Яринка Д. В. Оптичні біосенсорні системи на основі полімерів-біоміметиків та смартфонів для виявлення харчових мікотоксинів: афлатоксину в1 та зеараленонуОптичні біосенсорні системи на основі полімерів-біоміметиків та смартфонів для виявлення харчових мікотоксинів: афлатоксину в1 та зеараленону

Яринка Д.В. Оптичні біосенсорні системи на основі полімерів-біоміметиків та смартфонів для виявлення харчових мікотоксинів: афлатоксину В1 та зеараленону. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора філософії за спеціальністю 091 Біологія. – Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ, 2023. Щорічно у світі виявляють понаднормові рівні забруднення харчових продуктів мікотоксинами. Крім значних економічних збитків, пов’язаних з втратою врожаю (щорічно через забруднення мікотоксинами втрачається до 25% врожаїв зернових), мікотоксини небезпечні для здоров’я людей та тварин. Згідно з даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (FAO) до найнебезпечніших мікотоксинів належать, серед інших, афлатоксин В1 (АФВ1) та зеараленон (ЗОН). Тому, розробка нових підходів для моніторингу та контролю цих мікотоксинів в продуктах харчування – дуже актуальна. Зважаючи на це, мета дисертаційної роботи – створення оптичних біосенсорних систем на основі смартфонів та полімерів-біоміметиків у формі молекулярно-імпринтованих полімерних мембран для виявлення поширених харчових токсинів (афлатоксину В1 та зеараленону) у продуктах харчування та тваринних кормах. Полімери-біоміметики у формі молекулярно-імпринтованих полімерних (МІП) мембран запропоновано використати як чутливі елементи біосенсорних систем для визначення АФВ1 та ЗОН. Присутній у аналізованому зразку токсин, який зв’язався з поверхнею МІП мембрани за рахунок утворених в її структурі селективних рецепторних сайтів, можна виявляти після опромінення мембран ультрафіолетовим світлом з певною довжиною хвилі. Це, у свою чергу, ініціюватиме природну флуоресценцію мікотоксинів, інтенсивність якої буде пропорційною концентрації токсинів у зразку. Флуоресцентні біосенсорні сигнали, які генеруються полімерами-біоміметиками у формі мембран, можна реєструвати як за допомогою стандартного лабораторного спектрофлуориметра, так і за допомогою камери смартфона з подальшим аналізом за використання комерційно-доступних програм аналізу цифрових зображень (зокрема програми Spotxel® Reader, 2.1.5 для операційної системи Android 6+). Використання смартфона у ролі реєстратора та аналізатора оптичних сенсорних сигналів дозволить скоротити та спростити процедуру визначення аналіту та може успішно замінити високовартісне лабораторне обладнання. На першому етапі роботи, було синтезовано високостабільні чутливі елементи майбутніх біосенсорних систем на основі МІП мембран, які було отримано методом радикальної полімеризації in situ, з штучними рецепторними сайтами розпізнавання АФВ1 та ЗОН в їхній структурі та оптимізовано їхній склад. Найкраще розпізнавання АФВ1 виявляли для МІП мембран, синтезованих з використанням акриламіду (АА) як функціонального мономеру, з мономерної суміші із співвідношенням псевдоматриця : АА 1:2. Встановлено, що МІП мембрани, синтезовані із використанням функціональних мономерів 1-аллілпіперазину (1-АЛП) та етиленглікольметакритфосфату (ЕГМФ), з мономерної суміші із співвідношенням псевдоматриця : ФМ 1:4 та 1:2, відповідно, демонстрували найкращі розпізнавальні властивості щодо ЗОН. Крім того, було досліджено вплив складу аналізованого розчину на здатність синтезованих МІП мембран розпізнавати цільові мікотоксини та визначено оптимальні умови зв’язування аналітів з мікотоксин-селективними рецепторними сайтами. Вперше створено лабораторні прототипи оптичних біосенсорних систем на основі полімерів-біоміметиків та смартфонів для визначення мікотоксинів та досліджено їхні робочі характеристики. Крім того, розроблено підходи до покращення робочих характеристик створених біосенсорних систем для високочутливого визначення згаданих мікотоксинів за рахунок використання флуоресцентного маркеру у конкурентному варіанті аналізу, а також наночастинок срібла та явища плазмонного підсилення флуоресценції. Розроблені в дисертаційній роботі прототипи біосенсорних систем були успішно апробовані для визначення АФВ1 та ЗОН у реальних зразках пшеничного, кукурудзяного борошна та мелених зразках зернових культур, спільно з ДП «Укрметртестстандарт» проведено метрологічні дослідження розроблених сенсорних систем та затверджено запропоновані методики визначення мікотоксинів.