Розробка нового методу визначення охратоксину а на основі фотолюмінесценції наночастинок оксиду цинку

Abstract

N. Shpyrka, M. Taran, Y. Ruban, O. Pareniuk, R. Viter, K. Shavanova. Development of the new method of ochratoxin A determination, based on zinc oxide nano particles luminescence. The problem of mycotoxicosis gains more and more importance every year, as the amount of infected food and feed arises. Ochratoxin-A (OTA) is one of the most dangerous mycotoxins. It is a natural contaminant of grains and legumes, produced by Aspergillus and Penicillium fungi. Therefore, it is important to control the quality parameters and the presence of for mycotoxins in products in real time at all stages of cultivation, processing and transportation of products. Therefore, the problem of food and feed safety is of particular relevance. To this end, a new method for determination of ochratoxin A, based on photoluminescence of zinc oxide nanoparticles was developed and tested. Due to the unique combination of fluorescent, semiconductor and piezoelectric properties, of ZnO can be used to create sensors that are based on different principles od signal registration. Fiber-optic spectrometer, whereby photoluminescence spectra of mycotoxin on the surface of ZnO were recorded. ZnO nanodust was dissolved in butanol (1 mg/ml) and sonicated for 30 minutes. 20 ml of ZnO nanorods solution were applied on individual glass plates up to the formation ZnO/glass surface. Samples were dried at room temperature and fired in a muffle furnace for 3 hours. Protein A (20 mg/mL) was adsorbed on the surface of ZnO samples for 20 min and washed with phosphate buffer (pH 7,4). Afterwards ochratoxin A solution (20 mg/mL) was incubated during 20 minutes, and, to prevent nonspecific adsorption, additionally samples were incubated with bovine albumin serum (BSA) for 20 minutes on the surface of ZnO. Immobilization of biological components was conducted in a desiccator for maintaining a wet environment during 20 minutes, what is sufficient to fix the compounds on the surface of ZnO nanorods. In accordance with the procedure, modification of BSA was taken as the final stage of biosensor bioselective layer formation. Then sample was placed into the column and photoluminescence signal was interpreted as a background signal and, based on it. ochratoxin A antigen (Ag) immobilization signal was calculated. After applying various dilutions of antigen (0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2.5, 5.0 ng/ml) on bioselective surface decrease of PL was observed. As a result of the research, we have confirmed the efficiency of zinc oxide as a new material for transducer surfaces and implemented an algorithm for biological components immobilization on the surface of ZnO nanorods. Decrease of the photoluminescence intensity indicates the formation of nanorods biocomplex on the surface of zinc oxide on a "key-lock" principle Determination of ochratoxin A by zinc oxide based immune biosensor has a sufficient reaction specificity, given the significant reduction in signal when measuring concentrations ranging from 0,01ng/ml to 5,0 ng/ml Consequently, the proposed immune biosensor is not only highly sensitive and relatively easy to use, but also optimized for fast work and has the potential for the chips re-use, which significantly reduces the cost analysis. Therefore, further study and improvement of the method for determining ochratoxin A and interpretation of the results for the detection of various types of mycotoxins will reduce the duration and cost of the analysis in real samples and improve sensor mobility for measurements in the field.

Н.Ф. Шпырка, М.В. Таран, Ю.В. Рубан, Е.Ю. Паренюк, Р.В. Витер, Е.Е. Шаванова. Разработка нового метода диагностики охратоксина А на основе фотолюминесценции наночастиц оксида цинка. Охратоксин А (ОТА) – один из самых опасных микотоксинов, продуцируемый грибами рода Aspergillus и Penicillium, он является естественным загрязнителем зерновых и бобовых культур. Поскольку проблема безопасности пищевой продукции и кормового сырья приобретает особую актуальность, нами был разработан и протестирован новый метод определения охратоксина А на основе фотолюминесценции наночастиц оксида цинка. Для этого использовали волоконно-оптический спектрометр, с помощью которого регистрировали спектры фотолюминесценции микотоксина на поверхности ZnO. В результате проведенных исследований нами было подтверждена эффективность использования оксида цинка в качестве нового материала для трансдьюсерных поверхностей и реализован алгоритм иммобилизации биологических компонентов на поверхности ZnO нанородов. Снижение интенсивности фотолюминесценции свидетельствует об образовании биокомплекса на поверхности нанородов оксида цинка по принципу «ключ-замок». Определение содержания охратоксина А иммунным биосенсором на основе оксида цинка обладает достаточной специфичностью реакции, учитывая значительное снижение сигнала при внесении концентраций в диапазоне от 0,01нг / мл до 5,0 нг / мл.

Шпирка Н.Ф., Таран М.В., Рубан Ю.В., Паренюк О.Ю., Вітер Р.В., Шаванова К.Є. Розробка нового методу визначення охратоксину А на основі фотолюмінесценції наночастинок оксиду цинку. Проблема безпечності харчової продукції та кормової сировини зараз набуває особливої актуальності. Охратоксин А (ОТА) є одним з найнебезпечніших мікотоксинів, природним забруднювачем зернових та бобових культур, продуцентами якого є гриби роду Aspergillus і Penicillium. Нами було розроблено і протестовано новий метод визначення охратоксину А на основі фотолюмінесценції наночастинок оксиду цинку. Для цього використовували волоконно-оптичний спектрометр, за допомогою якого реєстрували спектри фотолюмінесценції мікотоксину на поверхні ZnO. У результаті проведених досліджень нами було підтверджено ефективність використання оксиду цинку як нового матеріалу для трансдьюсерних поверхонь та реалізовано алгоритм іммобілізації біологічних компонентів на поверхні ZnO нанородів. Зниження інтенсивності фотолюмінесценції свідчить про утворення біокомплексу на поверхні нанородів оксиду цинку за принципом «ключ-замок». Визначення вмісту охратоксину А імунним біосенсором на основі оксиду цинку має достатню специфічність реакції, враховуючи значне зниження сигналу при внесенні концентрацій в діапазоні від 0,01 до 5,0 нг/мл.