شناسایی آفلاتوکسین M1 در شیر به کمک آپتاسنسور الکتروشیمیایی مبتنی بر الکترود صفحه-چاپی و روش ولتامتری چرخه‌ای

نویسندگان
سیده فاطمه احمدی 1
محمد حجت الاسلامی 2
حسین کیانی 3
هومان مولوی 4
سیده خدیجه احمدی 5
1 دانشجوی دکترای علوم و صنایع غذایی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران.
2 دانشیار،گروه علوم و صنایع غذایی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران.
3 استادیار،آزمایشگاه زیست فراوری و زیست سنجش، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
4 استادیار،گروه علوم و صنایع غذایی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران.
5 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بهداشت مواد غذایی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
10.52547/fsct.18.114.15
چکیده
شیر از فرایند تولید تا مصرف در معرض آلودگی­های مختلف میکروبی و شیمیایی قرار دارد. یکی از مهم­ترین سموم آلوده‌کننده شیر آفلاتوکسین M1 است که به دلیل سرطان‌زا بودن و اثرات مخربی که برای مصرف­کننده به همراه دارد، همواره موردتوجه بوده است. بنابراین شناسایی سریع، حساس و مقرون به صرفه آفلاتوکسین M1 در شیر امری ضروری است. در پژوهش حاضر، یک آپتاسنسور الکتروشیمیایی مبتنی بر الکترود صفحه-چاپی اصلاح‌شده با نانو ذرات مغناطیسی و نانو ذرات طلا جهت شناسایی آفلاتوکسین M1 در شیر گاو پیشنهاد گردید. الکترود صفحه-چاپی با اعمال پتانسیل در محدوده 5/1- تا 1+ ولت در مقابل الکترود مرجع با سرعت روبش 200 میلی ولت بر ثانیه در 5 سیکل پیوسته در محلول از اسیدسولفوریک 5/0 مولار و پتاسیم کلرید 1/0 مولار بود فعال­ شد. به کمک تکنیک­ ولتامتری چرخه­ای تغییرات سطح الکترود در مراحل مختلف آماده­سازی ارزیابی شد. تحت شرایط بهینه، با استفاده از ولتامتری چرخه­ای مشخص شد که آپتاسنسور محدوده غلظتی 700-100 نانوگرم بر لیتر و حد تشخیص 50 نانوگرم بر لیتر را ارائه می­دهد. رابطه تغییرات پیک جریان با غلظت آنالیت خطی بود و از معادله رگرسیونی (R²=0.9897) ∆I=0.0209C+2.14 پیروی نمود. محاسبه انحراف استاندارد نسبی (%2/3=RSD) حاکی از تکرارپذیری قابل­قبول آپتاسنسور الکتروشیمیایی بود. برای بررسی تکثیر پذیری انحراف استاندارد نسبی پیک‌های جریان 4/7 درصد به دست آمد که نشان از تکثیر پذیری خوب آپتاسنسور الکتروشیمیایی داشت. نتایج نشان داد که پاسخ آپتاسنسور بعد از گذشت 8 روز تنها 7 درصد در مقایسه با روز اول، کاهش می­یابد که نشان از پایداری مطلوب آپتاسنسور دارد. محدوده درصد ریکاوری برای نمونه­های شیر گاو در غلظت­های 100 و 200 نانوگرم بر لیتر به ترتیب 5/86 و 93 درصد به دست آمد که نشان از درصد ریکاوری قابل‌قبول آپتاسنسور الکتروشیمیایی پیشنهادشده داشت.
کلیدواژه‌ها
آپتاسنسور
بیوسنسور الکتروشیمیایی
نانو ذرات طلا
نانو ذرات مغناطیسی
ولتامتری چرخه‌ای

موضوعات

عنوان مقاله English

Detection of aflatoxin M1 in milk using electrochemical aptasensor based on screen printed electrode and cyclic voltammetry method

نویسندگان English

sayede fateme ahmadi 1
Mohammad Hojjatoleslamy 2
Hossein kiani 3
Homan Molavi 4
sayede khadijeh ahmadi 5
1 PHD Student, Department of Food Science and Technology, Shahrekord Branch, Islamic Azad ‎University,Shahrekord, Iran.
2 Assoc. Prof.,Department of Food Science and Technology, Shahrekord branch,Islamic Azad University, Shahrekord, Iran.
3 Assist. Prof., Bioprocessing and Biodetection Lab, Department of Food science and Technology, University of Tehran, Karaj, Iran. Assist.
4 Assist. Prof., Department of Food Science and Technology, Shahrekord branch,Islamic Azad University, Shahrekord, Iran.
5 M.Sc. Student, Department of Health and Food Quality Control, Faculty of Veterinary Medicine,Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
چکیده English

Milk, from its production to consumption, is exposed to a variety of microbial and chemical contaminants. Aflatoxin M1 (AFM1) is one of the most important contaminants in milk, which has always received attention due to its carcinogenic and destructive effects on the consumer. Accordingly, the rapid, sensitive, and cost-effective identification of AFM1 in milk is essential. In the present paper, an electrochemical aptasensor based on screen printed electrode (SPE) modified with magnetic nanoparticles (MNPs) and gold nanoparticles (AuNPs) was proposed to identify AFM1 in cow milk samples. SPE was activated by applying a potential within the range of -1.5 to +1 V versus the reference electrode at a scan rate of 200 mV/s for 5 continuous cycles in the 0.5 M sulfuric acid and 0.1 M potassium chloride solution. Changes of the electrode surface at different stages of preparation were assessed using cyclic voltammetry (CV) technique. Using CV in optimal conditions, it was found that the aptasensor presents a concentration range of 100-700 ng/l and a limit of detection (LOD) of 50 ng/l. There was a linear relationship between changes of the current peak (∆I) and analyte concentration. This relationship follows the regression equation of ∆I=0.0209C+2.14 (R²=0.9897). Calculation of the relative standard deviation (RSD=3.2%) indicated the acceptable repeatability of the electrochemical aptasensor. The current peak was obtained to be 7.4% in the investigation of RSD reproducibility, indicating the good reproducibility of the electrochemical aptasensor. The obtained results showed that the aptasensor response after 8 days has only reduced by 7% compared to the first day, indicating the desirable stability of the aptasensor. The recovery percentage range for cow milk samples at concentrations of 100 and 200 ng/l was obtained to be 86.5 and 93%, respectively, showing the acceptable recovery percentage of the electrochemical aptasensor.

کلیدواژه‌ها English

Aptasensor
Electrochemical Biosensor
Gold Nanoparticles
Magnetic nanoparticles
Cyclic Voltammetry
1. Ranjbar, S., Noori, M., Nazari, R, 2010, Study of milk aflatoxin M1 and its relationship with feed fungi flora in Markazi Province, Journal of Cell & Tissue, 1(1), 9-18 (in Persian).
2. da Silva Alves, A. M., de Souza Lima, P. H., da Costa, M. A. S., da Silva, C. B., dos Santos Sousa, J., Pereira, D. D. S. T., & de Freitas, J. D, 2018, Determination of aflatoxin M1 in bovine milk from the Alagoas/Brazil State dairy belt by high performance liquid chromatography (HPLC), African Journal of Microbiology Research, 12(25), 580-586.
3. Schwartzbord, J., Severe, L., & Brown, D, 2017, Detection of trace aflatoxin M1 in human urine using a commercial ELISA followed by HPLC, Biomarkers, 22(1), 1-4.
4. Assaf, J. C., Nahle, S., Chokr, A., Louka, N., Atoui, A., & El Khoury, A, 2019, Assorted methods for decontamination of aflatoxin M1 in milk using microbial adsorbents, Toxins, 11(6), 304.
5. Scussel, V. M, 2003, Comparison of methods by TLC and HPTLC for determination of aflatoxin M1 in milk and B1 in eggs, Food Science and Technology, 23, 46-52.
6. Wang, H., Zhou, X. J., Liu, Y. Q., Yang, H. M., & Guo, Q. L, 2011, Simultaneous determination of chloramphenicol and aflatoxin M1 residues in milk by triple quadrupole liquid chromatography− tandem mass spectrometry, Journal of agricultural and food chemistry, 59(8), 3532-3538.
7. Niazi, S., Khan, I. M., Yu, Y., Pasha, I., Lv, Y., Mohsin, A., & Wang, Z. 2020. A novel fluorescent aptasensor for aflatoxin M1 detection using rolling circle amplification and g-C3N4 as fluorescence quencher. Sensors and Actuators B: Chemical, 128049.
8. He, L., Shen, Z., Wang, J., Zeng, J., Wang, W., Wu, H., & Gan, N, 2020, Simultaneously responsive microfluidic chip aptasensor for determination of kanamycin, aflatoxin M1, and 17β-estradiol based on magnetic tripartite DNA assembly nanostructure probes, Microchimica Acta, 187(3), 1-11.
9. Kaur, N., Bharti, A., Batra, S., Rana, S., Rana, S., Bhalla, A., Prabhakar, N, 2019, An electrochemical aptasensor based on graphene doped chitosan nanocomposites for determination of Ochratoxin A, Microchemical Journal, 144, 102–109.
10. Kang, M., Li, Z., Hu, M., Oderinde, O., Hu, B., He, L., & Du, M, 2020, Bimetallic MnCo oxide nanohybrids prepared from Prussian blue analogue for application as impedimetric aptasensor carrier to detect myoglobin, Chemical Engineering Journal, 125117.
11. Azri, F. A., Eissa, S., Zourob, M., Chinnappan, R., Sukor, R., Yusof, N. A., & Jinap, S, 2020, Electrochemical determination of zearalenone using a label-free competitive aptasensor, Microchimica Acta, 187, 1-10.
12. Tangkuaram, T., Ponchio, C., Kangkasomboon, T., Katikawong, P., & Veerasai, W, 2007, Design and development of a highly stable hydrogen peroxide biosensor on screen printed carbon electrode based on horseradish peroxidase bound with gold nanoparticles in the matrix of chitosan, Biosensors and Bioelectronics, 22(9-10), 2071-2078.
13. Renedo, O. D., & Martinez, M. J. A, 2007, Anodic stripping voltammetry of antimony using gold nanoparticle-modified carbon screen-printed electrodes, Analytica chimica acta, 589(2), 255-260.
14. Renedo, O. D., Alonso-Lomillo, M. A., & Martínez, M. A, 2007, Recent developments in the field of screen-printed electrodes and their related applications, Talanta, 73(2), 202-219.
15. Thiyagarajan, N., Chang, J. L., Senthilkumar, K., & Zen, J. M, 2014, Disposable electrochemical sensors: A mini review, Electrochemistry communications, 38, 86-90.
16. Chan, K. F., Lim, H. N., Shams, N., Jayabal, S., Pandikumar, A., & Huang, N. M, 2016, Fabrication of graphene/gold-modified screen-printed electrode for detection of carcinoembryonic antigen, Materials Science and Engineering: C, 58, 666-674.
17. Fang, S., Dong, X., Liu, S., Penng, D., He, L., Wang, M., & Zhang, Z, 2016, A label-free multi-functionalized electrochemical aptasensor based on a Fe3O4@ 3D-rGO@ plasma-polymerized (4-vinyl pyridine) nanocomposite for the sensitive detection of proteins in whole blood, Electrochimica Acta, 212, 1-9.
18. Tıg, G. A., & Pekyardımc, Ş, 2020, An electrochemical sandwich-type aptasensor for determination of lipocalin-2 based on graphene oxide/polymer composite and gold nanoparticles, Talanta, 210, 120666.
19. Bernalte, E., Sánchez, C. M., & Gil, E. P, (2011), Determination of mercury in ambient water samples by anodic stripping voltammetry on screen-printed gold electrodes, Analytica chimica acta, 689(1), 60-64.
20. Rueda-Holgado, F., Bernalte, E., Palomo-Marín, M. R., Calvo-Blazquez, L., Cereceda-Balic, F., & Pinilla-Gil, E, (2012), Miniaturized voltammetric stripping on screen printed gold electrodes for field determination of copper in atmospheric deposition, Talanta, 101, 435-439.
21. Wan, H., Sun, Q., Li, H., Sun, F., Hu, N., & Wang, P, 2015, Screen-printed gold electrode with gold nanoparticles modification for simultaneous electrochemical determination of lead and copper, Sensors and Actuators B: Chemical, 209, 336-342.
22. Istamboulié, G., Paniel, N., Zara, L., Granados, L. R., Barthelmebs, L., & Noguer, T, 2016, Development of an impedimetric aptasensor for the determination of aflatoxin M1 in milk, Talanta, 146, 464-469.
23. Radoń, A., Drygała, A., Hawełek, Ł., & Łukowiec, D, 2017, Structure and optical properties of Fe3O4 nanoparticles synthesized by co-precipitation method with different organic modifiers, Materials Characterization, 131, 148-156.
24. Hemmati, M. H., & Ekrami-Kakhki, M. S, 2018, Electrochemical sensor for sulfite determination based on a nanostructured Fe3O4 modified electrode, Analytical & bioanalytical electrochemistry, 10(5), 576-586.
25. Su, W. Y., Wang, S. M., & Cheng, S. H, 2011, Electrochemically pretreated screen-printed carbon electrodes for the simultaneous determination of aminophenol isomers, Journal of Electroanalytical Chemistry, 651(2), 166-172.