ساخت یک آپتاحسگر آمپرومتریک برای تعیین میزان باقی مانده آنتی بیوتیک در شیر

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
3 استاد، گروه شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان
4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
5 دانشیار گروه بهداشت مواد غذایی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهرکرد
چکیده
تشخیص کمی باقی­مانده­های دارویی در مواد غذایی با منشأ حیوانی اهمیت ویژه­ای دارد. استفاده مفرط از داورهای دامپزشکی از جمله آنتی­بیوتیک­ها به علت باقی ماندن در فرآورده­های دامی مثل گوشت، شیر، تخم‌مرغ، تهدید جدی برای مصرف­کننده است. شناسایی سریع آنتی بیوتیک با استفاده از ابزاری کارآمد، سریع، مقرون به صرفه و اختصاصی برای کاهش خطر و کنترل امنیت غذایی ضروری به نظر می‌رسد. در مطالعه حاضر، یک آپتاحسگر مبتنی بر الکترود مداد گرافیتی اصلاح‌شده با نانوموادها شامل گرافن و طلا جهت تشخیص سریع آنتی­بیوتیک تتراسایکلین در نمونه­های شیر توسعه داده شد. تکنیک­های ولتامتری چرخه­ای و پالس تفاضلی برای ارزیابی پاسخ آپتاحسگر مورد استفاده قرار گرفتند. به منظور اصلاح الکترود مداد گرافیتی نرخ روبش (40 میلی ولت بر ثانیه) و تعداد سیکل (10) و زمان تثبیت گرافن (90 دقیقه) بهینه شدند. تحت شرایط بهینه، با استفاده از تکنیک ولتامتری پالس تفاضلی مشخص شد که در محدوده 12-10×1 تا 5 -10×1 مولار با افزایش غلظت، جریان به طور خطی افزایش می­یابد (985/0R²=). حد تشخیص کمی آپتاحسگر 13-10×4/1 مولار به دست آمد. بررسی مشخصه­های عملکردی شامل تکرارپذیری، تکثیرپذیری، پایداری و انتخاب پذیری حاکی از کارایی قابل‌قبول آپتاحسگر داشت. درصد بازیابی آپتاحسگر در نمونه­های شیر بین 8/92 تا 4/98 درصد به دست آمد. در مجموع آپتاحسگر ساخته­شده کارایی لازم را برای شناسایی تتراسایکلین در نمونه­های شیر داشت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Fabrication of an amperometric aptasensor for determination of antibiotic amount residues in milk

نویسندگان English

Ayat Mohammad-Razdari 1
Mahdi Ghasemi-Varnamkhasti 2
sajad rostami 2
Ali. A Ensafi 3
Zahra Izadi 4
Mojtaba Bonyadian 5
1 Ph.D. student, Department of Mechanical Engineering Biosystems, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering of Biosystems,Faculty of Agriculture, Shahrekord University.
3 Professor, Department of Chemistry, Isfahan University of Technology.
4 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Faculty of Agriculture, Shahrekord University.
5 Associate Professor, Department of Health and Food Quality Control, Faculty of Veterinary Medicine, Shahrekord University
چکیده English

Quantitative detection of drug residues in animal food stuffs is very important. Excessive use of veterinarian veterinarians, like antibiotics are a serious threat to consumers, due to the residence of livestock products such as meat, milk, eggs. Rapid detection of antibiotics is essential by using an efficient, fast, affordable, and specific tool for risk reduction and food safety control. In the present study, an aptasensor based on pencil graphite electrode modified with nanomaterial including grapheme and gold, for rapid detection of tetracycline antibiotic was developed in milk samples. Cycle voltammetry and differential pulse voltammetry (DPV) techniques were used for response evaluation of aptasensor. In order to modification the graphite pencil electrode, the scanrate (40 mV/s) and the number of cycles (10) and immobilization time of graphene (90 min) were optimized. Under optimum conditions, using differential pulse voltammetry technique was found to increase linearly in the range of 1 × 10-12 to 1 × 10-5 M, with increasing concentration (R² = 0.985). The detection limit of the aptasensor was found to be 1.4× 10-13 M. A review of functional characteristics including repeatability, reproducibility, satability, and selectivity suggests acceptable performance for aptasensor. Overall, the fabricated aptasensor has efficiency required to detect tetracycline in milk samples.

کلیدواژه‌ها English

Aptasensor
Amperometric Antibiotic
Nanomaterial
Differential Pulse Voltammetry (DPV)
[1]. Berruga M.I. Molina A. Althaus R.L. and Molina M.P. (2016). Control and prevention of antibiotic residues and contaminants in sheep and goat’s milk. Small Ruminant Research 142: 38-43.
[2]. Leibovici L. Paul M. Garner P. Sinclair D.J. Afshari A. Pace N.L. and Del Mar C. (2016). Addressing resistance to antibiotics in systematic reviews of antibiotic interventions. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 71: 2367–2369.
[3]. Hou, J., Zhang, H., Yang, Q., Li, M., Jiang, L., & Song, Y. (2015). Hydrophilic–Hydrophobic Patterned Molecularly Imprinted Photonic Crystal Sensors for High-Sensitive Colorimetric Detection of Tetracycline. Small, 11(23), 2738-2742.
[4]. Lan L. Yao Y. Ping J. and Ying Y. (2017). Recent advances in nanomaterial-based biosensors for antibiotics detection. Biosensors and Bioelectronics 91: 504–514.
[5]. Ezhilan M. Gumpu M.B. Ramachandra B.L. Nesakumar N. Babu K.J. Krishnan U.M. and Rayappan J.B.B. (2017). Design and development of electrochemical biosensor for the simultaneous detection of melamine and urea in adulterated milk samples. Sensors and Actuators B: Chemical 238: 1283-1292.
[6]. Xu M. Wang R. and Li Y. (2017). Electrochemical biosensors for rapid detection of Escherichia coli O157: H7. Talanta, 162, 511-522.
[7]. Pacheco J.G. Barroso M.F. Nouws H.P.A. Morais S. and Delerue-Matos C. (2017). 21-Biosensors A2-Larroche. In: Maria A.S. et al. (eds.) Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. pp. 627-648.
[8]. Bahreyni, A., Tahmasebi, S., Ramezani, M., Alibolandi, M., Danesh, N. M., Abnous, K., & Taghdisi, S. M. (2019). A novel fluorescent aptasensor for sensitive detection of PDGF-BB protein based on a split complementary strand of aptamer and magnetic beads. Sensors and Actuators B: Chemical, 280, 10-15.
[9]. Song, Y., Luo, Y., Zhu, C., Li, H., Du, D., & Lin, Y. (2016). Recent advances in electrochemical biosensors based on graphene two-dimensional nanomaterials. Biosensors and Bioelectronics, 76, 195-212.
[10]. Tian, L., Qian, K., Qi, J., Liu, Q., Yao, C., Song, W., & Wang, Y. (2018).Gold nanoparticles superlattices assembly for electrochemical biosensor detection of microRNA-21. Biosensors and Bioelectronics, 99, 564-570.
[11]. Zhou, L., Li, D. J., Gai, L., Wang, J. P., & Li, Y. B. (2012). Electrochemical aptasensor for the detection of tetracycline with multi-walled carbon nanotubes amplification. Sensors and Actuators B: Chemical, 162(1), 201-208.
[12]. Chen, D., Yao, D., Xie, C., & Liu, D. (2014). Development of an aptasensor for electrochemical detection of tetracycline. Food Control, 42, 109-115.
[13]. Zhan, X., Hu, G., Wagberg, T., Zhan, S., Xu, H., & Zhou, P. (2016). Electrochemical aptasensor for tetracycline using a screen-printed carbon electrode modified with an alginate film containing reduced graphene oxide and magnetite (Fe3O4) nanoparticles. Microchimica Acta, 183(2), 723-729.
[14]. Ouyang, Q., Liu, Y., Chen, Q., Guo, Z., Zhao, J., Li, H., & Hu, W. (2017).Rapid and specific sensing of tetracycline in food using a novel upconversion aptasensor. Food Control, 81, 156-163.
[15]. Tang, Y., Liu, P., Xu, J., Li, L., Yang, L., Liu, X., ... & Zhou, Y. (2018). Electrochemical aptasensor based on a novel flower-like TiO2 nanocomposite for the detection of tetracycline. Sensors and Actuators B: Chemical, 258, 906-912.
[16]. Izadi, Z., Sheikh-Zeinoddin, M., Ensafi, A. A., & Soleimanian-Zad, S. (2016). Fabrication of an electrochemical DNA-based biosensor for Bacillus cereus detection in milk and infant formula. Biosensors and Bioelectronics, 80, 582-589.
[17]. Chen M. Hou C. Huo D. Fa H. Zhao Y. and Shen C. (2017). A sensitive electrochemical DNA biosensor based on three-dimensional nitrogen-doped graphene and Fe3O4 nanoparticles. Sensors and Actuators B: Chemical, 239, 421-429.
[18]. Zhang, Juankun, Binbin Zhang, Yan Wu, Shiru Jia, Ting Fan, Ziyi Zhang, and Chaozheng Zhang. (2010). Fast determination of the tetracyclines in milk samples by the aptamer biosensor. Analyst 135, no. 10 2706-2710.
[19]. Taghdisi, S. M., Danesh, N. M., Ramezani, M., & Abnous, K. (2016). A novel M-shape electrochemical aptasensor for ultrasensitive detection of tetracyclines. Biosensors and Bioelectronics, 85, 509-514.
[20]. Xu, Q. C., Zhang, Q. Q., Sun, X., Guo, Y. M., & Wang, X. Y. (2016). Aptasensors modified by antimony tin oxide nanoparticle-chitosan based on interdigitated array microelectrodes for tetracycline detection. RSC Advances, 6(21), 17328-17335.
[21]. Le, T. H., Pham, V. P., La, T. H., Phan, T. B., & Le, Q. H. (2016). Electrochemical aptasensor for detecting tetracycline in milk. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 7(1), 015008.
[22]. Guo, Y., Shen, G., Sun, X., & Wang, X. (2015). Electrochemical aptasensor based on multiwalled carbon nanotubes and graphene for tetracycline detection. IEEE Sensors Journal, 15(3), 1951-1958.