Date of Award

11-2018

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Chemistry

First Advisor

Dr. Sayed A. Marzouk

Second Advisor

Dr. Mohammed Meetani

Third Advisor

Dr. Ihsan Ahmed Shehadi

Abstract

Oxidase enzymes have been used successfully in the analysis of several biochemical species such as glucose, lactate, pyruvate, creatine, creatinine, amino acids, cholesterol and sialic acid, by generating - in a single or consecutive reaction -hydrogen peroxide (H₂O₂) as a signal molecule which is commonly detected amperometrically. Some approaches have been also reported to use more than one enzyme in a given system to achieve multi-analyte determination. This study aims to evaluate a novel approach for n-analyte determination based on n-enzyme reactors (each is loaded with one or more oxidase enzyme) as well as n-1 catalase immobilized reactor. Therefore, a total of 2n-1 immobilized enzyme reactors (IERs) will be used in the direct determination of n-analytes in a given sample injection using a flow injection (FI) system equipped with n-channel amperometric detector. Single sample injection would result in a tandem of n-peaks, the height of which correspond to the concentration of present n-analytes, respectively. Developing the needed multi-channel amperometric detector with two demanding requirements, i.e., small dead volume and high-pressure rating (≥40 bar) was also aim of the present study. Two 4-channel amperometric flow cells for the screen printed electrodes (SPE) and conventionally sized electrodes, were carefully designed, fabricated and evaluated. Both channels proved suitable for 4-channel amperometric detection of H₂O₂, however the cell of the conventionally sized electrodes was used in evaluating the proposed analytical scheme based on IERs because of the stability and reusability of conventional platinum electrodes. Finally, three IERs loaded with glucose oxidase, lactate oxidase and pyruvate oxidase, respectively as well as two identical IERs loaded with catalase و were successfully employed to validate the proposed analytical system. The obtained response showed three FIA peaks for samples containing glucose, lactate and pyruvate without any sign of channel cross-talk. The described system is a new effective way to achieve multi-analyte determination by flow injection analysis. Special benefit will be for those important biochemical such as bound-sialic acid which is converted into H₂O₂ by three enzymes which makes the analysis susceptible to interference from indigenous related species such as free sialic acid and pyruvate.

Comments

استخدمت سابقا إنزيمات الأوكسيديز بنجاح في تحليل العديد من المواد الحيوية مثل الجلوكوز واللاكتات والبيروفات والكرياتين والكرياتينين والأحماض الأمينية والكوليسترول وحمض السياليك وذلك عن طريق توليد - في تفاعل واحد أو أكثر – فوق أكسيد الهيدروجين ( H₂O₂ ) كجزيء مولد للإشارة بطريقة التحليل الأمبيرومترية. كما تم سابقا أيضا وصف بعض الأساليب لاستخدام أكثر من إنزيم واحد في نظام معين لتحقيق طرق تحليل لمواد متعددة في نفس العينة. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم أسلوب جديد لتقدير عدد n من المواد باستخدام عدد n من المفاعلات الأنزيمية )كل منها محمّل بواحد أو أكثر من إنزيمات الأكسيداز( بالإضافة إلى عدد 1- n مفاعل محملين بإنزيم الكتاليز. لذلك، سيتم استخدام ما مجموعه 1 – n 2 مفاعل إنزيمي في التقدير المباشر لعدد n من المواد في عينة معينة باستخدام نظام حقن المستمر المجهز بكاشف أمبيروميتري ذو عدد n من قنوات الكشف. قد نتج عن حقن العينة الواحدة عدد n من الإشارات، التي يناظر ارتفاعها تركيز العدد n من المواد، على التوالي. وكان من أهداف هذه الدراسة أيضا تطوير جهاز الكشف الأمبيرومتري متعدد القنوات الذي يحتاج إلى اثنين من المتطلبات الصعبة، حجم الفراغ الداخلي الصغير لتجنب تشتيت العينة بشكل كبير وكذلك تحمل ضغط عالي ) ≤ 40 بار ) . تم تصميم اثنين من خلايا التدفق الأمبيرميتري - كل منها ذات قنوات أربع إما للأقطاب الشريحية المطبوعة أو الأقطاب الكهربائية التقليدية على الترتيب –وتصنيعها وتقييمها. وقد أثبتت الخليتان أنهما مناسبتان للكشف عن تركيزات H₂O₂ ، ومع ذلك استخدمت خلية الأقطاب الكهربائية التقليدية في تقييم النظام التحليلي المقترح على أساس ثبات إشارة الاستجابة وإمكانية إعادة استخدام إقطاب البلاتين التقليدية. وقد نجحت اختبارات ثلاثة مفاعلات محملة بأكسيداز الجلوكوز، وأكسيداز اللاكتات، وأكسيداز البيروفيك، على التوالي، بالإضافة إلى اثنين من مفاعلين متطابقين محملين بالكاتاليز في التحقق من صحة النظام التحليلي المقترح. وأظهرت الاستجابة التي تم الحصول عليها ثلاث إشارات متتالية للعينات التي تحتوي على الجلوكوز، اللاكتات واليبروفات دون أي علامة ملحوظة على التأثير البيني لقنوات الكشف. النظام الذي تم توصيفه هو طريقة فعالة جديدة لتحقيق تقرير متعدد التحليل عن طريق تقنية حقن المستمر وخصوصا للمركبات الحيوية الهامة، مثل حمض سياليك المرتبط، الذي يتم تحويله إلى H₂O₂ بواسطة ثلاثة إنزيمات، مما يجعل التحليل قابلاً للتداخل من المركبات ذات الصلة الموجودة بالعينة مثل حمض السياليك الحر أوالبيروفات.

Download

Included in

Chemistry Commons

Share

COinS