Glicerolio biojutiklio kūrimas ir tyrimas

Abstract

Glicerolis susidaro fermentacijos ir biodyzelino gamybos metu, jis taip pat naudojamas kaip maisto priedas bei yra aptinkamas žinduolių kraujyje. Norint kontroliuoti biotechnologinius procesus, įvertinti įvairių produktų kokybę bei anksčiau nustatyti galimus sveikatos sutrikimus reikia nustatyti glicerolio koncentraciją. Glicerolio koncentracijai įvertinti naudojami spektrofotometriniai ir chromatografiniai metodai, kuriems atlikti reikia daug laiko, brangios įrangos ir kvalifikuotų specialistų. Kaip alternatyva glicerolio kiekiui įvertinti minimi elektrocheminiai analizės metodai panaudojant glicerolio biojutiklius. Pastarieji pasižymi dideliu jautrumu, draugiškumu vartotojui ir yra ekonomiškai efektyvesni. Baigiamajame magistro darbe buvo sukurtas ir ištirtas glicerolio biojutiklis, kurio kūrimui panaudota alkoholio dehidrogenazė iš Pseudomonas putida HK5 kamieno. Iš pat pradžių sukurti keturių tipų fermentiniai elektrodai ir įvertinta fermento vykdoma biokatalizė. Remiantis biokatalizės efektyvumu parinkta tinkamiausia fermentinio elektrodo konfigūracija biojutikliui kurti: anglies nanovamzdeliais nanostruktūrizuoto grafito elektrodo paviršius modifikuotas tetratiafulvalenu ir imobilizuotas fermentas. Nustatyta, kad optimaliomis sąlygomis (50 mV vs SCE, pH 7,5, 25 °C) glicerolio biojutiklis pasižymėjo 106 µA · mM-1 · cm-2 jautrumu tiesinėje 0,0126 – 0,57 mM dalyje. Taip pat biojutiklis pasižymėjo 2 µM detekcijos limitu. Naudojant sukonstruotą biojutiklį nustatyta glicerolio koncentracija nežinomos koncentracijos glicerolio tirpale ir matuota glicerolio koncentracija kraujo plazmoje. Darbą sudaro aštuonios dalys: įvadas, literatūros apžvalga, metodai ir medžiagos, rezultatai ir jų aptarimas, išvados, literatūros šaltiniai, padėka ir priedai. Darbo apimtis 55 p. be priedų, 28 paveikslai, 3 lentelės ir 64 bibliografiniai šaltiniai.

Glycerol is byproduct of fermentation and biodiesel production processes. It is used as food additive and is known to be one of blood plasma compounds in its free state. In order to control various biotechnological processes and ensure proper health care determination of glycerol concentration is needed. Most commonly glycerol concentration is determined spectrophotometrically and chromatographically. These determination methods are time consuming, requires expensive apparatus and high qualification specialists. As the alternative electrochemical methods is proposed by utilizing glycerol biosensors. Glycerol biosensors are known to be more accurate, user friendly and more economically efficient. In this master thesis glycerol biosensor using alcohol dehydrogenase from Pseudomonas putida HK5 stain was created and characterized. At first, four enzymatic electrodes were created and biocatalysis of enzyme was evaluated. Based on biocatalysis efficiency of enzymatic electrode glycerol biosensor was created by immobilization of alcohol dehydrogenase on to tetrathiafulvalene modified and carbon nanotubes nanostructured graphite’s rod electrode. It was demonstrated that at the optimal conditions (50 mV vs SCE, pH 7,5, 25 °C) created glycerol biosensor exhibited 106 µA · mM-1 · cm-2 sensitivity in linear range from 0,0126 to 0,57 mM of glycerol. Created glycerol biosensor demonstrated 2 µM detection limit. Characterized glycerol biosensor was utilized for determination of glycerol in solution consisting of unknown glycerol concentration and in blood’s plasma. Structure: introduction, literature review, materials and methods, results and discussion, conclusions, references, acknowledgment and appendices. Thesis consists of: 55 p. text without appendices, 28 pictures, 3 tables and 64 bibliographic entries. Appendixes included.