اندازه گيري هيدروكربن هاي آروماتيك چند حلقه اي در منابع آبي با استفاده از زيست حسگر الكتروشيميايي (DNA)

Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water using an electrochemical DNA biosensor

زمینه و هدف: هیدروكربن های آروماتیك چند حلقه‌ای (PAHs) از جمله شایعترین آلاینده‌های زیست محیطی در محیط‌های آبی هستند. این آلاینده ها می توانند از منابع مختلفی همچون نشت نفت، فاضلاب‌های صنعتی كارخانه ها و یا زباله های صنعتی ایجاد شده یا بطور طبیعی از طریق سوختن ناقص زغال سنگ، روغن، گاز و چوب تولید شوند. بیشتر این تركیبات جزو مواد سرطان‌زا و جهش زای ژنتیكی محسوب می شوند. لذا شناسایی این مواد به كمك روش‌های حساس و ارزان آنالیزی، از اهمیت بالایی برخوردار است. روش بررسی: در این تحقیق، یك حسگر الكتروشیمیایی DNA با حساسیت و توانایی تشخیص و سرعت پاسخ دهی بالا، برای شناسایی تركیبات PAH مورد استفاده قرار گرفت. به این منظور DNA دو رشته ای تیموس گاوی بر روی الكترود چاپی مسطح تثبیت شده، سپس رفتار الكتروشیمیایی الكترود مورد بررسی قرار گرفت. این زیست حسگر الكتروشیمیایی DNA، بر اساس اختلاف در سیگنال الكتروشیمیایی حاصل از پاسخ بازهای گوانین موجود در ساختار DNA در حضور و عدم حضور تركیبات PAH عمل می كند. به منظور ارزیابی كارایی این زیست حسگر نتایج حاصل از زیست حسگر بر روی نمونه های حقیقی با روش متداول اندازه گیری این گونه آلاینده ها توسط كروماتوگرافی مایع - مایع مقایسه گردید. یافته ها: شرایط بهینه برای عملكرد زیست حسگر از جمله پتانسیل فعالسازی، زمان بهبود سطح الكترود، پتانسیل اعمالی جهت تثبیت DNA و پتانسیل اندازه‌گیری مورد بررسی قرار گرفتند. در شرایط بهینه، این زیست حسگر با پیش تیمار الكترود در پتانسیل V +1/6 به مدت s 350 و تثبیت DNA روی سطح الكترود با اعمال پتانسیل V -0/5 توانست انواع مختلفی از هیدروكربن های آروماتیك چند حلقه ای را با غلظت های میكرومولار در نمونه های حقیقی شناسایی نماید. نتیجه گیری: زیست حسگرهای الكتروشیمیایی DNA، توانایی شناسایی مجموع تركیبات پلی آروماتیك حلقوی را در نمونه های آبی با دقت و حساسیت بالا و صرف هزینه كمتر در مقایسه با روش های كروماتوگرافی را دارند.

Background and Objectives: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread environmental contaminants in aquatic environments. These contaminants are generated through oil spills, manufactory processes, and industrial wastes or naturally through the incomplete combustion of coal, oil, gas, and wood waste. Most of these compounds are noted as carcinogenic and mutagenic. Therefore, detection of these pollutants by a sensitive and inexpensive method is very important. Materials and Methods: In this study, an electrochemical DNA biosensor was used to detect PAHs due to its sensitivity, ability, and high response rate. For this purpose, the bovine thymus double-stranded DNA was fixed on a screen-printed electrode. Then, the electrodes electrochemical behavior was investigated. This electrochemical DNA biosensor works upon the difference between the electrochemical response of guanine bases in DNA structure in the presence and absence of PAH compounds. To evaluate the biosensors performance, the response of biosensor to real samples was compared with conventional pollutant determination methods like liquid-liquid chromatography. Results: Optimum conditions were examined for biosensor response including effect of activation potential and time on electrode pretreatment, applied potential for DNA immobilization, and detection potential. Under optimal conditions, the pretreatment of the electrode obtained in 1.6 V for 350s, then the DNA was immobilized on the electrode surface by applying a potential of -0.5 V to detect different PAHs in real samples in the range of micro molar. Conclusion: Electrochemical DNA biosensors are capable of detecting the sum of PAHs in water samples with high accuracy, sensitivity, and low cost compared with chromatographic methods.