Вольтамперометрические ДНК-сенсоры для регистрации повреждения ДНК на основе покрытий поли(Акридинового оранжевого), полученного из релина и глицелина

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработан вольтамперометрический ДНК-сенсор для регистрации повреждения ДНК из тимуса теленка по изменению редокс-сигналов на циклических вольтамперограммах покрытия поли(Акридинового оранжевого) (ПАО), синтезированного на печатном углеродсодержащем электроде из сред глубоких эвтектических растворителей – релина и глицелина и фосфатного буферного раствора. Установлены рабочие условия иммобилизации ДНК на каждом из представленных полимерных покрытий. Выявлено влияние природы среды для электрополимеризации на электрохимические характеристики слоя полимерного акридинового красителя и чувствительность отклика полимера на термическое и окислительное повреждение ДНК. При оптимальном составе поверхностного слоя ДНК-сенсор на основе ПАО, синтезированного из водных сред (ПАО1), достоверно позволял определить только факт химического окисления ДНК. Использование в составе ДНК-сенсоров ПАО, синтезированного из сред релина (ПАО2) и глицелина (ПАО3), продемонстрировало не только большую чувствительность покрытий ПАО2 и ПАО3 к введению в состав слоя ДНК из тимуса теленка в целом, но и позволило успешно различать нативную, термически денатурированную и химически окисленную ДНК.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Порфирьева

Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: porfireva-a@inbox.ru
Россия, ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008

З. Ф. Хуснутдинова

Казанский федеральный университет

Email: porfireva-a@inbox.ru
Россия, ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008

Г. А. Евтюгин

Казанский федеральный университет

Email: porfireva-a@inbox.ru
Россия, ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008

Список литературы

  1. Gunasekaran B.M., Srinivasan S., Ezhilan M., Nesakumar N. Nucleic acid-based electrochemical biosensors // Clin. Chim. Acta. 2024. V.559. Article 119715.
  2. Jampasa S., Jikul B., Kreangkaiwal C., Khamcharoen W., Jesadabundit W., Waiwinya W., et al. Multiple signaling probe-based ultrasensitive electrochemical DNA sensor integrated with NFC- enabled smartphone to diagnose leptospirosis // Sens. Actuators B. 2024. V. 406. Article 135411.
  3. Franchin L., Paccagnella A., Bonaldo S. Influence of surface passivation on Campylobacter jejuni specificity of an impedimetric genosensor for poultry infection monitoring in agri-food industry // IEEE Sens. Lett. 2024. P. 1.
  4. Lee J.-H., Oh B.-K., Choi J.-W. Electrochemical sensor based on direct electron transfer of HIV-1 Virus at Au nanoparticle modified ITO electrode // Biosens. Bioelectron. 2013. V. 49. P. 531.
  5. Mokni M., Tlili A., Khalij Y., Attia G., Zerrouki C., Hmida W., et al. Designing a simple electrochemical genosensor for the detection of urinary PCA3, a prostate cancer biomarker // Micromachines. 2024. V. 15. № 5. Article 602.
  6. Wang X., Shu G., Gao C., Yang Y., Xu Q., Tang M. Electrochemical biosensor based on functional composite nanofibers for detection of K-ras gene via multiple signal amplification strategy // Anal. Biochem. 2014. V.466. P. 51.
  7. Porfireva A., Begisheva E., Evtugyn V., Evtugyn G. Electrochemical DNA sensor for valrubicin detection based on poly (Azure C) films deposited from deep eutectic solvent // Biosensors. 2023. V. 13. № 10. Article 931.
  8. Goida A., Kuzin Y., Evtugyn V., Porfireva A., Evtugyn G., Hianik T. Electrochemical sensing of idarubicin —DNA interaction using electropolymerized Azure B and Methylene Blue mediation // Chemosensors. 2022. V. 10. № 1. Article 33.
  9. Goida A., Rogov A., Kuzin Y., Porfireva A., Evtugyn G. Impedimetric DNA sensors for epirubicin detection based on polythionine films electropolymerized from deep eutectic solvent // Sensors. 2023. V. 23. № 19. Article 8242.
  10. Kuzin Y., Kappo D., Porfireva A., Shurpik D., Stoikov I., Evtugyn G., Hianik T. Electrochemical DNA sensor based on carbon black — poly (Neutral Red) composite for detection of oxidative DNA damage // Sensors. 2018. V. 18. № 10. Article 3489.
  11. Güngör M.A., Alev O., Kaya H.K., Arslan L.Ç., Büyükköse S., Öztürk Z.Z., Kuralay F. Atomic layer deposited zinc oxide thin film on pencil graphite for DNA sensor applications // Mater. Today Commun. 2023. V. 36. Article 106776.
  12. Schmidt A., Liu M. Recent advances in the chemistry of acridines // Adv. Heterocycl. Chem. 2015. V. 115. P. 287.
  13. Vald és A.F.-C. Acridine and acridinones: old and new structures with antimalarial activity // Open Med. Chem. J. 2015. V. 5. P. 11.
  14. Réthy B., Zupk ó I., Minorics R., Hohmann J., Ocsovszki I., Falkay G. Investigation of cytotoxic activity on human cancer cell lines of arborinine and furanoacridones isolated from Ruta graveolens // Planta Med. 2007. V. 73. P. 41.
  15. Kusuzaki K., Murata H., Matsubara T., Satonaka H., Wakabayashi T., Matsumine A., Uchida A. Review. Acridine orange could be an innovative anticancer agent under photon energy // In Vivo. 2007. V. 21. P. 205.
  16. Johnson R.P., Richardson J.A., Brown T., Bartlett P.N. A label-free, electrochemical SERS-based assay for detection of DNA hybridization and discrimination of mutations // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 34. P. 14099.
  17. Işık H., Öztürk G., Ağın F., Kul D. Electroanalytical analysis of guaifenesin on poly (acridine orange) modified glassy carbon electrode and its determination in pharmaceuticals and serum samples // CCHT S. 2021. V. 24. P. 376.
  18. Agin F. Electrochemical determination of amoxicillin on a poly (acridine orange) modified glassy carbon electrode // Anal. Lett. 2016. V. 49. P. 1366.
  19. Kul D., Dogan-Topal B., Ozkan S.A., Uslu B. Poly (acridine orange)- modified glassy carbon electrodes: electrosynthesis, characterisation and sensor application with uric acid // J. Appl. Electrochem. 2014. V. 44. P. 831.
  20. Zhang Y. Voltammetric behavior of dobutamine at poly (acridine orange) film modified electrode and its determination by adsorptive stripping voltammetry // Anal. Lett. 2004. V. 37. P. 2031.
  21. Zhang Y., Ma Z. Electrochemical behavior of hydroquinone at poly (acridine orange)– modified electrode and its separate detection in the presence of o- hydroquinone and m‐ hydroquinone // Anal. Lett. 2006. V. 39. P. 1289.
  22. Zhang Y., Zhuang H. Poly (acridine orange) film modified electrode for the determination 1- naphthol in the presence of 2- naphthol // Electrochim. Acta. 2009. V. 54. P. 7364.
  23. Sun W., Wang Y., Gong S., Cheng Y., Shi F., Sun Z. Application of poly(acridine orange) and graphene modified carbon/ionic liquid paste electrode for the sensitive electrochemical detection of rutin. // Electrochim Acta. 2013. V. 109. P. 298.
  24. Wang Z., Xia J., Zhu L., Zhang F., Guo X., Li Y., Xia Y. The fabrication of poly (acridine orange)/graphene modified electrode with electrolysis micelle disruption method for selective determination of uric acid // Sens. Actuators B. 2012. V. 161. P. 131.
  25. Tkach V.V., De Oliveira S.C., Kushnir M.V., Brazhko O.A., Briosa e Gala H., Luganska O.V., Yagodynets ´ P. I. A descrição matemática do desempenho eletroanalítico do compósito poli(alaranjado da acridina)-oxihidróxido de vanádio na detecção eletrorredutiva da entacapone // Rev. Colomb. Cienc. Quím. Farm. 2019. V 48. № 2. P. 455.
  26. Dalkiran B., Brett C.M. A. Polyphenazine and polytriphenylmethane redox polymer / nanomaterial – based electrochemical sensors and biosensors: a review // Microchim. Acta. 2021. V. 188. Article 178.
  27. Schlereth D.D., Karyakin A.A. Electropolymerization of phenothiazine, phenoxazine and phenazine derivatives: Characterization of the polymers by UV-visible difference spectroelectrochemistry and Fourier transform IR spectroscopy // J. Electroanal. Chem. 1995. V. 395. P. 221.
  28. Porfireva A.V., Goida A.I., Rogov A.M., Evtugyn G.A. Impedimetric DNA sensor based on poly(proflavine) for determination of anthracycline drugs // Electroanalysis. 2020. V. 32. № 4. P. 827.
  29. Porfireva A., Subjakova V., Evtugyn G., Hianik T. Electrochemical DNA sensors based on nanomaterials for pharmaceutical determination / Nanosensors / Eds. Nikolelis D., Nikoleli G.P. Boca Raton: CRC Press, 2023. P. 23.
  30. Alabdullah S.S. M., Ismail H.K., Ryder K.S., Abbott A.P. Evidence supporting an emulsion polymerisation mechanism for the formation of polyaniline // Electrochim. Acta. 2020. V. 354. Article 136737.
  31. Stoewe R.; Prütz W.A. Copper-catalyzed DNA damage by ascorbate and hydrogen peroxide: Kinetics and yield // Free Radic. Biol. Med. 1987. V. 3. P. 97.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Циклические вольтамперограммы электрополимеризации красителя на ПУЭ. (а) 1 мМ АО в 0.1 М фосфатном буферном растворе с рН 7.0, содержащем 0.1 моль/л NaNO3, –0.6 … 1.2 В, 20 циклов, 0.15 В/с; (б) 0.1 М АО в релине; (в) 0.1 М АО в глицелине, –1.2 … 1.2 В, 20 циклов, 0.15 В/с.

Скачать (182KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Стабильность вольтамперометрического сигнала покрытий (a), (б) ПАО1; (в), (г) ПАО2; (д), (е) ПАО3, 0.1 М фосфатный буферный раствор с рН 7.0, содержащий 0.1 моль/л NaNO3, –0.8 … 0.6 В, 0.15 В/с.

Скачать (387KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Циклические вольтамперограммы покрытий ПАО1 (—), ПАО2 (–··), ПАО3 (····) после стабилизации по выбранной методике, 0.1 М фосфатный буферный раствор с рН 7.0, содержащий 0.1 моль/л NaNO3, –0.8 … 0.6 В, 0.15 В/с.

Скачать (77KB)
Метаданные
5. Рис. 4. рН-зависимость токов пиков окисления и восстановления для (a), (б) ПАО1; (в), (г) ПАО2; (д), (е) ПАО3, 0.1 М фосфатный буферный раствор, содержащий 0.1 моль/л NaNO3, рН 2.0–9.0, –0.8 … 0.6 В, 0.15 В/с.

Скачать (250KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние способа включения ДНК из тимуса теленка в состав поверхностного слоя на сигнал. (а), (б): ПУЭ/ПАО1, (в), (г): ПУЭ/ПАО2, (д), (е): ПУЭ/ПАО3. Циклические вольамперограммы в диапазоне –0.8 В … 0.6 В, 0.15 В/с, 0.1 М фосфатный буферный раствор с рН 7.0, содержащий 0.1 моль/л NaNO3. Способ включения: 1 – покрытие без ДНК, 2 – высушивание, 3 – инкубирование 10 мин, 4 – 20 мин, 5 – 30 мин.

Скачать (374KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние включения различных форм ДНК из тимуса теленка в состав поверхностного слоя на сигнал (а), (б) ПУЭ/ПАО1, (в), (г) ПУЭ/ПАО2, (д), (е) ПУЭ/ПАО3. Циклические вольтамперограммы в диапазоне –0.8 В … 0.6 В, 0.15 В/с, 0.1 М фосфатный буферный раствор с рН 7.0, содержащий 0.1 моль/л NaNO3. Состав слоя: 1 – покрытие без ДНК, 2 – нативная ДНК, 3 – термически денатурированная ДНК, 4 – химически окисленная ДНК.

Скачать (340KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024