Enzimatikus reakciók paraméterfüggésének vizsgálata chipméretű laboreszközben

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Ender Ferenc
Elektronikus Eszközök Tanszéke

A biotechnológia egy mostanában igen népszerűvé vált és fejlődének indult új határterülete a nanobiotechnológia. Az elmúlt néhány évben a bioenergetika és a bioszenzorok fejlődése, felhasználási területük kiszélesedése azt eredményezte, hogy a kutatók körében igény lépett fel új nanovázrendszerek kifejlesztésére. A cél az volt, hogy felépítsenek egy robosztus nanobiokatalítikus rendszert, amely hosszú távú, stabil katalítikus potenciállal rendelkezik, és amelynek stabilitását a hőmérséklet és a tárolási módszerek kevésbé befolyásolják. Mostanában gyakran alkalmazott nanovázrendszerek a nanorészecskék, nanorostok, nanocsövek, nanopórusok, nanolemezek és nanokompozitok. Ezeknek a nanohordozóknak nagy előnye az általános hordozókkal szemben, hogy fajlagos felszínük sokkal nagyobb. Egy darab nanorészecske a tömegéhez képest nagy mennyiségű enzimet képes a felületén megkötni, aminek következtében az ebből készített nanorészecske szuszpenzióban nagy volumenű enzimaktivitást érhetünk el. A nanoanyagok nagy szakítószilárdságúak, erősek és ellenállnak a törésnek. Fizikai ellenálló képességük miatt pedig könnyen elkülöníthetőek és újrahasznosíthatóak egy reaktor folyamat során. [1] Gyakran alkalmazott ilyen anyag a mágneses nanorészecske. Ezek a részecskék sok területen jól bevált nanoanyagok, amelyek a nanoanyagok általános előnyein túl számos egyéb előnnyel is rendelkeznek, például külső mágneses térrel manipulálhatóak, méretük kontrollálható és jó mágneses rezonanciás kontraszt anyagok. Ezen felül jól mágnesezhetőek, stabilak, biokompatibilisek és biodegradábilisek. Mindezen előnyös tulajdonságuk teszi használatukat kívánatossá számos alkalmazásban, mint például baktériumok detektálásában, fehérje tisztításban, szennyezés eltávolításban, gyógyszer szállításában, hipertermiás kezelésekben és az enzim immobilizációban. [2]

Munkánk célja az volt, hogy összeállítsunk egy olyan mikrofluidikai rendszert, amelyben a rögzített enzimet, mint eszközt használhatjuk szubsztrát kimutatására diagnosztikai céllal vagy enzimaktivitás mérésére gyógyszeripari megfontolásokból. A reakciók Lab-On-a-Chip rendszerben zajlottak.

A Lab-On-a-Chip egy olyan mikrofluidikai rendszer, amely a biológiai labor funkcióit egyetlen chip-ben sűríti össze.

Az enzimaktivitás nagymértékben függhet a reakcióelegy hőmérsékletétől, ezért elvárás volt a rendszerrel szemben, hogy képes legyen biztosítani az elegy megfelelő hőmérsékletét. Ezt úgy értük el, hogy a chipet első körben folyadéktermosztátra kötött fűtőlemezzel, később Peltier cella segítségével fűtöttük illetve hűtöttük. Munkám során egy olyan szoftvert fejlesztettem, amely segítségével lehetségessé vált ezen eszközök navigálása számítógépen keresztül, és amely az eddig meglévő szoftveres keretrendszerbe is beilleszthető.

A szoftver segítségével mikrofluidikai méréseket végeztem, amely paramétereinek optimalizásálához mágneses nanorészecskékhez rögzített fenilalanin-ammónia-liáz (PAL) enzimet és L-fenilalanin szubsztrátot alkalmaztunk. A reakció során képződő fahéjsav UV-fotometriával jól detektálható, így a nanorészecske réteg enzimaktivitását jó pontossággal megközelíthettük.

Munkám során irodalomkutatást is végeztem azokról az enzimekről, amelyek a későbbiekben esetleg vizsgálatra kerülhetnek a már elkészült mikrofluidikai rendszerben. Összefoglaltam a klinikai diagnosztikában releváns legfontosabb enzimek tulajdonságait, diagnosztikai jelentőségét, a gyakorlatban alkalmazott analit vagy enzim meghatározások módszereit, valamint külön-külön táblázatban összegyűjtöttem ezen enzimek enzimkinetikai paramétereit. Külön fejezetben fogok írni a dUTP-áz ezimről, amelynek pedig a rák gyógyításában van szerepe.

1. Verma, M.L., C.J. Barrow, and M. Puri, Nanobiotechnology as a novel paradigm for enzyme immobilisation and stabilisation with potential applications in biodiesel production. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013. 97(1): p. 23-39.

2. Huang, S.H. and R.S. Juang, Biochemical and biomedical applications of multifunctional magnetic nanoparticles: a review. Journal of Nanoparticle Research, 2011. 13(10): p. 4411-4430.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.