Подбор субстрата для щелочной фосфатазы на основе ферментативной кинетики и электрохимических характеристик печатных углеродных электродов для применения в иммуноферментных биосенсорах

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf
Опубликован: Nov 11, 2025
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00281
Ключевые слова:
иммуносенсоры; электрохимический иммуноферментный анализ; субстраты щелочной фосфатазы; электрохимическая предобработка

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Е.А. Николаева
Юниверс Диагностикс, 121205, Москва, Большой Бульвар, д. 42, стр. 1
П.А. Ложкин
Юниверс Диагностикс, 121205, Москва, Большой Бульвар, д. 42, стр. 1
Е.А. Мучкинова
Юниверс Диагностикс, 121205, Москва, Большой Бульвар, д. 42, стр. 1
Л.Е. Агафонова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, 119435, Москва, Погодинская ул., 10
А.В. Кузиков
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, 119435, Москва, Погодинская ул., 10
П.И. Королева
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, 119435, Москва, Погодинская ул., 10
В.В. Шумянцева
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, 119435, Москва, Погодинская ул., 10

Аннотация

Проведен обоснованный выбор субстрата для дальнейшего применения в электрохимическом ферментном иммуноанализе на основе параметров, описывающих ферментативную кинетику, и электрохимических характеристик продуктов электроферментативных реакций. Приведены данные анализа электрохимических характеристик печатных графитовых электродов (ПГЭ) с применением различных предобработок поверхности. С использованием предобработки ПГЭ в серной кислоте удалось добиться значительного снижения фонового тока и снизить предел обнаружения 1-нафтола (продукта ферментативной реакции, катализируемой щелочной фосфатазой) до 0.73 мкМ в режиме дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВА) и до 0.09 мкМ в режиме хроноамперометрии (ХА) без применения дополнительных катализаторов. Выбранные субстрат и предобработка применены в количественном иммуноферментном анализе для определения прокальцитонина. Коэффициент чувствительности и предел обнаружения составили 109 нА×мл/мг и 0.8 нг/мл соответственно.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Николаева E., Ложкин P., Мучкинова E., Агафонова L., Кузиков A., Королева P., & Шумянцева V. (2025). Подбор субстрата для щелочной фосфатазы на основе ферментативной кинетики и электрохимических характеристик печатных углеродных электродов для применения в иммуноферментных биосенсорах. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 8(4), e00281. https://doi.org/10.18097/BMCRM00281
Выпуск
Том 8 № 4 (2025): Принято в печать
Раздел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Библиографические ссылки

  1. Police Patil, A.V., Chuang, Y.-S., Li, C., Wu, C.-C. (2023) Recent Advances in Electrochemical immunosensors with nanomaterial assistance for signal amplification. Biosensors, 13(1), 125. DOI
  2. Chen, H., Zhang, J., Huang, R., Wang, D., Deng, D., Zhang, Q., Luo, L. (2023) The Applications of electrochemical immunosensors in the detection of disease biomarkers: a review. Molecules, 28(8), 3605. DOI
  3. Archakov, A.I., Shumyanceva, V.V, Bulko, T.V., Kurny`shova, A.V., Vagin, M.Y. (2008) Electrochemical biosensor for direct determination of myoglobin and method for its production, Russian State Patent Agency Certificate, No. RU 2367958 C1 of 17.01.2008. https://www.fips.ru/cdfi/fips.dll/ru?ty=29&docid=2367958
  4. Shumyantseva, V.V., Bulko, T.V., Vagin, M.Yu., Suprun, E.V., Archakov, A.I. (2010) Electrochemical immunoanalysis of cardiac myoglobin. Biomeditsinskaya Khimiya, 56(6), 758–768. DOI
  5. Shumkov, A.A., Suprun, E.V., Shatinina, S.Z., Lisitsa, A.V., Shumyantseva, V.V., Archakov, A.I. (2013) Gold and silver nanoparticles for electrochemical detection of cardiac troponin i based on stripping voltammetry. BioNanoScience, 3(2), 216–222. DOI
  6. Bartlett, P.N. (2008) Bioelectrochemistry: fundamentals, experimental techniques and applications. John Wiley & Sons, 494 p.
  7. Gerdan, Z., Saylan, Y., Denizli, A. (2024) Biosensing platforms for cardiac biomarker detection. ACS Omega, 9(9), 9946–9960. DOI
  8. Nazir, S., Iqbal, R.A. (2023) Biosensor for rapid and accurate detection of cardiovascular biomarkers: Progress and prospects in biosensors. Biosensors and Bioelectronics: X, 14, 100388. DOI
  9. Shumyantseva, V.V., Bulko, T.V., Suprun, E.V., Kuzikov, A.V., Agafonova, L.E., Archakov, A.I. (2015) Electrochemical methods for biomedical investigations. Biomeditsinskaya Khimiya, 61(2), 188–202. DOI
  10. Suprun, E., Bulko, T., Lisitsa, A., Gnedenko, O., Ivanov, A., Shumyantseva, V., Archakov, A. (2010) Electrochemical nanobiosensor for express diagnosis of acute myocardial infarction in undiluted plasma. Biosensors and Bioelectronics, 25(7), 1694–1698. DOI
  11. Shumyanceva, V.V., Suprun, E.V., Bulko, T.V., Archakov, A.I. (2010). Gemoproteiny` i sensorny`e sistemy` medicinskogo naznacheniya na ix osnove. In Khimicheskii analiz v meditsinskoi diagnostike (Chemical Analysis in Clinical Diagnistics), Moscow, Nauka, pp. 181–211.
  12. Shumkov, A.A., Suprun, E.V., Shumyanceva, V.V., Archakov, A.I. (2010) Sensorny`e e`lektroximicheskie sistemy` dlya analiza kardiomioglobina. Biomedicina, 1(5), 146–148.
  13. Suprun, E.V., Shilovskaya, A.L., Lisitsa, A.V., Bulko, T.V., Shumyantseva, V.V., Archakov, A.I. (2011) Electrochemical immunosensor based on metal nanoparticles for cardiac myoglobin detection in human blood plasma. Electroanalysis, 23(5), 1051–1057. DOI
  14. Shumyantseva, V.V., Bulko, T.V., Suprun, E.V., Archakov, A.I. (2013) Electrochemical sensor systems based on one-dimensional (1D) nanostructures for analysis of bioaffinity interactions. Biomeditsinskaya Khimiya, 59(2), 209– 218. DOI
  15. Shumkov, A.A, Suprun, E.V., Shumyanceva, V.V., Archakov, A.I. (2011) Sensorny`j e`lement na osnove nanochasticz zolota dlya opredeleniya kardiomarkyorov. Biomedicina, 1(3), 46–49.
  16. Brabec, V., Mornstein, V. (1980) Electrochemical behaviour of proteins at graphite electrodes. I. Electrooxidation of proteins as a new probe of protein structure and reactions. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protein Structure, 625(1), 43–50. DOI
  17. Reynaud, J.A., Malfoy, B., Bere, A. (1980) The electrochemical oxidation of three proteins: RNAase A, bovine serum albumin and concanavalin A at solid electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 116, 595–606. DOI
  18. Brabec, V., Mornstein, V. (1980) Electrochemical behaviour of proteins at graphite electrodes. Biophysical Chemistry, 12(2), 159–165. DOI
  19. Malfoy, B., Reynaud, J.A. (1980) Electrochemical investigations of amino acids at solid electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 114(2), 213–223. DOI
  20. Reynaud, J.A., Malfoy, B., Canesson, P. (1980) Electrochemical investigations of amino acids at solid electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 114(2), 195–211. DOI
  21. Kim, J., Park, M. (2021) Recent progress in electrochemical immunosensors. Biosensors, 11(10), 360. DOI
  22. Heineman, W.R., Halsall, H.B. (1985) Strategies for electrochemical immunoassay. Analytical Chemistry, 57(12), 1321A-1331A. DOI
  23. Nellaiappan, S., Mandali, P.K., Prabakaran, A., Krishnan, U.M. (2021) Electrochemical immunosensors for quantification of procalcitonin: progress and prospects. Chemosensors, 9(7), 182. DOI
  24. González-Sánchez, M.I., Gómez-Monedero, B., Agrisuelas, J., Iniesta, J., Valero, E. (2019) Electrochemical performance of activated screen printed carbon electrodes for hydrogen peroxide and phenol derivatives sensing. Journal of Electroanalytical Chemistry, 839, 75–82. DOI
  25. Huang, J., Zu, Y., Zhang, L., Cui, W. (2024) Progress in procalcitonin detection based on immunoassay. Research, 7, 0345. DOI
  26. Bekhit, M., Blazek, T., Gorski, W. (2021) Electroanalysis of enzyme activity in small biological samples: alkaline phosphatase. Analytical Chemistry, 93(42), 14280–14286. DOI
  27. Bard, A.J., Faulkner, L.R. (2001) Electrochemical methods - fundamentals and applications (2nd ed). Wiley, 850 p.
  28. Saxena, R., Srivastava, S. (2019) An insight into impedimetric immunosensor and its electrical equivalent circuit. Sensors and Actuators B: Chemical, 297, 126780. DOI
  29. Shumyantseva, V.V., Kuzikov, A.V., Masamrekh, R.A., Bulko, T.V., Archakov, A.I. (2018) From electrochemistry to enzyme kinetics of cytochrome P450. Biosensors and Bioelectronics, 121, 192–204. DOI
  30. Zhao, N., Shi, J., Li, M., Xu, P., Wang, X., Li, X. (2022) Alkaline Phosphatase electrochemical micro-sensor based on 3D graphene networks for the monitoring of osteoblast activity. Biosensors, 12(6), 406. DOI
  31. Morrin, A., Killard, A.J., Smyth, M.R. (2003) Electrochemical characterization of commercial and home-made screen-printed carbon electrodes. Analytical Letters, 36(9), 2021–2039. DOI
  32. Randviir, E.P. (2018) A cross examination of electron transfer rate constants for carbon screen-printed electrodes using Electrochemical Impedance Spectroscopy and cyclic voltammetry. Electrochimica Acta, 286, 179–186. DOI