Введение к работе
Лктхадыгость_тр!/)г., Исследование особенностей функционирования ферментов, иммобилизованных в мембранах, представляет собой важное направление развития биотехнологии. Выявление факторов, обусловливали::: удельную активность фермента в мембране, влияние диффузионных ограничений на скорость ферментативного процесса необходимо для оптимизации функционирования ферментных колоночных и пленочных реакторов, процессов биоочистки в аэро-тепкан н других областях биотехнологии. Крем? того, применение иммобилизованных ферментов для решения конкретных практических задач ."."агностик;: биологически активных соединений позволяет существенно расширить всомоглостл. применения- ферментов :: круг определяемых соединений.
Так, актуальна задача разработки экспресс-методов групповой диагностики загрязнителей окру^згг.сй среды, относящаяся к приоритетным направлениям развития экологического мониторинга it приборостроения. Указанные методы долг:ны обеспечить быстрое предварительное обнаружение присутствия приоритетных токсикантов в объекта;: скругаюдей среды, а так.-то сцепку потенциальной опасности загрязнения (токсичности). Регенне указанно" задачи требует развития новых подходов,оснозаннмх на применении биологических и биохимических методов исследования. Реализация десг тоинств указанных подходов осуществляется з создании бносенсо-роз - аналитических устройств на основе иммобилизовавши биокомпонентов (ферменти, микроорганизмы и т.д.), 3 них сочетаются простота и миниатюрность химических сенсоров и чувствительность и селективность ферментативных реакций. К настояеег.су времени биосенсоры, и в частности ферментные электроды, редко применяются для решения практических задач экологического мониторинга, что связано с недостаточной методической и аппаратурной базой для их использования.
Работа выполнялась в рамках приоритетного направления развития химической науки и технологии N 29 по теме 29.8.9. "Бно-сенсорц и анализ окруяаюцей среды: разработка ферментсодерхаоих мембран для сенсоров" и в рамках программы ОФ РАН Н. 1.2. "Физиологические механизмы, обеспечивающие нормальное развитие и уп-
тойчнвость организма человека и гивотных", а также в райках программы "Университеты России" (4. Экология) и при поддзрхче Специального фонда талантливых молодых ученых С грант А1.23).
Целью настоящего исследования явилось создание и практическая апробация потенциоиетрических холиностер^эных йиосексо-ров для определения фосфорорганических пестицидов и оценки об-цей загрязненности С токсичности) водной среды. Для реализации поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать функционирование ферментных электродов на основе различных мембран с иммобилизованной бутирилхолинэстера-зои СКф 3.1.1.8, ХЭ) в различных условиях измерения и найти оптимальные условия определения с их помощью ингибиторов ферментативного процесса.
-
Исследовать зависимость чувствительности определения ингибиторов от природы ингибитора, материала мембраны, условий пробоподготовки.
-
Разработать метод активации тионобых пестицидов с помощью электрохимической пробоподготовки.
-
Провести сравнительные испытания холинэстеразныя биосенсоров и методов биотестирования для контроля загрязненности природных и технологических вод.
Научная новизна и практическая значимость заключаются ь том, что:
впервые проведено сравнительное исследование влияния способа иммобилизации фермента на границы определяемых содержаний фосфорорганических пестицидов и эксплуатационные характеристики потенциометрическнх холинэстеразных биосенсоров в одинаковых экспериментальных условиях;
на основании этих исследований углублены представления о закономерностях использования иммобилизованных холинэстераз для определения ингибиторов, в том числе в объектах окружающей среды;
- впервые показана возможность использования холинэстеразных
.биосенсоров как средства биотестирования для обобщенной оценки
загрязненности природных и технологических вод по суммарному ингибирувдему эффекту имеющихся примесей на фермент бутирилхо-линэстераэу,
разработан новий электрохимический метод активации тионо-вых пестицидов анодный окислением их в присутствии галогенидов до кислородных аналогов;
использована новая конструкция холинэстераэнкх биосенсоров со сменной мембраной, что позволило суцественно упростить и регламентировать процесс изготовления и эксплуатации подобного рода биосенсоров;
предложен способ дифференциации определения ингибиторов ХЭ, варьированном ».<. олоз пробоподготовкн и процедуры измерения;
Часть зксп, .-.'ментальних результатов и виводи на их основе іспользоргнім е у:-?б1юм процессе в Казанском государственном ('ниверс:!і-.:"' прл --.гении общего курса "Основы экологического но-шторннга" и спеі:.урса "Методы биологического мониторинга".
Положения, вілюсимне на защиту:
- создание и практическая апробация потенцисметрических хо-
тпэстераэннх с'^сенсоров с .г.елатиновыми, нитратцеляюлознымл и
іума::-шими мембранами для определения фосфорорганических пести-
,идов и сценки общей загрязненности (токсичности) водной среды;
исследование особенностей функционирования ферментных био-енсоров на основе БуХЭ в различных услозиях и оптпмлзация ус-овий определения субстратов и ингибиторов и определение преде-ов их обнаружения;
новий метод аістпвации тионовых пестицидов с помощью элект7 охимпческой окисления в присутствии галогенидов;
определение фосфорорганических пестицидов в водных раство-зх и растительных экстрактах с помооью холинэстеразных бносен-эров на уровне установленных норм;
сравнительные испытания холинэстеразного биосенсора с иэ->дами биотестпрования для первичного контроля качества вод и этольэование биосексора для этой цели.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на іучних конференциях Казанского государственного университета в 191, 1992 гг., на конференции "Концепция создания экологически :стых регионов" Сг. Волгоград, 1991), на заседаниях Московского родского семинара по анализу С1990, 1992 г.), на Мехдународ-й конференции'"Сенсор-Техно-93" СС-Петербург,1993) и Междуна-дном семинаре "Экоанализ" СС.-Петербург, 1993).
По теме диссертации опубликовано 3 статьи, 11 тезисов докладов к одна депонированная работа.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 93 страницах машинописного текста, содерглт 14 рисунков, 12 таблиц. Состоит из введения, двух глав, заключения и выводов, списка литературы, включающего 146 ссылки на отечественные и эарубекнне работы.