Моніторинг перебігу ферментативних реакцій методом диференціальної мікрохвильової діелектрометрії в реальному часі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.9.608Ключові слова:
рiдини з великими втратами, комплексна дiелектрична проникнiсть, ферментативнi реакцiї, поширення електромагнiтних хвиль, диференцiальна мiкрохвильова дiелектрометрiя, фермент трипсин, сироватковий альбумiн людини, iмуноглобулiн GАнотація
Ферментативнi реакцiї є основою багатьох бiотехнологiчних виробничих i бiомедичних дiагностичних процедур, якi потребують ефективних методiв контролю за ходом реакцiї. У данiй роботi представленi результати розробки нового пiдходу методу диференцiальної дiелектрометрiї для неiнвазивного монiторингу перебiгу ферментативних реакцiй на основi комплексних змiн дiелектричної проникностi цих розчинiв реакцiйної сумiшi в реальному часi на фiксованiй частотi 31,82 ГГц. Проведено динамiчнi дослiдження дiелектричних параметрiв видiлених ферментативних систем, що мiстять бiлковий субстрат (iмуноглобулiн G, сироватковий альбумiн людини) та фермент трипсин. Запропоновано застосування розробленої вимiрювальної комiрки мiкрохвильового диференцiйного дiелектрометру для монiторингу ферментативних реакцiй у бiомедичнiй практицi та харчовiй промисловостi. Нашi результати мiкрохвильової дiелектрометрiї пiдтверджено результатами методу спектрофотометрiї UV-Vis для вибраних ферментативних систем. Ми пропонуємо новий пiдхiд до використання методу дiелектрометрiї з високою чутливiстю (2,7 та 1% для дiйсної та уявної частин комплексної дiелектричної проникностi, вiдповiдно) для оцiнки перебiгу ферментативних реакцiй у реальному часi.
Посилання
G.D. Najafpour. Biochemical Engineering and Biotechnology (Elsevier, 2015) [ISBN: 978-0-444-63357-6].
https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63357-6.00002-X
K.S. Siddiqui, H. Ertan, A. Poljak, W.J. Bridge. Evaluating enzymatic productivity-the missing link to enzyme utility. Int. J. Mol. Sci. 23 (13), 6908 (2022).
https://doi.org/10.3390/ijms23136908
M. Faure, M. Kechadi, B. Sotta, J. Gamby, B. Tribolleta. Contact free impedance methodology for investigating enzymatic reactions into dielectric polymer microchip. Electroanalysis 25 (5), 1151 (2013).
https://doi.org/10.1002/elan.201200488
Y. Iwasaki, T. Horiuchi, O. Niwa. Detection of electrochemical enzymatic reactions by surface plasmon resonance measurement. Anal. Chem. 73 (7), 1595 (2001).
https://doi.org/10.1021/ac0012851
A. Furukawa, T. Nagata, A. Matsugami, Y. Habu, R. Sugiyama, F. Hayashi, N. Kobayashi, S. Yokoyama, H. Takaku, M. Katahira. Structure, interaction and realtime monitoring of the enzymatic reaction of wild-type APOBEC3G. The EMBO J. 28 (4), 440 (2009).
https://doi.org/10.1038/emboj.2008.290
F. C. Church, H. E. Swaisgood, D.H. Porter, G.L. Cattignani. Spectrophotometric assay using o-phthaldialdehyde for determination of proteolysis in milk and isolated milk proteins. J. Dairy Sci. 66, 1219 (1983).
https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(83)81926-2
W.J. Ellison, K. Lamkaourchi, M.J. Moreau. Water: A dielectric reference. J. Mol. Liq. 68, 171 (1996).
https://doi.org/10.1016/0167-7322(96)00926-9
A. Godio. Open ended-coaxial cable measurements of saturated sandy soils. American J. Environmental Sci. 3 (3), 175 (2007).
https://doi.org/10.3844/ajessp.2007.175.182
J. M. McKee, B.P. Johnson. Real-time chemical sensing of aqueous ethanol glucose mixtures. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 49 (1), 114 (2000).
https://doi.org/10.1109/19.836320
I. Dilman, M. N. Akinci, T. Yilmaz, M. ¸Cay¨oren, I. Akduman. A method to measure complex dielectric permittivity with open-ended coaxial probes. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 71, (2022).
https://doi.org/10.1109/TIM.2022.3147878
Keysight Technologies, Keysight n1501a Dielectric Probe Kit 200 MHz to 50 GHz. 2021. [Online]. Available: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-0222EN.pdf.
F. Artis, T. Chen, T. Chretiennot, J.-J. Fournie, M. Poupot, D. Dubuc, K. Grenier. Microwaving biological cells: intracellular analysis with microwave dielectric spectroscopy. IEEE Microwave Magazine 16 (4), 87 (2015).
https://doi.org/10.1109/MMM.2015.2393997
K. Shibata. Measurement of complex permittivity for liquid materials using the open-ended cut-off waveguide reflection method. IEICE Transactions on Electronics E93-C (11), 1621 (2010).
https://doi.org/10.1587/transele.E93.C.1621
Y. Wang, M.N. Afsar. Measurement of complex permittivity of liquids using waveguide techniques. Progress in Electromagnetics Research 42, 131 (2003).
https://doi.org/10.2528/PIER03010602
J. Barthel, K. Bachhuber, R. Buchner, H. Hetzenauer. Dielectric spectra of some common solvents in the microwave region. Water and lower alcohols. Chem. Phys. Lett. 165 (4), 369 (1990).
https://doi.org/10.1016/0009-2614(90)87204-5
Z.E. Eremenko, K.S. Kuznetsova, N.I. Sklyar, A.V. Martynov. Measuring Complex Permittivity of High-Loss Liquids in Dielectric Materials and Applications. Edited by P.G. Choudhry (Nova Science Publishers, 2019), Chap. 2 [ISBN: 978-1-53615-316-3].
Z.E. Eremenko, V.N. Skresanov, A.I. Shubnyi, N.S. Anikina, V.G. Gerzhikova, T.A. Zhilyakova. Complex Permittivity Measurement of High Loss Liquids and its Application to Wine Analysis in Electromagnetic Waves. Edited by V. Zhurbenko (Janeza Trdine, 2011) [ISBN: 978-953-307-304-0].
Z.E. Eremenko, V.A. Pashynska, K.S. Kuznetsova, O.I. Shubnyi, N.I. Sklyar, A.V. Martynov. Microwave dielectrometer application to antibiotic concentration control in water solution. Low Temperature Physics 26, (3), 30 (2021).
https://doi.org/10.15407/rej2021.03.030
V.N. Skresanov, Z.E. Eremenko, E.S. Kuznetsova, Y. Wu, Y. He. Circular layered waveguide use for wideband complex permittivity measurement of lossy liquids. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 63 (3), 694 (2014).
https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2282003
S. Schmidt, M. Schubler. All Liquid Based Calibration Scheme for Microwave Dielectrometry. In Proceedings IEEE/MTT-S International Microwave Symposium USA, 8058839 (2017).
https://doi.org/10.1109/MWSYM.2017.8058839
A.A. Abduljabar, D.J. Rowe, A. Porch, D.A. Barrow. Novel microwave microfluidic sensor using a microstrip split-ring resonator. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 62 (3), 679 (2014).
https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2300066
A.I. Gubin, A.A. Barannik, N.T. Cherpak, I.A. Protsenko, S. Pud, A. Offenh¨ausser, S.A. Vitusevich. Whisperinggallery-mode resonator technique with microfluidic channel for permittivity measurement of liquids. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 63 (6), 2003 (2015).
https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2423289
J.-W.C. Alffenaar, E.M. Jongedijk, C.A.J. van Winkel, M. Sariko, S.K. Heysell, S. Mpagama, D.J. Touw. A mobile microvolume UV/visible light spectrophotometer for the measurement of levofloxacin in saliva. J. Antimicrobial Chemotherapy 76 (2), 423 (2021).
https://doi.org/10.1093/jac/dkaa420
Huffman, K. Soni, J. Ferraiolo. UV-Vis based determination of protein concentration: validating and implementing slope measurements using variable pathlength technology. BioProcess International 12 (8), (2014).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
