Новости химической науки > Проверку продуктов на пестициды можно удешевить

Исследователи создали прототип биосенсора, который может удешевить качественное и количественное определение распространенного класса токсических пестицидов в окружающей среде и продуктах питания.

Фосфорорганическими пестицидами представлено около 40% применяющихся в настоящее время в мире химических средств борьбы за урожай, при этом нейротоксичность фосфонатов-пестицидов известна давно. В связи с опасностью фосфорорганических пестицидов (при превышении их дозы) исследователи постоянно разрабатывают портативные биосенсоры, которые могут определять содержание фосфорорганики в аналитах, а также выявлять случаи применения запрещенных соединений.

Фосфонаты и фосфаты ингибируют холинэстеразу, именно эта реакция обуславливает их токсичность для людей. В настоящее время существует большое количество биосенсоров, в которых для обнаружения и количественного определения фосфорорганики используется этот фермент. Однако необходимость выделения холинэстеразы из тканей животных делает этот фермент дорогим, соответственно увеличивая стоимость биосенсоров. Это побуждает исследователей искать возможности применения более дешевого фермента – растительной эстеразы.

Рисунок из J. Ag. Food Chem., DOI: 10.1021/acs.jafc.5b03971

Чанцзюнь Ху (Changjun Hou) и Ю Лей (Yu Lei) с коллегами разработали биосенсор для определения фосфонатов, работающий с использованием эстеразы растительного происхождения. Эффективность сенсора увеличена за счет использования наноматериалов, разработанных для применения в прежних биосенсоров, работавших с применением ацетилхолинэстеразы. В состав нового сенсора входят наночастицы золота, обеспечивающие легкость перехода электронов, нанолисты графена для увеличения проводимости и хитозан, гидрофильный полисахарид, стабилизирующий фермент.

Для конструкции биосенсора исследователи первоначально осадили из раствора на поверхность стеклооразных стеклянных электродов наноцастицы золота и нанолисты графена. Затем они экстрагировали и очистили растительную эстеразу, выделенную из пшеничной муки, после чего смешали ее с хитозаном. Раствор, содержащий эстеразу и хитозан был нанесен на поверхность, содержащую нанокомпоненты, после чего вся система была просушена. По завершении просушки систему поместили в буферный раствор, содержащий 1-нафтилацетат, который в присутствии эстеразы гидролизуется до электроактивного продукта – 1-нафтола. Фосфорорганические пестициды ингибируют гидролиз эфира, благодаря чему исследователи получили возможность определять концентрацию фосфонатов и фосфатов в анализируемом растворе, отслеживания понижение электрохимического тока на электродах.

Исследователям удалось использовать биосенсор для измерения в растворе концентраций двух фосфорорганических пестицидов – паратиона и малатиона, составлявших 500 миллиардных частей, для ряда фосфорорганических пестицидов предел обнаружения составляет 50 триллионных долей. Такая чувствительность устройства сравнима или превосходит возможности уже известных методов определения фосфатов и фосфонатов с помощью ацетилхолинэстеразы, что обуславливает возможность применения новой системы для выполнения реальных анализов. Систематическая ошибка определения пестицидов при переходе от модельных растворов к образцам овощей и фруктов составляет 4%.

Лей заявляет, что в его ближайших планах применение растительной эстеразы для создания портативного сенсора, в котором для определения будут использоваться индикаторные бумаги и/или простое считывание электрохимических показателей, чтобы проанализировать результаты анализа было бы также просто, как и обработать данные, получаемые с помощью бытовых глюкометров.

Источник: J. Ag. Food Chem., DOI: 10.1021/acs.jafc.5b03971

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #бытовая химия, #вопросы экологии, #кинетика и катализ