Τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs), που είναι ενώσεις που χρησιμοποιούνται σε
ποικίλες βιομηχανικές χρήσεις, θεωρούνται από τους διαδεδομένους
περιβαλλοντικούς ρύπους. Είναι λιπόφιλες ενώσεις και επομένως τείνουν να
βιοσυσσωρεύονται στους λιπώδεις ιστούς των ζώντων οργανισμών,
συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Λόγω των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους,
οι αναλύσεις με συμβατικές αναλυτικές μεθόδους είναι δύσκολες και ακριβές. Για
αυτό τον λόγο η εξεύρεση απλών μεθόδων που θα επιτρέπουν την γρήγορη ανίχνευση
και προσδιορισμό των PCBs σε περιβαλλοντικά και σε βιομηχανικά δείγματα καθώς
και σε δείγματα τροφίμων είναι απαραίτητη. Αυτός είναι και ο σκοπός της
παρούσας διδακτορικής διατριβής που περιλαμβάνει την μελέτη, σχεδίαση και
κατασκευή ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων βασιζόμενων σε υποστηριζόμενες
διστρωματικές λιπιδικές μεμβράνες, με σκοπό την ταχύτατη ανίχνευση και τον
προσδιορισμό ουσιών βιολογικού, περιβαλλοντικού και βιομηχανικού ενδιαφέροντος
όπως είναι τα (PCBs). Συγκεκριμένα αυτή η εργασία περιγράφει έναν νέο
ηλεκτροχημικό αισθητήρα βασιζόμενο σε μια πολυμερισμένη λιπιδική μεμβράνη με
ενσωματωμένο το αντίσωμα του Aroclor 1242, το οποίο έχει ληφθεί από πρόβατο. Ο
αισθητήρας χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του αντιγόνου Aroclor 1242, σε
επίπεδα μοριακότητας της τάξης των 10-9 Μ, σε υγρό ρέον διάλυμα. Το αντίσωμα
ενσωματώθηκε στην λιπιδική μεμβράνη κατά την διάρκεια του πολυμερισμού. Ενέσεις
του διαλύματος του αντιγόνου Aroclor 1242 πραγματοποιήθηκαν σε συνεχή ροή
ηλεκτρολυτικού διαλύματος που λειτούργησε σαν φορέας του αντιγόνου. Πειράματα
πραγματοποιήθηκαν με την μέθοδο της διακοπής της ροής του διαλύματος και με
την χρήση λιπιδικών μειγμάτων που περιείχαν 15% (W/W) Διπαλμιτόϋλφωσφατιδικό
οξύ (DPPA). Το αποτέλεσμα ήταν να δώσουν μόνο ένα παροδικό σήμα με μέγεθος
συσχετιζόμενο με την συγκέντρωση του αντιγόνου. Ένας βιοαισθητήρας, ο οποίος
βασίζεται στις μετατροπές που συμβαίνουν στις λιπιδικές μεμβράνες θα πρέπει να
μπορεί να αναγεννηθεί και να χρησιμοποιηθεί για πολλαπλές μετρήσεις. Επομένως,
λιπιδικές μεμβράνες που περιείχαν 35% DPPA χρησιμοποιήθηκαν για να μελετηθεί η
αναγέννηση του ενεργού μέρους του αντισώματος μετά τον πολύπλοκο μετασχηματισμό
του λόγω της επαφής του με το αντιγόνο. Η αναγ
έννηση πραγματοποιείται με την μέθοδο της έκπλυσης των λιπιδικών μεμβρανών με
το ηλεκτρολυτικό διαλύμα φορέα. Επαναλαμβανόμενοι κύκλοι ενέσεων του αντιγόνου
έδειξαν ότι ο μέγιστος αριθμός των κύκλων για την λήψη ακριβών μετρήσεων είναι
περίπου 5. Ο μηχανισμός απόκρισης του αισθητήρα ερευνήθηκε πειραματικά με χρήση
των φυσικοχημικών μεθόδων φασματοσκοπίας IR και Raman, καθώς και της
ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης. Η συσκευή ελέγχτηκε/αποτιμήθηκε σε αληθινά
δείγματα λαχανικών. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν πειράματα τυχόν παρεμποδιστικής
δράσης από διάφορες ουσίες που υπάρχουν μέσα στα τρόφιμα. Τα αποτελέσματα δεν
έδειξαν καμία παρεμπόδιση από αυτά τα συστατικά όταν βρίσκονται στα επίπεδα
συγκέντρωσης που εντοπίζονται συνήθως σε αληθινά δείγματα. Οι αναλύσεις που
πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των PCBs στα τρόφιμα και η ταυτόχρονη
σύγκριση των αποτελεσμάτων που λήφθηκαν με αποτελέσματα άλλων καθιερωμένων
μεθόδων έδειξαν ότι ο βιοαισθητήρας που χρησιμοποιήθηκε δίνει αξιόπιστα
συγκρίσιμα αποτελέσματα και επομένως μπορεί να αποτελέσει ένα πολύτιμο εργαλείο
αναλύσεων στην περιβαλλοντική χημεία.
(EL)
Polychlorinated biphenyls (PCBs) are industrial compounds which are known to be
among the most persistent and widely distributed pollutants in the global
ecosystem. Since they are lipophilic, they tend to bioaccumulate in the fatty
tissues of living organisms, including humans. Owing to the chemical and
physical properties of PCBs, the analysis by conventional methods is difficult
and expensive. Therefore simple methods for the detection of PCBs in
environmental, industrial and food samples are required. The Ph.D. thesis
involved the study, design and construction of electrochemical bilayer lipid
membrane-based biosensors for rapid detection of compounds of biomedical,
environmental and industrial interest such as PCBs. This work describes a novel
electrochemical biosensor based on a supported polymerized lipid film with
incorporated Sheep anti-PCB antibody for the rapid detection of aroclor 1242,
at the levels of 10-9 M concentrations, in flowing solution streams. The
antibody was incorporated into the lipid film during polymerization. Injections
of Aroclor 1242 antigen solutions were made into flowing streams of a carrier
electrolyte solution. Experiments were done in a stopped-flow mode using lipid
mixtures containing 15% (w/w) dipalmitoylphosphatidic acid (DPPA) to provide
only a single transient current signal with a magnitude related to the antigen
concentration. An immunosensor based on the BLM transduction scheme should be
regenerable and capable of multiple analyses. Thus, lipid films containing 35%
DPPA were used to examine regeneration of the active sites of antibody after
complex formation by washing with the carrier electrolyte solution. Repetitive
cycles of injection of antigen have shown that the maximum number of cycles is
about 5. The mechanism of signal generation was investigated by physicochemical
methods of IR, Raman spectrometry and Scanning Electron Microscopy. The
device was tested/ evaluated in real samples of vegetables. The investigation
of the effect of potent interferences included a wide range of compounds
usually found in foods. The results showed no interferences from these
compounds in concentration levels usually found in real samples. The analyses
that have been concluded in order to define the PCBs in the foods as well as
the comparison of these results against the results of other established
methods have proved that the biosensor used provides reliable results and it
can therefore constitute a valuable tool for future applications in the field
of Environmental Chemistry.
(EN)
/aggregator-openarchives/portal/institutions/uoa
