Seasonal variability of water parameters and construction of laccase biosensors using ureasil polymers for analysis of water pollutions

Т.С. Кавецький; О.М. Демків; А.М. Прийма; Н.К. Гойванович; І.В. Бриндзя; І.В. Брюховецька; І.Ф. Дрозд; С.В. Волошин; Г.М. Коссак; В.М. Сеньків; О.І. Микитчин; Г.В. Кречківська; Л.М. Кропивницька; С.Я. Волошанська; А.Ю. Ків

doi:10.15330/pcss.25.3.461-470

Автор(и)

Т.С. Кавецький Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна; Інститут фізики Словацької академії наук, Братислава, Словаччина; Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К.Д. Ушинського, Одеса, Україна
О.М. Демків Інститут біології клітини НАН України, Львів, Україна; Інститут фізичної хімії Польської академії наук, Варшава, Польща
А.М. Прийма Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна; Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, Львів, Україна
Н.К. Гойванович Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
І.В. Бриндзя Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
І.В. Брюховецька Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
І.Ф. Дрозд Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
С.В. Волошин Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
Г.М. Коссак Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
В.М. Сеньків Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
О.І. Микитчин Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
Г.В. Кречківська Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
Л.М. Кропивницька Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
С.Я. Волошанська Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
А.Ю. Ків Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К.Д. Ушинського, Одеса, Україна; Неґевський університет Бен-Гуріона, Беер-Шева, Ізраїль

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.461-470

Ключові слова:

підземні води, органолептичні та фізико-хімічні показники, полімери, позитронна анігіляція, вільний об’єм, зшивання, лакказа, біосенсори, забруднення води

Анотація

Досліджено фізико-хімічні показники підземних вод Сколівського району. Проби відібрано з природних джерел води Сколівського району Львівської області та досліджено на органолептичні та фізико-хімічні показники якості води. Органолептичні та фізико-хімічні показники якості природних джерел води досліджуваної території відповідають вимогам державних санітарних норм і правил. Органічно-неорганічні уреасильні полімери з різними прекурсорами використовувалися як утримуючі матриці при конструюванні лакказних біосенсорів для аналізу забруднення води. Для оцінки основних параметрів сконструйованих біосенсорів проведено циклічні вольтамперометричні та хроноамперометричні вимірювання. Виявлено, що чутливість сконструйованих біосенсорів добре корелює з сітковими властивостями (вільний об’єм і зшивання) досліджуваних полімерів, вивчених за допомогою спектроскопії часу життя анігіляції позитронів і вимірювань набухання. Така ж кореляція була також раніше повідомлена для уреасильних композитів різної передісторії та фотополімерів, і вона, мабуть, є універсальною, що дозволяє контролювати біодетекцію відповідно до необхідних потреб аналізу.

Посилання

State sanitary norms and rules (DSanPin2.2.4-171-10). Hygienic requirements for drinking water intended for human consumption (Kyiv, 2010).

DSTU 7525: 2014 Drinking water. Requirements and methods of quality control (Kyiv, 2014).

M. Rodríguez-Delgado, N. Ornelas-Soto, In Green Technologies and Environmental Sustainability: ed. R. Singh, S. Kumar (Springer International Publishing AG), 45 (2017); https://doi.org/10.1007/978-3-319-50654-8_2.

J.R.O. Neto, S.G. Rezende, G.S. Lobon, T.A. Garcia, I.Y.L. Macedo, L.F. Garcia, V.F. Alves, I.M.S. Torres, M.F. Santiago, F. Schmidt, E.S. Gil, Electroanalysis and laccase-based biosensor on the determination of phenolic content and antioxidant power of honey samples, Food Chemistry, 237, 1118 (2017); https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.06.010.

S.R. Yashas, B.P. Shiwakumara, T.H. Udayashankara, B.M. Krishna, Laccase biosensor: Green technique for quantification of phenols in wastewater (A review), Oriental Journal of Chemistry, 34(2), 631 (2018); https://doi.org/10.13005/ojc/340204.

L. Mohtar, P. Aranda, G.A. Messina, M.A. Nazareno, S.V. Pereira, J. Raba, F.A. Bertolino, Amperometric biosensor based on laccase immobilized onto a nanostructured screen-printed electrode for determination of polyphenols in propolis, Microchemical Journal, 144, 13 (2019); https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.08.038.

C.F. Thurston, The structure and function of fungal laccases, Microbiology, 140, 19 (1994); https://doi.org/10.1099/13500872-140-1-19.

K. Piontek, M. Antorini, T. Choinowski, Crystal structure of a laccase from the fungus Trametes versicolor at 1.90-Å resolution containing a full complement of coppers, The Journal of Biological Chemistry, 277(40), 37663 (2002); https://doi.org/10.1074/jbc.M204571200.

P. Giardina, V. Faraco, C. Pezzella, A. Piscitelli, S. Vanhulle, G. Sannia, Laccases: a never-ending story, Cellular and Molecular Life Sciences, 67, 369 (2010); https://doi.org/10.1007/s00018-009-0169-1.

M.M. Rodríguez-Delgado, G.S. Alemán-Nava, J.M. Rodríguez-Delgado, G. Dieck-Assad, S.O. Martínez-Chapa, D. Barceló, R. Parra, Laccase-based biosensors for detection of phenolic compounds, Trends in Analytical Chemistry, 74, 21 (2015); https://doi.org/10.1016/j.trac.2015.05.008.

S. Datta, R. Veena, M.S. Samuel, E. Selvarajan, Immobilization of laccases and applications for the detection and remediation of pollutants: a review, Environmental Chemistry Letters, 19, 521 (2021); https://doi.org/10.1007/s10311-020-01081-y.

L. Arregui, M. Ayala, X. Gómez-Gil, G. Gutiérrez-Soto, C.E. Hernández-Luna, M.H. de los Santos, L. Levin, A. Rojo-Domínguez, D. Romero-Martínez, M.C.N. Saparrat, M.A. Trujillo-Roldán, N.A. Valdez-Cruz, Laccases: structure, function, and potential application in water bioremediation, Microbial Cell Factories, 18, 200 (2019); https://doi.org/10.1186/s12934-019-1248-0.

M. Fernández-Fernández, M.Á. Sanromán, D. Moldes, Recent developments and applications of immobilized laccase, Biotechnology Advances, 31, 1808 (2013); https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.02.013.

T. Kavetskyy, O. Smutok, M. Gonchar, O. Demkiv, H. Klepach, Y. Kukhazh, O. Šauša, T. Petkova, V. Boev, V. Ilcheva, P. Petkov, A.L. Stepanov, Laccase-containing ureasil-polymer composite as the sensing layer of an amperometric biosensor, Journal of Applied Polymer Science, 134, 45278 (2017); https://doi.org/10.1002/app.45278.

T. Kavetskyy, O. Šauša, K. Čechová, H. Švajdlenková, I. Maťko, T. Petkova, V. Boev, V. Ilcheva, O. Smutok, Y. Kukhazh, M. Gonchar, Network properties of ureasil-based polymer matrixes for construction of amperometric biosensors as probed by PALS and swelling experiments, Acta Physica Polonica A, 132, 1515 (2017); https://doi.org/10.12693/APhysPolA.132.1515.

T.S. Kavetskyy, O. Smutok, M. Gonchar, O. Šauša, Y. Kukhazh, H. Švajdlenková, T. Petkova, V. Boev,

V. Ilcheva, In Advanced Nanotechnologies for Detection and Defence against CBRN Agents, ed. P. Petkov, D. Tsiulyanu, C. Popov, W. Kulisch (Springer, Dordrecht), 309 (2018); https://doi.org/10.1007/978-94-024-1298-7_30.

T.S. Kavetskyy, H. Švajdlenková, Y. Kukhazh, O. Šauša, K. Čechová, I. Maťko, N. Hoivanovych, O. Dytso, T. Petkova, V. Boev, V. Ilcheva, In Advanced Nanotechnologies for Detection and Defence against CBRN Agents, ed. P. Petkov, D. Tsiulyanu, C. Popov, W. Kulisch (Springer, Dordrecht), 333 (2018); https://doi.org/10.1007/978-94-024-1298-7_32.

T. Kavetskyy, O. Smutok, O. Demkiv, S. Kasetaite, J. Ostrauskaite, H. Švajdlenková, O. Šauša, K. Zubrytska, N. Hoivanovych, M. Gonchar, Dependence of operational parameters of laccase-based biosensors on structure of photocross-linked polymers as holding matrixes, European Polymer Journal, 115, 391 (2019); https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.03.056.

M. Goździuk, T. Kavetskyy, D. Massana Roquero, O. Smutok, M. Gonchar, D.P. Královič, H. Švajdlenková, O. Šauša, P. Kalinay, H. Nosrati, M. Lebedevaite, S. Grauzeliene, J. Ostrauskaite, A. Kiv, B. Zgardzińska,

UV-cured green polymers for biosensorics: correlation of operational parameters of highly sensitive biosensors with nano-volumes and adsorption properties, Materials, 15, 6607 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15196607.

M. Goździuk, B. Zgardzińska, T. Kavetskyy, Research on the sorption properties of biopolymer matrix based on soybean oil for the construction of biosensors to detect xenobiotics, Acta Physica Polonica B Proceedings Supplement, 15, 4-A5 (2022); https://doi.org/10.5506/APhysPolBSupp.15.4-A5.

D.P. Královič, K. Cifraničová, O. Šauša, H. Švajdlenková, T. Kavetskyy, A. Kiv, The process of photopolymerization of acrylated soybean oil-based epoxides investigated by positron annihilation lifetime spectroscopy, Chemical Papers, 77, 7257 (2023); https://doi.org/10.1007/s11696-022-02607-0.

T. Kavetskyy, V. Boev, V. Ilcheva, Y. Kukhazh, O. Smutok, L. Pan’kiv, O. Šauša, H. Švajdlenková, D. Tatchev, G. Avdeev, E. Gericke, A. Hoell, S. Rostamnia, T. Petkova, Structural and free volume characterization of sol-gel organic-inorganic hybrids, obtained by co-condensation of two ureasilicate stoichiometric precursors, Journal of Applied Polymer Science, 138, e50615 (2021); https://doi.org/10.1002/app.50615.