on planar gold ‎electrodes. Chemosensors. 2024;12(3):36. doi.org/10.3390/chemosensors12030036‎
‎[7] Bollella P, Gorton L. Enzyme based amperometric biosensors. Current Opinion in Electrochemistry. ‎‏2018;10:157–173. doi: org/10.1016/j.coelec.2018.06.003‏
‎[8] Bilal S, Nasir M, Hassan M, Fayyaz M, Rehman M, Jamil Sami A, et al. A novel construct of an ‎electrochemical acetylcholinesterase biosensor for the investigation of malathion sensitivity to ‎three different insect species using a NiCr2O4/g-C3N4 composite integrated pencil graphite ‎electrode. RSC Advances. 2022;12(26):16860–1‎‏6874. doi: org/10.1039/d2ra01307j
‎[9] Fang Y, Umasankar Y, Ramasamy RP. A novel bi-enzyme electrochemical biosensor for selective ‎and sensitive determination of methyl salicylate. Biosens Bioelectron. 2016;81:39–4‎‏5. doi: ‏org/10.1016/j.bios.2016.01.095‎
‎[10] Nguyen HH, Lee SH, Lee UJ, Fermin CD, Kim M. Immobilized enzymes in biosensor ‎applications. Materials. 2019; 12(1):121. doi: org/10.3390/ma12010121‎
‎[11] Biddeci G, Spinelli G, Colomba P, Blasi FD. Nanomaterials: A review about halloysite nanotubes, ‎properties, and application in the biological field. International Journal of Molecular Sciences. ‎‏2022;23(19):11518. doi: org/10.3390/ijms231911518‏
‎[12] Zhang H. Selective modification of inner surface of halloysite nanotubes: a review. Nanotechnol ‎Reviews. 2017;6(6):573–581. doi: org/10.1‎‏515/ntrev-2017-0163‏
‎[13] Massaro M, Noto R, Riela S. Halloysite nanotubes: Smart nanomaterials in catalysis. Catalysts. ‎‏2022;12(2):149. doi: org/10.3390/catal12020149‏
‎[14] Massaro M, Poma P, Colletti CG, Barattucci A, Giuseppe PM, Lazzara G, et al. Chemical and ‎biological evaluation of cross-linked halloysite-curcumin derivatives. Applied Clay Science. ‎‏2020;184:105400. doi: org/10.1016/j.clay.2019.105400‏
‎[15] Prakash S, Chakrabarty T, Singh AK, Shahi VK. Polymer thin films embedded with metal ‎nanoparticles for electrochemical biosensors applications. Biosensors and Bioelectronics. ‎‏2013;41:43-53. doi: org/10.1016/j.bios.2012.09.031‏
‎[16] Sharma S, Kanwar SS. Purification and bio-chemical characterization of a solvent-tolerant and ‎highly thermostable lipase of Bacillus licheniformis strain SCD11501. Proceedings of the National ‎Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences.‎‏ 2017; 87: 411-419. ‏doi: ‎org/10.1007/s40011-015-0‎‏612-z
‎[17] SharmaT, Kanwar SS, Sharma A. Purification and characterization of an extracellular high ‎molecular mass esterase from Bacillus pumilus. Journal of Advanced Biotechnology and ‎Bioengineering. 2016;4:9-16. doi: org‏/10.12970/2311-1755.2016.04.01.2‏
‎[18] Ghodsi J, Rafati AA. A voltammetric sensor for diazinon pesticide based on electrode modified ‎with TiO2 nanoparticles covered multi walled carbon nanotube nanocomposite. Journal of ‎Electroanalytical Chemistry.‎‏ 2017;807:1-9. doi: ‏org/10.1016/j.jelechem.2017.11.003‎
‎[19] Boussabbeh M, Ben Salem I, Hamdi M, Ben Fradj S, Abid-Essefi S, Bacha H. Diazinon, an ‎organophosphate pesticide, induces oxidative stress and genotoxicity in cells deriving from the large ‎intestine. Environmental Science and Pollution Research. 2016;23(3):2882–2889. doi‏:‏‎ org/10.1007/ ‎s11356- 015- 5519-y ‎
‎[20] Kadam US, Hong JC. Advances in aptameric biosensors designed to detect toxic contaminants ‎from food, water, human fluids, and the environment. Trends in Environmental Analytical ‎Chemistry. 2022;e00184. doi: org/10.1016/j.teac.2022.e00184‎
‎[21] Vrabelj T, Finsgar M. Recent progress in non-enzymatic electroanalytical detection of pesticides ‎based on the use of functional nanomaterials as electrode modifiers. Biosensors. 2022;12(5):263. ‎doi: org/10.3390/bios12050263‎
‎[22] Uslu B, Ozkan SA, Electroanalytical methods for the determination of pharmaceuticals: A review of recent ‎trends and developments. Analytical Letters. 2011;44(16):2644-2‎‏702. ‏doi: ‎org/10.1080/00032719.2011.553010‎
‎[23] Sharma S, Khanna SK, Singh J, Satsangee SP. The Electrochemical assay of acetaminophen in ‎paracetamol tablet with the help of differential pulse voltammetry. oriental journal of chemistry. ‎‏2015;31: 201-206. doi:org/10.13005/ojc/31‏
‎[24] Doulache M, Saidat B, Trari M. Square wave voltammetry for analytical determination of ‎paracetamol using cobalt microparticles film modified platinum electrode. Russian Journal of ‎Electrochemistry. 2017;53:461-468. doi: org/10.1134/S10231935170‎‏50056‏
‎[25] Hassanpour S, Jan Petr J. A disposable electrochemical sensor based on single‑walled carbon ‎nanotubes for the determination of anticancer drug dasatinib. Monatshefte fur Chemie - Chemical ‎Monthly. 2023;154:1061–1069. doi: org/1‎‏0.1007/s00706-023-03043-w
‎[26] Blanco-Munoz J, Escamilla-Nunez C, Lagunas-Martinez A, Aguilar-Garduno C, Burguete-Garcia ‎AI, Cebrian M, et al. Association between exposure to organophosphate pesticides and cytokine ‎levels in a population of flower workers in Mexico. Environmental Toxicology and Pharmacology. ‎‏2024;110:104521. doi: org/10.1016/j.etap.2024.104521‏