rezumatul tezei de doctorat · fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic...
TRANSCRIPT
Universitatea „Ștefan cel Mare” din Suceava
Facultatea de Inginerie Alimentară
Domeniul Ingineria Produselor Alimentare
REZUMATUL TEZEI DE
DOCTORAT
CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:
Prof. univ. dr. ing. Gheorghe GUTT
DOCTORAND:
Ing. Liliana NOROCEL
-SUCEAVA, 2018-
CERCETĂRI ȘI CONTRIBUȚII PRIVIND
REALIZAREA UNOR BIOSENZORI PENTRU
CASAREA CUPROASĂ ȘI FERICĂ A
VINURILOR
Mulțumiri
Cu ocazia definitivării acestei lucrări stiinţifice, doresc să adresez
cuvinte de mulţumire şi sentimente de considerație coordonatorului meu
științific, domnului Prof. univ. dr. ing. Gheorghe GUTT pentru permanenta
sa îndrumare, sprijinire și încurajare pe parcursul acestei teze de doctorat.
De asemenea, doresc să îmi exprim gratitudinea față de membrii
comisiei de îndrumare a lucrării pentru sfaturile constructive și sugestiile
oferite, doamnei decan Prof. univ. dr. ing. Sonia AMARIEI, domnului decan
Prof. univ. dr. ing Mircea OROIAN și doamnei Conf. univ. dr. ing. Silvia
MIRONEASA.
Adresez, în același timp, mulțumiri întregului colectiv al Facultății de
Inginerie Alimentară, colegilor de doctorat și doamnei Carmen SKOKAN
pentru suportul oferit.
Cu deosebită recunoștință şi dragoste, mulțumesc părinților mei,
familiei mele, lui Marius Anchidin și celor mai buni prieteni care au fost
alături de mine, m-au înconjurat cu afecţiunea şi rǎbdarea lor și care m-au
sprijinit din toate punctele de vedere în această perioadă.
Liliana NOROCEL
Cuvinte cheie: casarea vinului, biosenzori electrochimici, receptori biologici,
voltametrie ciclică, cupru, fier.
Cercetări și contribuții privind realizarea unor biosenzori pentru casarea
cuproasă și ferică a vinurilor
4
Cuprinsul tezei de doctorat
Listă de abrevieri..........................................................................................................16
Oportunitatea şi obiectivele ştiinţifice ale tezei de doctorat......................................18
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND CERCETĂRILE DIN
DOMENIILE CASĂRII CUPROASE ȘI FERICE A VINURILOR ȘI A
METODELOR ȘI MIJLOACELOR DE ÎNLĂTURARE A ACESTEIA..............20
1.1. Introducere...............................................................................................................20
1.2. Potențialul oxido-reducător al vinurilor...................................................................21
1.3. Mecanismul casării cuproase...................................................................................23
1.4. Stabilizarea vinului față de casarea cuproasă...........................................................25
1.5. Mecanismul casării ferice........................................................................................26
1.6. Stabilizarea vinului față de casarea ferică................................................................27
1.7. Metode și tehnici actuale de determinare a ionilor de Cu2+/Cu+ respectiv
Fe3+/Fe2+.......................................................................................................................... 28
1.8. Posibilitatea și utilitatea utilizării biosenzorilor pentru determinarea ionilor de
Cu2+/Cu+ respectiv Fe3+/Fe2+..........................................................................................29
1.9. Caracteristicile biosenzorilor...................................................................................30
1.10. Modelul matematic al unui biosenzor....................................................................32
1.11. Clasificarea biosenzorilor în funcție de detectori..................................................33
1.12. Elemente de recunoaștere/receptori biologici utilizați în prezent..........................41
1.13. Materiale suport utilizate în prezent.......................................................................44
1.14. Sistemele de imobilizare................................................................. .......................51
1.15. Tehnici de caracterizare a materialului suport la biosenzori .................................53
1.16. Concluzii................................................................................................................ 53
CAPITOLUL 2. MATERIALE ȘI METODE............................................................55
2.1. Materiale utilizate ...................................................................................................55
2.2. Aparatură utilizată
2.3. Metode utilizate în analiza conținutului de cupru și fier.........................................59
2.4. Metode statistice de prelucrare a datelor experimentale..........................................63
2.5. Concluzii..................................................................................................................63
CAPITOLUL 3. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND DEZVOLTAREA
UNOR METODE COLORIMETRICE ȘI SPECTROMETRICE PENTRU
DETERMINAREA IONILOR DE CUPRU ȘI FIER................................................64
3.1. Studiu privind dezvoltarea unui senzor colorimetric destinat determinării
conținutului de cupru...................................................................................................... 64
3.2. Studiu privind dezvoltarea unei metode spectrometrice pentru detecția ionilor de
cupru............................................................................................................................. ...65
Cercetări și contribuții privind realizarea unor biosenzori pentru casarea
cuproasă și ferică a vinurilor
5
3.3. Studiu privind dezvoltarea unui senzor colorimetric destinat determinării
conținutului de fier..........................................................................................................66
3.4. Studiu privind dezvoltarea unei metode spectrometrice pentru detecția ionilor de
fier.................................................................................................................................. 67
3.5. Concluzii................................................................................................................. 68
CAPITOLUL 4. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND DEZVOLTAREA
UNOR BIOSENZORI PENTRU DETERMINAREA CUPRULUI DIN VIN........69
4.1. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului cu albumină
serică bovină imobilizată cu benzofenonă (BSA-BF).....................................................69
4.2. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului cu glicină
imobilizată cu benzofenonă (Gly-BF).............................................................................74
4.3. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului cu glicină
imobilizată cu agaroză (Gly-Ag).....................................................................................75
4.4. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului de cupru cu
arginină............................................................................................................................ 78
4.5. Concluzii............................................................................. .....................................79
CAPITOLUL 5. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND DEZVOLTAREA
UNOR BIOSENZORI PENTRU DETERMINAREA FIERULUI DIN VIN.........80
5.1. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului de fier cu
deferoxamină imobilizată cu benzofenonă.....................................................................80
5.2. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea ionului de fier cu
proteina A imobilizată în agaroză...................................................................................81
5.3. Concluzii.................................................................................................................. 86
CAPITOLUL 6. CARACTERIZAREA BIOSENZORILOR...................................87
6.1. Caracteristicile de performanță analitică a biosenzorilor dezvoltați........................87
6.2. Analiza în Componente Principale (PCA) a legăturii caracteristicilor de
performanță pentru biosenzorii destinați determinării ionilor de cupru.........................91
6.3. Optimizarea parametrilor de performanță analitică la determinarea ionilor de
cupru............................................................................................................................. ...94
6.4. Analiza în Componente Principale (PCA) a legăturii caracteristicilor de
performanță pentru biosenzorii destinați determinării ionilor de fier.............................95
6.5. Optimizarea parametrilor de performanță analitică la determinarea ionilor de
fier................................................................................................................................... 98
6.6. Analiza suprafeței electrodului pentru biosenzorii utilizați în cercetare..................99
6.7. Costul unui biosenzor pentru determinarea cuprului din vin.................................110
6.8. Costul unui biosenzor pentru determinarea fierului din vin..................................110
6.9. Concluzii........................................................................... .....................................111
CAPITOLUL 7. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND TESTAREA
BIOSENZORILOR PE PROBE DE VIN ALB, ROȘU ȘI ROZE DIN REGIUNI
VITICOLE DIFERITE..............................................................................................112
Cercetări și contribuții privind realizarea unor biosenzori pentru casarea
cuproasă și ferică a vinurilor
6
7.1. Analiza conținutului de cupru și fier prin spectrometria de absorbție atomică (AAS)
- metodă de referință.....................................................................................................112
7.2. Analiza conținutului de cupru și fier prin potențiometrie, metodă dezvoltată în
prezentul studiu............................................................................................................. 115
7.3. Determinarea spectrometrică și colorimetrică a ionilor de cupru..........................118
7.4. Determinarea spectrometrică și colorimetrică a ionilor de fier.............................119
7.5. Compararea rezultatelor obținute în urma testării biosenzorilor...........................120
7.6. Concluzii................................................................................................................132
CAPITOLUL 8. CONCLUZII GENERALE...........................................................133
Glosar de termeni........................................................................................................136
Bibliografie.................................................................................................................. 137
DISEMINAREA REZULTATELOR CERCETĂRII.............................................147
Rezumatul tezei de doctorat
7
Oportunitatea tezei de doctorat
Teză de doctorat are drept scop dezvoltarea unor noi metode de
determinare a urmelor de metale grele, respectiv a cuprului și a fierului din vin,
care la anumite concentrații pot induce casarea acestuia. Totodată, bazat pe
aceste metode, se propune realizarea a doi biosenzori specifici folosiți pentru
determinarea rapidă, in situ, a ionilor celor două metale.
Obiectivele ştiinţifice ale tezei de doctorat
Obiectivele urmărite în teza de doctorat sunt:
Elaborarea unui studiu din literatura de specialitate cu privire la
cercetările actuale din domeniul casării cuproase și ferice a vinurilor și
a metodelor și mijloacelor de înlăturare a acesteia;
Studiul metodelor posibil de aplicat la determinarea urmelor de cupru și
de fier din vin
Realizarea unui biosenzor pentru determinarea ionilor de cupru și a
unui biosenzor pentru determinarea ionilor de fier din vin. Stabilirea
tipului de biosenzor, identificarea receptorului biologic specific ionului
de cupru și ionului de fier și selectarea metodei de imobilizare a
receptorilor biologici;
Testarea prototipului biosenzorului pentru analiza cantitativă a ionilor
de cupru și de fier din vin.
Compararea rezultatelor obținute cu biosenzorii testați, cu rezultatele
obținute printr-o metodă de referință;
Caracterizarea avansată a biosenzorilor prin analiza parametrilor de
performanță analitică și prin analiza suprafeței electrodului din sistemul
biosenzorial, după utilizarea acestuia în soluții de vin.
Teza de doctorat denumită „CERCETĂRI ȘI CONTRIBUȚII
PRIVIND REALIZAREA UNOR BIOSENZORI PENTRU CASAREA
CUPROASĂ ȘI FERICĂ A VINURILOR” cuprinde 7 capitole cu concluzii,
un capitol de concluzii generale, listă de abrevieri, glosar de termeni, referințe
bibliografice, lista de lucrări publicate sau susținute la diverse manifestări
științifice și lucrări reprezentative publicate.
Capitolul 1 prezintă „Stadiul actual privind cercetările din domeniile
casării cuproase și ferice a vinurilor și a metodelor și mijloacelor de
înlăturare a acesteia”, metodele de analiză actuale dar și necesitatea de a
dezvolta noi metode de determinare, simple, rapide, fără pregătirea probelor
prin calcinare și digestie, ieftine și suficient de precise pentru a putea stabili
Rezumatul tezei de doctorat
8
concentrația de ioni metalici din vin. Excesul ionilor de cupru şi fier
determinat înainte de îmbuteliere, se poate înlătura din vin. În cazul în care
conținutul de cupru și de fier nu este analizat și excesul acestor metale grele
înlăturat înainte de îmbuteliere există posibilitatea apariției casării cuproase
respectiv a casării ferice [Co,’88], [Țâ,’07].
Majoritatea metodelor existente utilizate pentru analiza urmelor de
metale grele din vin includ metode spectroscopice (AAS, ICP/AES, ICP/MS,),
metode cromatografice cu detector de conductivitate, electroforeză capilară și
metode voltametrice care pot detecta analiți în concentrații foarte mici. Cu
toate acestea, tehnicile clasice sunt, în general, costisitoare și greu de utilizat în
analiza in situ [Ro,’04], [Bo,’03a].
Recent, detecția metalelor grele folosind biosenzori pentru analiza in
situ a câștigat teren. Biosenzorii prezintă o serie de avantaje precum: operare la
locul de muncă unde se produce corecția vinului, sensibilitate și selectivitate
ridicată, timp de analiză redus (1-3 minute), față de metodele clasice, mod de
lucru simplu care nu necesită personal cu înaltă calificare [Si,’13].
Capitolul 2 denumit „Materiale și metode” cuprinde materiale utilizate
în această cercetare doctorală. Sunt descrise metodele dezvoltate raportate la
metodele de referință utilizate pentru compararea rezultatelor și validarea
metodelor. Pentru prelucrarea datelor experimentale sunt prezentate metodele
statistice utilizate.
În scopul testării metodelor dezvoltate și comparării rezultatelor
obținute cu metoda de referință s-au utilizat 50 de probe de vin dintre care 30
de probe au fost îmbuteliate, achiziționate din comerț, iar 20 de probe au fost
obținute din struguri de proveniență din județele Vrancea, Suceava și
Botoșani. Probele de vin au constat în 20 de probe de vin roșu, 20 de probe de
vin alb și 10 probe de vin roze.
Pentru efectuarea cercetărilor experimentale a fost utilizată următoarea
aparatură: potențiometru Autolab PGSTAT204 (pentru biosenzorii dezvoltați),
spectrometru UV-VIS-NIR 3600 Schimadzu (pentru metodele dezvoltate),
spectrometru de absorbție atomică 6300 Shimadzu (pentru metoda de
referință), spectrometru de masă cu plasma cuplată inductiv Agilent
Technologies 7500 (tot ca metoda de referintă) și colorimetru Konica Minolta
CR-400/410 (pentru senzorii colorimetrici dezvoltați). Toată aparatura
aparține Facultății de Inginerie Alimentară din cadrul Universității „Ștefan cel
Mare” din Suceava.
Capitolul 3 „Cercetări experimentale privind dezvoltarea unor metode
spectrometrice și colorimetrice pentru determinarea cuprului și fierului din
Rezumatul tezei de doctorat
9
vin” descrie câte o metodă spectrometrică și colorimetrică utilizată la
determinarea fiecărui analit țintă.
În scopul dezvoltării unei metode analitice pentru determinarea ionilor
de cupru și a unei metode pentru determinarea ionilor de fier din vin, cu
caracteristici de performanță similare cu cele ale metodelor clasice, a fost
necesară efectuarea mai multor încercări de detecție a acestor metale. Aceste
încercări au fost realizate pe cale spectrofotometrică, colorimetrică și
potențiometrică, fiind mai întâi testate pe soluții standard cu saruri de cupru și
fier, iar mai apoi pe probe de vin.
Prioritare au fost încercările pe metodele care se consideră a fi mai
economice și mai simple și anume cele colorimetrice și spectrofotometrice.
Rezultatele obținute pe probele de vin oferă răspunsul privind alegerea celei
mai performante metode de analiză pentru cei doi analiți țintă.
Capitolul 4 este intitulat „Cercetări experimentale privind dezvoltarea
unor biosenzori pentru determinarea cuprului din vin”. În acest capitol s-au
propus , s-au descris și realizat patru variante de biosenzori care au fost testați
in vitro pe soluții de săruri de cupru.
La realizarea biosenzorilor s-au avut în vedere: alegerea unor
bioreceptori (proteine, microorganisme, anticorpi sau enzime) corespunzători
pentru compuşii de interes, stabilirea principiilor de realizare a biosenzorilor,
identificarea metodei de imobilizare specifice compușilor biologic activi,
realizarea și caracterizarea biosenzorilor modificați și detecția analiţilor de
interes.
4.1. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului cu albumină serică bovină imobilizată cu benzofenonă (BSA-BF).
Fig. 4.1. Ilustrarea schematică a procedurii de lucru utilizând biosenzorul dezvoltat
Rezumatul tezei de doctorat
10
În scopul realizării unui biosenzor pentru detecția ionului de cupru s-a
utilizat proteina BSA ca element biologic, imobilizată cu un compus
fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic care
furnizează răspuns sub forma unei voltamograme ciclice. Imobilizarea
elementului biologic utilizat în acest studiu a fost efectuată cu benzofenonă,
care, în prezența luminii ultraviolete cu lungimea de undă de 350 nm este
fixată pe electrodul de lucru. Familia de voltamograme ciclice obținută pentru
5 soluții de cupru este prezentat în figura 4.2.
Fig. 4.2. Voltamogramă ciclică obținută pentru 5 soluții de cupru, analizate voltametric după 180 secunde de la introducerea electrodului în celulă
4.2. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului cu glicină imobilizată cu benzofenonă (Gly-BF)
Un studiu privind dezvoltarea unui biosenzor s-a bazat pe utilizarea
glicinei ca receptor biologic și benzofenona ca agent de imobilizare iar
voltamogramele rezultate sunt prezentate în figura 4.3.
Fig. 4.3. Voltamogramă ciclică obținută pentru 5 soluții de cupru, analizate voltametric
după 1 secundă de la introducerea electrodului în celulă [No,’17]
Rezumatul tezei de doctorat
11
4.3. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului cu glicină imobilizată cu agaroză (Gly-Ag)
Glicina, într-un alt studiu, a fost imobilizată cu agaroză iar R2 al
curbelor de calibrare obținute din intensitățile maxime ale voltamogramelor
(Fig. 4.4.) s-a dovedit a fi mai ridicat.
Fig. 4.4. Voltamogramă ciclică obținută pentru 5 soluții de cupru, analizate voltametric
după 90 secundă de la introducerea electrodului în celulă
4.4. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului de cupru cu arginină
Cuprul (II) formează prin chelare complexe stabile cu aminoacizii,
astfel s-a dezvoltat un biosenzor bazat pe utilizarea argininei ca receptor
biologic și benzofenona ca agent de imobilizare. Răspunsurile sub forma unor
voltamograme ciclice sunt redate în figura 4.5.
Fig. 4.5. Voltamogramă ciclică obținută pentru cele 5 soluții de cupru, analizate voltametric după 1 secundă de la introducerea electrodului în celulă
Rezumatul tezei de doctorat
12
Capitolul 5 tratează „Cercetări experimentale privind dezvoltarea
unor biosenzori pentru determinarea fierului din vin”, cu prezentarea a două
variante propuse de biosenzori, care ulterior s-au testat pe soluții artificiale.
5.1. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului de fier cu deferoxamină imobilizată cu benzofenonă
În scopul realizării unui biosenzor pentru detecția ionului de fier s-a
utilizat deferoxamina ca element biologic, imobilizată cu un compus
fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic care
furnizează răspuns sub forma unei voltamograme ciclice.
Fig. 5.1. Voltamograma ciclică obținută în momentul imersării electrodului SPE în soluție
5.2. Studiu privind realizarea unui biosenzor bazat pe selectivitatea
ionului de fier cu proteina A imobilizată în agaroză
În acest studiu s-a utilizat ca element biologic proteina A imobilizată în
agaroză și s-a analizat voltametric la un potențial inferior de -0,6 V și superior
de 0,6 V, la timpi diferiți după ce au fost imersați în soluție. În figura 5.2. este
ilustrată familia de ciclovoltagrame a celor cinci concentrații de fier, respectiv
1; 2,5; 5; 7,5; 10 mg/L, analizată după 120 de secunde de la imersare în
soluțiile standard de fier.
Rezumatul tezei de doctorat
13
Fig. 5.2. Voltamograma ciclică obținută după 120 de secunde de la imersarea electrodului SPE în soluție [No,’18]
În Capitolul 6 denumit „Caracterizarea biosenzorilor” sunt descrise
caracteristicile de performanță analitică și rezultatele experimentale obținute
pentru fiecare tip de biosenzor propus, o analiza a componentelor principale
ale acestora, optimizarea parametrilor, analiza suprafeței electrozilor
serigrafiați imobilizați și utilizați și calcularea costului unei analize cu acești
biosenzori.
În tabelele 6.1 și 6.2 sunt prezentate valorile rezultate ale
caracteristicilor de performanță analitică a biosenzorilor propuși.
Tabel 6.1. Performanțe analitice ale biosenzorilor pentru detecția cuprului
Caracteristică BSA Gly-BF Gly-Agaroza Arginina
Timp de
imersare 0 s 90 s 180 s 0 s 0 s 60 s 0 s
Sensibilitate 6,424E-
6
3,913E-
6
2,905E-
6
2,418E-
06
11,17E-
05
10,42E-
05 3,53E-05
Limita
detecție
(ppm)
0,173 0,164 0,157 0,187 0,0514 0,0414 0,161
Panta curbei 2,017E-
6
1,287E-
6
9,122E-
7
7,595E-
07
3,508E-
06
3,270E-
06 1,11E-06
Rezumatul tezei de doctorat
14
Tabel 6.2. Performanțe analitice ale biosenzorilor pentru detecția fierului
6.1. Optimizarea parametrilor de performanță analitică la
determinarea ionilor de cupru
Valoarea optimă a nivelului pentru fiecare variabilă independentă, tipul
de biosenzor și timpul de imersie a fost determinată prin analiza răspunsului
multiplu denumită funcție obiectiv.
Fig. 6.1. Optimizarea caracteristicilor de performanță
6.2. Optimizarea parametrilor de performanță analitică la determinarea
ionilor de fier
Valoarea funcției obiectiv generală a metodelor dezvoltate pentru
analiza conținutului de fier, a fost obținută pentru biosenzorul bazat pe DFO-
BF, la timpul de imersie 1 s. Rampa de răspuns corespunzătoare valorii
funcției obiectiv generale, D și valorile prezise pentru aceiași parametri ca în
cazul metodelor pentru detecția cuprului și anume: sensibilitate, limită de
detecție, panta curbei, coeficientul de regresie și reproductibilitate sunt
prezentate în figura 6.2.
Caracteristică Proteina A-Agaroză DFO
Timp de imersare 0 s 60 s 120 s 0 s 60 s
Sensibilitate 1,24E-06 1,56E-06 1,48E-06 2,93E-05 1,70E-05
Limita detecție
(ppm) 0,918 0,892 0,900 0, 871 0,873
Panta curbei 3,90E-8 4,89E-8 4,66E-8 9,20E-07 5,33E-7
Rezumatul tezei de doctorat
15
Fig 6.2. Optimizarea caracteristicilor de performanță
6.3. Costul unui biosenzor pentru determinarea cuprului din vin
Tab 6.3. Costul unui biosenzor Biosenzor Materiale
utilizate
Cantitate utilizată
pentru o analiză
Pret Pret unitar (lei)
Cost total
(lei)
BSA-BF
SPE -
Pineresearch 1 buc
4100
lei/200 buc 20,5
20,53 BSA 1µL 320 lei/10
ml 0,032
BF Solutie 5% 90 lei /25g 0,00018
Etanol 1 µL 450 lei/1 L 0,00045
Gly-
Agaroză
SPE -
Pineresearch 1 buc
4100
lei/200 buc 20,5
20,5003 Glicina 1µL solutie 5% 274 lei/50g 0,000274
Agaroză 1µL solutie 0,5% 225 lei/10g 0,0001125
6.4. Costul unui biosenzor pentru determinarea fierului din vin
Tab 6.4. Costul unui biosenzor Biosenzor Materiale
utilizate
Cantitate utilizată
pentru o analiză
Pret Pret
unitar (lei)
Cost total
(lei)
DFO-BF
SPE -Pineresearch
1 buc 4100
lei/200 buc 20,5
20,502 Deferoxamina 1µL solutie 5% 180 lei/5g 0,0018
BF Solutie 5% 90 lei /25g 0,00018
Etanol 1 µL 450 lei/1 L 0,00045
Proteina
A-agaroza
SPE -
Pineresearch 1 buc
4100
lei/200 buc 20,5
21,25 Proteina A-
agaroza 1 µL
1495,80/2 ml
0,7479
Rezumatul tezei de doctorat
16
Costul biosenzorilor dezvoltați a fost realizat prin calculul prețurilor
tuturor materialelor utilizate în funcție de cantitatea necesară unei singure
analize. Costurile scad cu mult atunci când se trece la producția de serie și la
utilizarea suporturilor potențiostatici imprimați pe material polimeric.
Capitolul 7 „Cercetări experimentale privind testarea biosenzorilor pe
probe de vin alb, roșu și roze din regiuni viticole diferite” cuprinde atât
rezultatele metodei de referință cât și rezultatele obținute cu metodele
dezvoltate în urma testării probelor de vin, precum și un studiu comparativ al
metodelor utilizate în cercetare.
Tab. 7.1. Corelația Pearson pentru metodele destinate determinării cuprului
TIPUL
DE VIN METODE
ICP-
MS AAS Gly-Ag
BSA-
BF
COLORI-
METRIC
SPECTRO-
METRIC
VIN
ROSU
ICP-MS 1 0,348 0,319 0,266 -0,173 0,437
AAS 1 0,976** 0,964** 0,220 0,157
Gly-Ag 1 0,918** 0,235 0,193
BSA-BF 1 0,261 0,067
COLORI
METRIC 1 -0,222
SPECTRO
METRIC 1
VIN ALB
ICP-MS 1 0,189 0,070 0,103 -0,016 0,400
AAS 1 0,510* 0,697** -0,087 -0,021
Gly-Ag 1 0,433 -0,138 0,008
BSA-BF 1 -0,136 -0,276
COLORI
METRIC 1 -0,081
SPECTRO
METRIC 1
VIN
ROZE
ICP-MS 1
0,599**
0,375 -0,132 0,283 -0,028
AAS 1 0,724** 0,255 0,321 0,237
Gly-Ag 1 0,358 0,238 0,429
BSA-BF 1 -0,031 0,184
COLORI
METRIC 1 -0,149
SPECTRO
METRIC 1
*. Corelația este semnificativă la un nivel p˂ 0.05
**. Corelația este semnificativă la un nivel p˂ 0.01
În urma efectuării corelațiilor Pearson (Tabelul 7.1) între metoda de
referință AAS și metodele dezvoltate pentru analiza conținutului de cupru, cel
Rezumatul tezei de doctorat
17
mai mare coeficient de corelație s-a obținut pentru biosenzorul pe bază de Gly-
Ag în urma analizei vinurilor roșii (r = 0,976), urmat de biosenzorul pe bază de
BSA-BF (r = 0,964); de asemenea se poate observa o corelare strânsă între
valorile biosenzorului bazat pe Gly-Ag și biosenzorul bazat pe BSA-BF. În
urma analizării vinurilor albe, corelație semnificativă la un nivel p<0.01 este
obținută pentru biosenzorul pe bază de BSA-BF și la un nivel p<0.05 pentru
biosenzorul pe bază de Gly-Ag. Corelarea valorilor rezultate la analiza
vinurilor roze a indicat o corelație semnificativă doar pentru biosenzorul bazat
pe Gly-Ag (r = 0,724). În tabelul 7.2 sunt redați coeficienții de corelație
obținuți între metodele propuse pentru analiza ionilor de fier și metoda AAS.
Tab. 7.2 Corelația Pearson pentru metodele destinate determinării fierului TIPUL
DE VIN
METODE
ICP-
MS
AAS DFO-
BF
PROT A-
AG
COLORI
METRIC
SPECTRO
METRIC
VIN
ROSU
ICP-MS 1 0,489* 0,524* -0,138 -0,142 -0,141
AAS 1 0,879** 0,035 -0,049 -0,052
DFO-BF 1 0,193 -0,034 -0,036
PROT A-
AG 1 -0,060 -0,062
COLORI
METRIC 1 1,000**
SPECTRO
METRIC 1
VIN
ALB
ICP-MS 1 0,599** 0,375 -0,132 0,283 -0,028
AAS 1 0,724** 0,255 0,321 0,237
DFO-BF 1 0,358 0,238 0,429
PROT A-
AG 1 -0,031 0,184
COLORI
METRIC 1 -0,149
SPECTRO
METRIC 1
VIN
ROZE
ICP-MS 1 0,438 0,289 -0,566 -0,131 0,208
AAS 1 0,807** -0,175 -0,309 0,573
DFO-BF 1 0,037 -0,238 0,496
PROT A-
AG 1 0,289 -0,184
COLORI
METRIC 1 -0,692*
SPECTRO
METRIC 1
*. Corelația este semnificativă la un nivel p˂ 0.05 **. Corelația este semnificativă la un nivel p˂ 0.01
Capitolul 8 prezintă „Concluzii generale” ale studiilor și cercetărilor
realizate în această teză de doctorat.
Rezumatul tezei de doctorat
18
În teza de doctorat denumită „CERCETĂRI ȘI CONTRIBUȚII
PRIVIND REALIZAREA UNOR BIOSENZORI PENTRU CASAREA
CUPROASĂ ȘI FERICĂ A VINURILOR” am urmărit atât prin studii
teoretice cât și prin studii experimentale să aduc contribuții la dezvoltarea unor
noi metode de analiză simple, precise, sensibile și economice folosite pentru
măsurarea concentrației ionilor de cupru si de fier din vin. Acesti ioni sunt
cauza casării cuproase și ferice a vinurilor.
Pentru a preveni casarea vinului, este necesară o analiză cantitativă a
ionilor de cupru și a ionilor de fier deoarece vinul se casează doar peste
anumite limite de concentrații cunoscute. Metodele actuale de analiza prezintă
o serie de dezavantaje, astfel :
- sunt costisitoare și trebuie efectuate la un laborator specializat.
- analiza necesită personal specializat,
- probele de vin necesită înainte de analiză un mod preparativ complicat și de
durată .
Aceste neajunsuri m-au determinat să mă implic activ în dezvoltarea
unor noi metode de analiză și a mijloacelor de tehnice aferente. Inițial am
pornit studiile cu metode colorimetrice și spectrometrice întrucât acestea
prezentau avantajele unui cost scăzut și a unei metode simple, dar cum în
prezent dezvoltarea și fabricarea unor biosenzori a luat amploare, iar dotarea
laboratoarelor din cadrul Facultății de Inginerie Alimentară a permis realizarea
studiilor propuse, s-au efectuat încercări și optimizări pentru alegerea unui
element biologic selectiv analitului țintă ceea ce duce în final la un biosenzor
performant.
În scopul dezvoltării metodelor pentru determinarea celor doi ioni din
vin, au fost propuși biosenzorii potențiometrici ce utilizează electrozi
serigrafiați și oferă ca răspuns voltamograme ciclice.
Pentru ionii de cupru s-au propus 4 variante de biosenzori: un biosenzor
bazat pe identificarea ionului cu albumină serică bovină imobilizată cu
benzofenonă (BSA-BF), un biosenzor bazat pe selectivitatea ionului cu glicină
imobilizată în agaroză (Gly-Ag), un biosenzor bazat tot pe selectivitatea
ionului cu glicină dar imobilizată cu benzofenonă (Gly-BF) și un biosenzor
care utilizează arginina ca element biologic fiind imobilizată cu benzofenonă
(Arginină-BF).
Pentru ionii de fier s-au propus 2 variante de biosenzori: un biosenzor
bazat pe cuantificarea ionului cu mesilat de deferoxamină imobilizat cu
benzofenonă (DFO-BF) și un biosenzor ce conține Proteina A ca receptor
biologic, ce este imobilizată cu agaroză (Proteina A-Ag).
În urma optimizării parametrilor de performanță analitică a
biosenzorilor propuși pentru analiza conținutului de cupru a rezultat că
Rezumatul tezei de doctorat
19
biosenzorul bazat pe Gly-Ag la timpul 1 s de imersare al electrodului în soluție
oferă răspunsuri optime.
În urma optimizării parametrilor de performanță analitică a
biosenzorilor propuși pentru analiza conținutului de fier a rezultat că
biosenzorul bazat pe DFO-BF la timpul 1 s de imersare al electrodului în
soluție oferă răspunsuri optime.
Pe baza cercetărilor efectuate în această teză de doctorat se poate
concluziona că dintre biosenzorii dezvoltați pentru determinarea ionilor de
cupru în vederea prevenirii casării cuproase, biosenzorul bazat pe Gly-Ag
îndeplinește cerințele necesare validării acestuia, având cele mai bune
caracteristici de performanță analitică dintre metodele propuse.
Din studiile realizate cu biosenzorii pentru cuantificarea ionilor de fier,
în scopul prevenirii casării ferice, a rezultat că biosenzorul bazat pe DFO-BF
este favorabil utilizării în analiza vinului și îndeplinește condițiile unei metode
performante.
Astfel, sistemele de tip biosenzori aduc o serie de avantaje ce rezolvă
problematica casării cuproase și ferice prin analiza conținutului de ioni de
cupru și a ionilor de fier din vin înainte de îmbutelierea vinului pentru a
preveni acest fenomen prin precipitarea ionilor identificați în concentrații
ridicate.
Acești biosenzori se pot descrie ca fiind realizări ce permit determinări
analitice cantitative rapide, ieftine şi in situ, suficient de precise, ce oferă
soluții unice pentru analiza alimentelor în ceea ce privește specificitatea și
economisirea timpului care ar putea identifica rapid excesul de fier sau cupru
din vin.
Studiile și cercetările efectuate în cadrul acestei teze de doctorat vor
permite determinarea cantitativă a conținutului de cupru și fier din vin cu
ajutorul biosenzorilor dezvoltați și propun modalități concrete de utilizare în
acest sens.
Rezumatul tezei de doctorat
20
Bibliografie
[Ad,’17] Adamson, H., Bond, A. M., & Parkin, A. (2017). Probing biological
redox chemistry with large amplitude Fourier transformed ac voltammetry. Chemical
Communications, 53(69), 9519-9533.
[Af,’14] Afraz, A,, Rafati, A, A, &Najafi, M, (2014),Optimization of modified
carbon paste electrode with multiwalled carbon nanotube/ionic liquid/cauliflower-like
gold nanostructures for simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine and uric
acid, Materials Science and Engineering: C, 44, 58-68.
[Ah,’09] Ahmed M. J., Roy U. K., 2009, A simple spectrophotometric method for
the determination of iron (II) aqueous solutions, Turk J Chem 33, 709 – 726., Tubitak.
[Al,’14a] Alqasaimeh, M,, Heng, L, Y,, Ahmad, M,, Raj, A, S,, & Ling, T, L,
(2014), A large response range reflectometric urea biosensor made from silica-gel
nanoparticles, Sensors, 14(7), 13186-13209.
[Al,’14b] Ali, K, J,, & Hameed, N, A, R, (2014), Determination of Copper (II) By
Glycine in Flow Injection and Sequential Injection Techniques, Acta Chimica and
Pharmaceutica Indica, 4(3).
[Al,’14c] Alberti, G,, Emma, G,, Colleoni, R,, Nurchi, V, M,, Pesavento, M,, &
Biesuz, R, (2014), Simple solid-phase spectrophotometric method for free iron (III)
determination, Arabian Journal of Chemistry.
[An,’15] Anicai, L,, Stoica, C,, Vladut, C,, Negru, A,, Teulon, J, M,, Odorico, M,,
,,, & Enachescu, M, (2015), Synthesis and Characterization of a Novel Screen-Printed
Modified Gold Electrode with Applications in Uranyl Ions Detection, Revista De
Chimie, 66(10), 1639-1644,
[Ar,’08] Armbruster, D, A,, & Pry, T, (2008), Limit of blank, limit of detection
and limit of quantitation, Clin Biochem Rev, 29(Suppl 1), S49-52.
[Ar,’12] Arya, S. K., et al, 2012, Review, Recent advances in ZnO nanostructures
and thin films for biosensor applications, Analytica Chimica Acta 737 (2012) 1– 21.
[Ar,’13] Arora, R.K., and Saini, R.P., Biosensors: Way Of Diagnosis,
International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, IJPSR, 2013; Vol. 4(7):
2517-2527.
[Ar,’15] Aristov, N,, &Habekost, A, (2015), Cyclic voltammetry-A versatile
electrochemical method investigating electron transfer processes, World Journal of
Chemical Education, 3(5), 115-119.
[Ba,’07] Basabe-Desmonts, L., et al, 2007, Design of fluorescent materials for
chemical sensing, Chemical Society Reviews, The Royal Society of Chemistry, 2007,
36, 993–1017.
[Ba,’14] Balakrishnan, S, R,, Hashim, U,, Letchumanan, G, R,, Kashif, M,,
Ruslinda, A, R,, Liu, W, W,, ...& Poopalan, P, (2014), Development of highly sensitive
polysilicon nanogap with APTES/GOx based lab-on-chip biosensor to determine low
levels of salivary glucose, Sensors and Actuators A: Physical, 220, 101-111.
[Ba,’15] Bahadır, E. B., Mustafa Kemal Sezginturk, Applications of commercial
biosensors in clinical, food, environmental, and biothreat/biowarfare analyses, 0003-
2697/_ 2015 Elsevier, Analytical Biochemistry.
Rezumatul tezei de doctorat
21
[Ba,’99] James W. Ball, D. Kirk Nordstrom, Tanya Bangthanh To et al., A New
Method for the Direct Determination of Dissolved Fe(III) Concentration in Acid Mine
Waters, Environ. Sci. Technol., 1999, 33 (5), pp 807–813.
[Bo,’00] Bontidean, I., et al, 2000, Bacterial metal-resistance proteins and their
use in biosensors for the detection of bioavailable heavy metals, Elsevier, Journal of
Inorganic Biochemistry 79 (2000) 225–229.
[Bo,’03a] Bontidean, I., et al, 2003, Novel synthetic phytochelatin-based
capacitive biosensor for heavy metal ion detection, Biosensors and Bioelectronics 18
(2003) 547-/553.
[Bo,’03b] Bogue, R. W, Biosensors for monitoring the environment, Sensor
Review; 2003; 23, 4; ProQuest Central, pg. 302.
[Bo,’10] Boev, I. et al., 2010, Trace elements in wines produced at home in the
Tikveš Area, Goce Delčev University, Štip, Republic of Macedonia 2 Faculty of
Natural and Technical Sciences.
[Bo,’13] Bott, A, W,, & Jackson, B, P, (1996),Study of ferricyanide by cyclic
voltammetry using the CV-50W, Current Separations, 15, 25-30.
[Ca,’04] Castillo, J., et al, 2004, Biosensors for Life Quality: Design,
Development and Applications, Sensors and Actuators B Chemical.
[Ca,’14a] Carter, K. P., et al, 2014, Fluorescent Sensors for Measuring Metal Ions
in Living Systems, American Chemical Society, Chem. Rev. 114, 4564−4601.
[Ca,’14b] Catarino, A., Alves, S., & Mira, H. (2014). Influence of technological
operations in the dissolved oxygen content of wines. Journal of Chemistry and
Chemical Engineering, 8(4).
[Ca,’16] Cámara-Martos F., et al, 2016, Disposable biosensor for detection of
iron (III) in wines, Talanta 154, 80–84.
[Ch,’02] Chaubey, A., Malhotra, B.D., 2002, Review Mediated biosensors,
Elsevier, Biosensors Bioelectronics 17 (2002) 441–456.
[Ch,’08] Chambers, J. P., et al, 2008, Biosensor Recognition Elements, Horizon
Scientific Press.
[Ch,’09] ChuanJiang, Q., Hui, T., & LiXiang, W., 2009, Water-soluble
phosphate-functionalized polyfluorene as fluorescence biosensors toward cytochrome
C, Science in China Series B: Chemistry, Springer, vol. 52, no. 6 , 833-839.
[Ch’10] Chen, W,, Fan, Z,, Gu, L,, Bao, X,, & Wang, C, (2010), Enhanced
capacitance of manganese oxide via confinement inside carbon nanotubes, Chemical
Communications, 46(22), 3905-3907.
[Co,’88]. Cotea, V., et al., 1988, “Tratat de oenologie, vol II, Limpezirea,
stabilizarea și îmbutelierea vinului” Editura Ceres, București.
[Co,’99] Corbisiera, P., et al, 1999, Whole cell- and protein-based biosensors for
the detection of bioavailable heavy metals in environmental samples, Analytica
Chimica Acta 387 (1999) 235±244.
[Co,’01] Cotea, V., et al., 2001, “Oenologie-Îngrijirea, stabilizarea, îmbutelierea
vinurilor, construcții și echipamente vinicole” Editura Ceres, București.
[Co,’09a] Compendium Of International Methods Of Analysis – OIV, Copper,
OIV-MA-AS322-06 : R2009, Method OIV-MA-AS322-06, Type IV method, Copper,
(Resolution Oeno 377/2009).
Rezumatul tezei de doctorat
22
[Co,’09b] Compendium Of International Methods Of Analysis – OIV, Iron, OIV-
MA-AS322-05A : R2009, Method OIV-MA-AS322-05A Type IV method, Iron)
[Co,’09c] Comeaux, R., Novotny, P., 2009, Biosensors-Properties, materials and
application, Biotechnology in Agriculture, Industry and Medicine Series, 98-117.
[D’S,’01] D’Souza, S. F., 2001, Immobilization and Stabilization of Biomaterials
for Biosensor Applications, Immobilization of Biomaterials, Applied Biochemistry and
Biotechnology Vol. 96, 2001, Pg 225-238.
[Da,’12] Danilewicz J. C, 2012, Review of Oxidative Processes in Wine and
Value of Reduction Potentials in Enology, Am. J. Enol. Vitic. 63:1.
[De,’80] Derringer, G., & Suich, R. (1980). Simultaneous optimization of several
response variables. Journal of quality technology, 12(4), 214-219.
[De,’16] Desmet, C., e t a l , 2016, Paper electrodes for
bioelectrochemistry: Biosensors and biofuel cells, Biosensors and
Bioelectronics 76 (2016) 145–163.
[Er,’13] Ericsson, E, (2013), Biosensor surface chemistry for oriented protein
immobilization and biochip patterning (Doctoral dissertation, Linköping University
Electronic Press).
[Fe,’08] Ferrero, V, E,, Andolfi, L,, Di Nardo, G,, Sadeghi, S, J,, Fantuzzi, A,,
Cannistraro, S,, & Gilardi, G, (2008), Protein and electrode engineering for the covalent
immobilization of P450 BMP on gold, Analytical chemistry, 80(22), 8438-8446.
[Fe,’11] Feng, L., Zhang, Y., Wen, L., Shen, Z., & Guan, Y. (2011).
Colorimetric determination of copper (II) ions by filtration on sol–gel membrane doped
with diphenylcarbazide. Talanta, 84(3), 913-917.
[Ga,’05] Galindo, E., 2005, Biosensors, Biotechnology vol II, Biosensors,
Encyclopedia of life support systems.
[Ga,’13] García-Marino, M., Escudero-Gilete, M. L., Heredia, F. J., Escribano-
Bailón, M. T., & Rivas-Gonzalo, J. C. (2013). Color-copigmentation study by
tristimulus colorimetry (CIELAB) in red wines obtained from Tempranillo and
Graciano varieties. Food research international, 51(1), 123-131.
[Ge,’93] K. E. Geckeler and B. Muller, Polymer Materials in Biosensors, 1993,
Naturwissenschaften 80, 18-24 (1993) @Springer-Verlag.
[Gi,’00] Gill, I., and Ballesteros, A., 2000, Bioencapsulation within synthetic
polymers (Part 1): sol–gel encapsulated biologicals, Trends in Biotechnology 2000,
ResearchGate.
[Gö,’08] Göpel, W., Jones, M., Sensors, 2008, A Comprehensive Survey, Volume
3, Part II, Chemical and Biochemical Sensors.
[Go,’92] Goldstein, J., et al, 1992, Scanning Electron Microscopy and X-Ray
Microanalysis: A Text for Biologists, Plenum Press, New York.
[Gu,’05] Gutt, G., Gutt, S., 2005, Analiză instrumentală – Spectroscopie, Editura
Universității Suceava.
[Gu,’08] Gupta, V., et al, 2008, Spectrophotometric Ferric Ion Biosensor From
Pseudomonas fluorescens Culture, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 100, No. 2.
[Gu,’11] Gutt G., 2011, Curs Biosenzori, Universitatea Ștefan cel Mare, Suceava.
[Ha,’12a] Hasanzadeh M., et al, 2012, Mesoporous silica-based materials fos use
in biosensors, Trends in Analytical Chemistry, vol. 33, 117-129.
Rezumatul tezei de doctorat
23
[Ha,’12b] Hafaiedh, I., et al, 2012, Electrochemical Characterization of
Streptavidin-HRP Immobilized on Multiwall Carbon Nanotubes for Biosensor
Applications, Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2012, 3, 31-36.
[Ha,’14a] Harraz, F. A., 2014, Porous silicon chemical sensors and biosensors: A
review, Sensors and Actuators B 202 (2014) 897–912.
[Ha,’14b] Hayat, A,, & Marty, J, L, (2014), Disposable screen printed
electrochemical sensors: Tools for environmental monitoring, Sensors, 14(6), 10432-
10453.
[Ha,’14c] Hansen, K., Detection of Iron (III) Using Agarose Beads Derivatized
with Desterrioxamine B, University of Maine – Main.
[Ha,’14d] Hasan, Anwarul.,2014, Review Article - Recent Advances in
Application of Biosensors in Tissue Engineering, BioMed Research International
Volume (2014), Article ID 307519, 18 pages http://dx.doi.org/10.1155/2014/307519.
[Hâ,’10] Hârceagă Sima, V., 2010, Enzymatic biosensors in pharmaceutical and
biomedical analysis, University of Medicine and Pharmacy ”Iulia Hatieganu”, Thesis,
Cluj-Napoca.
[Ho,’08] Hossam M., et al, 2008, Amperometric sensing of ascorbic acid using a
disposable screen-printed electrode modified with electrografted o-aminophenol film,
Analyst, 133, 1736–1741, The Royal Society of Chemistry.
[Ho,’10] Hodkiewicz, J., 2010, Characterizing Carbon Materials with Raman
Spectroscopy, Thermo Fisher Scientific, Madison, WI, USA.
[Hu,’15] Huynh, T.-P., et al, 2015, Functionalized polythiophenes: Recognition
materials for chemosensors and biosensors of superior sensitivity, selectivity, and
detectability, ScienceDirect, Progress in Polymer Science 47 (2015) 1-25.
[Hw,’07] Hwang, L, Y,, Götz, H,, Hawker, C, J,, & Frank, C, W, (2007), Glyco-
acrylate copolymers for bilayer tethering on benzophenone-modified substrates,
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 54(2), 127-135.
[Io,’11] Iordache, Ş.-M., 2011, Biosenzori Pe Bază De Nanostructuri Carbonice
Funcţionalizate. Aplicaţii, Teză De Doctorat. Facultatea de Fizică - Universitatea din
Bucureşti [http://www.wired.com/gadgetlab/2010/01/e-textile-charge.
[Is,’10] Isarankura-Na-Ayudhya, C., et al, 2010, Fluorescent Protein-Based
Optical Biosensor for Copper Ion Quantitation, Biol Trace Elem Res, 134:352–363
DOI 10.1007/s12011-009-8476-9, Humana Press Inc.
[Ja,’15] Jaruwongrungsee, K., et al, 2015, Real-time multianalyte biosensors
based on interference-free multichannel monolithic quartz crystal microbalance,
ScienceDirect, Biosensors and Bioelectronics, 67, 576-581.
[Ju,’15] Justino, C.I.L. et al, 2015, Recent developments in recognition elements
for chemical sensors, Elsevier, ScienceDirect, Trends in Analitycal Chemistry 68, 2-17.
[Ka,’09] Kadara, R, O,, Jenkinson, N,, & Banks, C, E, (2009), Characterisation of
commercially available electrochemical sensing platforms, Sensors and Actuators B:
Chemical, 138(2), 556-562.
[Ka,’15] Kailas H. K., Analysis of iron and copper from wine samples, World
Journal Of Pharmacy And Pharmaceutical Sciences, Volume 4, Issue 10, 2229-2233
Research Article, 2015.
Rezumatul tezei de doctorat
24
[Ke,’11] Kennard, R. R., 2011, Characterization of Mesoporous Materials Via
Fluorescent Spectroscopic Methods, The University of Maine Digital Commons
UMaine, Electronic Theses and Dissertations Fogler Library.
[Ke,’13] Ketney O., et al., Content variation of iron and copper in Wine obtained
from wine vineyards recas, Acta Universitatis Cibiniensis Series E: Food Technology,
Vol. XVII, No. 1
[Ki,’09] Kilian K. A., et al., 2009, The importance of surface chemistry in
mesoporous materials: lessons from porous silicon biosensors Chem. Commun., 630–
640, The Royal Society of Chemistry.
[Ki,’10] Kim, D,, Duckworth, O, W,, & Strathmann, T, J, (2010), Reactions of
aqueous iron–DFOB complexes with flavin mononucleotide in the absence of strong
iron (II) chelators, Geochimica et Cosmochimica Acta, 74(5), 1513-1529.
[Kl,’09] Klemer, D. P. 2009, Microelectronic Biosensors: Materials and Devices,
Biomedical Engineering, ISBN 978-953-307-013-1. DOI: 10.5772/7874.
[Ko,’12] Koyun, A., et al, 2012, Biosensors and Their Principles, A Roadmap of
Biomedical Engineers and Milestones.
[Kr,’96] Kruzel, L. M., 1996, Biosensor for detecting iron, US 5516697 A.
[Ku,’10] Kumar, K., et al., 2010, Direct and derivative spectrophotometric
determination of copper (II) and nickel (II) in beer, wine and edible oils”, International
Journal of Pharma and Bio Sciences.
[Ku,’15] Kumar, S., et al, 2015, Graphene, carbon nanotubes, zinc oxide and gold
as elite nanomaterials for fabrication of biosensors for healthcare, Biosensors and
Bioelectronics 70 (2015) 498–503.
[La,’09] Lam, S. C. K., et al, 2009, A smartphone-centric platform for personal
health monitoring using wireless wearable biosensors, IEEE, Information,
Communications and Signal Processing, 2009. ICICS 2009, Page(s):1 – 7,
DOI:10.1109/ICICS.2009.5397628.
[La,’11] Lazzara, T., 2011, Benefits and Limitations of Porous Substrates as
Biosensors for Protein Adsorption, American Chemical Society, Anal. Chem. 2011, 83,
5624–5630, dx.doi.org/10.1021/ac200725y.
[Le,’06] Lei Y., et al, 2006, Review- Microbial biosensors, Analytica Chimica
Acta 568, 200–210.
[Le,’08] Lee, K., 2008, Functionalized conjugated polymers for signal amplifying
biosensors and sensor arrays, A dissertation in the University of Michigan.
[Le,’10] Lee, K., Povlich L. K. and Jinsang K., 2010, Recent advances in
fluorescent and colorimetric conjugated polymer-based biosensors, The Royal Society
of Chemistry, Analyst, 135, 2179–2189 | 2179.
[Le,’11] Ley, C, Holtmann, D,, Mangold, K, M,, & Schrader, J, (2011),
Immobilization of histidine-tagged proteins on electrodes, Colloids and Surfaces B:
Biointerfaces, 88(2), 539-551.
[Li,’04], Liu, J, (2004), Investigation of Cu (II) binding to bovine serum Albumin
by potentiometry with an ion selective electrode: A biophysical chemistry experiment
for the undergraduate curriculum, J, Chem, Educ, 81(3), 395.
[Li,’08] Li H., Guo A, Wang H., 2008, Mechanisms of oxidative browning of
wine, Food Chemistry 108 (2008) 1–13.
Rezumatul tezei de doctorat
25
[Li,’10] Li Y., et al, 2010, Gold nanoparticle-based biosensors, Gold Bulletin
Volume 43 No 1.
[Lo,’04] Lozovanu, P., 2004, Fullerenele – O Nouă Formă Alotropică A
Carbonului Fizica Şi Tehnologiile Moderne, Universitatea De Stat, Chişinău, vol. 2, nr.
3-4.
[Lo,’12] Lobnik A., et al, 2012, Optical Chemical Sensors: Design and
Applications, Chemical Sensors, cdn.intechopen.com.
[Lu,’08] Lupa, L., 2008, Determinarea conținutului de metale grele din vin prin
spectrometrie de absorbtie atomică (FAAS)”. Universitatea “Politehnica” din
Timişoara, Facultatea de Chimie Industrială şi Ingineria Mediului, Buletinul AGIR n r.
1-2/2008.
[Lv,’11] Lv, F., et al, 2011, Development of Film Sensors Based on Conjugated
Polymers for Copper (II) Ion Detection, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 845–850,
WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim wileyonlinelibrary.com.
[Ly, 01], Ly, N, H,, Seo, C,, & Joo, S, W, (2016), Detection of Copper (II) Ions
Using Glycine on Hydrazine-Adsorbed Gold Nanoparticles via Raman Spectroscopy,
Sensors, 16(11), 1785.
[Ma,’09], Marcon, L., Wang, M,, Coffinier, Y,, Le Normand, F,, Melnyk, O,,
Boukherroub, R,, & Szunerits, S, (2009), Photochemical immobilization of proteins and
peptides on benzophenone-terminated boron-doped diamond surfaces, Langmuir, 26(2),
1075-1080.
[Ma,’13] Marin, A. A., 2013, Corelații între structură, proprietățile fizice și
efectul de rezonanță plasmonică de suprafață, în cazul straturilor subțiri dielectrice cu
conținut de nanoparticule de metal nobil, Teză Doctorat, Universitatea Transilvania din
Brasov.
[Ma,’14] Malhotra B. D. et al, 2014, Nanomaterial-Based Biosensors for Food
Toxin Detection, Appl Biochem Biotechnol (2014) 174:880–896, DOI 10.1007/s12010-
014-0993-0.
[Ma,’16] Manzano, M., et al, 2016, Development of localized surface plasmon
resonance biosensors for the detection of Brettanomyces bruxellensis in wine, Elsevier,
Sensors and Actuators B223 (2016) 295-300.
[Mo,’06] Mohanty, S. P., Kougianos, E., 2006, Biosensors: A tutorial review,
0278-6648/06, IEEE, Potentials.
[Mo,’12a] Monošika, R., et al, 2012, Biosensors — classification,
characterization and new trends, Acta Chimica Slovaca, Vol. 5, No. 1, 2012, pp. 109—
120, DOI: 10.2478/v10188-012-0017-z.
[Mo,’12b] Mongra, A.C., et al, 2012, Review Study On Electrochemical-Based
Biosensors, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA)
Vol. 2, pp.743-749.
[Na,’12] Narsaiah K. et al, 2012, Optical biosensors for food quality and safety
assurance, a review, J Food Sci Technol, Spinger 49(4):383–406, DOI 10.1007/s13197-
011-0437-6.
[Ne,’13], Neghmouche, N, S,, &Lanez, T, (2013),Calculation of diffusion
coefficients and layer thickness for oxidation the ferrocene using voltammetry
technique, Int, J, Chem, Stud, 1, 28-32.
Rezumatul tezei de doctorat
26
[No,’17] Norocel, L., & Gutt, G., (2017), Electrochemical biosensor for detection
of copper ions in wine. Journal of Agroalimentary Processes and Technologies, 23 (3),
120-124.
[No,’18] Norocel, L., & Gutt, G., (2018), Electrochemical Biosensor Based On
The Use Of Spe For The Detection Of Iron Content In Wine. Food and Environment
Safety Journal, 17(2).
[Ol,’00] Olalla, M., González, M. C., Cabrera, C., & López, M. C. (2000).
Optimized determination of iron in grape juice, wines, and other alcoholic beverages by
atomic absorption spectrometry. Journal of AOAC International, 83(1), 189-195.
[Ol,’11] Oliveira C. M., et al., 2011, Oxidation mechanisms occurring in wines,
Food Research International 44(5):1115-1126.
[Or,’15] Oroian M., Romanian white wine authentication based on mineral
content, Journal of Agroalimentary Processes and Technologies, 21: 9-13, (2015).
[Ot,’01] Ott Michael L, Desferrioxamine, Free Radicals in Biology and Medicine,
(77:222), Spring 2001.
[Pa,’06] Paffetti, P., et. al, (2006). Non-protein-bound iron detection in small
samples of biological fluids and tissues. Biological trace element research, 112(3), 221-
232.
[Pa,’10a] Patel, P. N., Mishra, V., Mandloi, A. S., 2010, Optical Biosensors:
Fundamentals & Trends, Journal of Engineering Research and Studies, JERS/Vol.
I/Issue I/July-Sept. 2010/15-34.
[Pa,’10b] Paunovic M., et al, 2010, Fundamental Considerations, Modern
Electroplating, Fifth Edition, John Wiley & Sons, Inc.
[Pa,’15] Pagán, M,, Suazo, D,, del Toro, N,, & Griebenow, K, (2015), A
comparative study of different protein immobilization methods for the construction of
an efficient nano-structured lactate oxidase-SWCNT-biosensor, Biosensors and
Bioelectronics, 64, 138-146.
[Pă,’17] Pădureţ Sergiu, Norocel Liliana, Amariei Sonia, Gutt Gheorghe,
Evaluarea caracteristicilor de textură a produselor şi materiilor prime alimentare, Iaşi,
Editura Performantica, 92 p, ISBN- 978-606-685-501-3, 2017.
[Pi,’08] Pinto, E, M,, Soares, D, M,, & Brett, C, M, (2008),Interaction of BSA
protein with copper evaluated by electrochemical impedance spectroscopy and quartz
crystal microbalance, ElectrochimicaActa, 53(25), 7460-7466.
[Pi,’15] Pilehvar, S., De Wael, K., 2015, Recent Advances in Electrochemical
Biosensors Based on Fullerene - C60 Nano-Structured Platforms, Biosensors 5, 712-
735; doi:10.3390/bios5040712.
[Po,’08a] Popa, M., 2008, Metode de analiză utilizate în determinarea
contaminării cu metale grele, Universitatea “1 Decembrie 1918” Alba Iulia, Pangeea.
[Po,’08b] Pohanka, M., Skládal, P., 2008, Electrochemical biosensors – principles
and applications, Journal of Applied Biomedicine, 6: 57–64.
[Pr,’13] Pramanik, S., et al, 2013, Developments of Immobilized Surface
Modified Piezoelectric Crystal Biosensors for Advanced Applications, Int. J.
Electrochem. Sci., 8 (2013) 8863 – 8892.
Rezumatul tezei de doctorat
27
[Pu,’89] Puri, B. et al., 1989, Spectrophotometric Determination of Copper After
Adsorption of Its 1-Phenyl-4,4,6-Trimethyl (1H, 4H) - Pyrimidine-2-Thiol Complex
onto Microcrystalline Naphthalene, Volume 97, Issue 3, pp 213–220, Springer Link.
[Py,’07] Pyrzynska, K., 2007, Chemical speciation and fractionation of metals in
wine. Chemical Speciation & Bioavailability, 19(1), 1-8.
[Qu,’07] Quintero, A. et al, 2007, A microbial biosensor device for iron detection
under UV irradiation, IET Synth. Biol., 2007, 1, (1–2), pp. 71–73.
[Qu,’13] Ouédraogo, J, C, W,, Tapsoba, I,, Guel, B,, Sib, F, S,, &Bonzi-
Coulibaly, Y, L, (2013),Cyclic voltammetry and reduction mechanistic studies of
styrylpyrylium perchlorates, Bulletin of the Chem. Society of Ethiopia, 27(1), 117-124.
[Ra,’04] Ratner, B, D,, Hoffman, A, S,, Schoen, F, J,, & Lemons, J, E, (2004),
Biomaterials science: an introduction to materials in medicine, Academic Press.
[Ra,’09] Rashid O. K., et al, 2009, Norman Jenkinson, Craig E. Banks,
Characterisation of commercially available electrochemical sensing platforms, Sensors
and Actuators B 138, 556–562.
[Ra,’12] Ravindhranath, K., 2012, A simple method for spectrophotometric
determination of traces of copper, Bapatla-522101, Guntur (A.P.) Vol. 5, No.1, 38-41.
[Ra,’15a] Ramachandran, R., et al, 2015, Review An Overview of Fabricating
Nanostructured Electrode Materials for Biosensor Applications, International Journal of
Electrochemical Science 10 (2015) 8607 – 8629.
[Ra,’15b] Rackus, G. D. et al, 2015, Electrochemistry, biosensors and
microfluidics: a convergence of fields, Chem. Soc. Rev., 44, 5320—5340, The Royal
Society of Chemistry.
[Ra,’97] Ramsden, J. J., 1997, Review Paper Optical Biosensors, Journal Of
Molecular Recognition, Vol. 10, 109–120.
[Ră,’15] Răţoi, M., 2015, Cercetări asupra materialelor biocompatibile obținute
sub formă de straturi subțiri, Teza de doctorat, Universitatea Tehnică “Gheorghe
Asachi”, Iasi.
[Re, ’03] Reyes De Corcuera, J. I., Cavalieri, R. P., 2003, Biosensors,
Washington State University, U.S.A., Encyclopedia of Agricultural, Food, and
Biological Engineering.
[Re,’10] Reshetilov A.N., et al, 2010, The Microbial Cell Based Biosensors,
Intelligent and Biosensors, Intech, Croația, 289-322.
[Re,’12] Ren, F., 2012, Development of Aluminum Oxide (Al2O3) Gate Dielectric
Protein Biosensor under Physiologic Buffer, Thesis, Ohio State University.
[Ri,’06] Ribâereau-Gayon, P., Glories, Y., & Maujean, A. (2006). Handbook of
Enology: The Chemistry of Wine: Stabilization and Treatments. John Wiley & Sons.
[Ro,’04] Rodriguez-Mozaz, S, 2004, Biosensors for environmental applications:
Future development trends, Pure Appl. Chem., Vol. 76, No. 4, pp. 723–752, IUPAC
723.
[Ro,’08] Ronald S. Jackson, PhD (2008) Wine Science – Principles and
Applications, Elsevier Inc. Book, Third edition.
[Ro,’14a] Rocha-Santos, T.A.P., 2014, Sensors and biosensors based on magnetic
nanoparticles, ScienceDirect, Trends in analytical chemistry, 62 (2014) 28-36.
Rezumatul tezei de doctorat
28
[Ro,’14b] Rodionov, P. V., et al, 2014, A solid-phase fluorescent biosensor for
the determination of phenolic compounds and peroxides in samples with complex
matrices, Anal Bioanal Chem, 406:1531–1540 DOI 10.1007/s00216-013-7538-1.
[Ro,’14c] Rousseva M., 2014, Copper and iron speciation in white wine: Impact
on wine oxidation and influence of protein fining and initial copper and iron juice
concentrations, Master’s Thesis.
[Ro,’15] Roda, A., et al, 2015, Smartphone-based biosensors: a critical review
and perspectives, Trends in Analytical Chemistry.
[Ro,’16] Roda, A, et al, 2016, Progress in chemical luminescence-based
biosensors: A cristical Review, Biosensors and Bioelectronics 76, 164-179.
[Ru,’06] Ruiz, J.G., 2006, Desarrollo de biosensors enzimaticos miniaturizados
para su aplicacion en la industria alimentaria, Tesis Doctoral, Universidad Autonoma
de Barcelona.
[Ru,’13] Rusu, B. G., 2013, Obţinerea de structuri polimere în plasmă pentru
aplicaţii medicale, Teză în cotutelă, Universitatea "Alexandru Ioan Cuza" Din Iaşi,
Sciences Et Techniques Du Languedoc Montpellier, France.
[Sa,’09] Sarma, A. K., et al, 2009, Review, Recent advances in material science
for developing enzyme electrodes, Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2313–
2322.
[Sa,’10] Santos, A., et al, 2014, Nanoporous Anodic Alumina: A Versatile
Platform for Optical Biosensors, Materials 2014, 7, 4297-4320;
doi:10.3390/ma7064297.
[Sa,’13] Santos, A., Kumeria, T., Losic, D., 2013, Nanoporous anodic aluminum
oxide for chemical sensing and biosensors, Trends in Analytical Chemistry, Vol. 44,
2013 Trends doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.trac.2012.11.00725.
[Sa,’17] Sadak O., et al., 2017, Highly selective colorimetric and
electrochemical sensing of iron (III) using Nile red functionalized graphene film,
Biosensors and Bioelectronics 89(2017)430–436.
[Sc,’95] Scouten, W, H,, Luong, J, H,, & Brown, R, S, (1995), Enzyme or protein
immobilization techniques for applications in biosensor design, Trends in
biotechnology, 13(5), 178-185.
[Sc,’98] Schmitt, J., Flemming, H.-C., 1998, FTlR-spectroscopy in microbial and
material analysis, International Biodeterioration & Biodegradation 4l (1998) l-1.
[Sh,’08] Sheng, R., et al, 2008, Colorimetric Test Kit for Cu2+ Detection,
American Chemical Society, Organic Letters, Vol. 10, No. 21 5015-5018.
[Sh,’09] Shao, Y., et al, 2010, Graphene Based Electrochemical Sensors and
Biosensors: A Review, Electroanalysis, No. 10, 1027 – 10362, Wiley-VCH Verlag
GmbH&Co. KGaA, Weinheim.
[Sh,’11] Shi, J,, Claussen, J, C,, McLamore, E, S,, ulHaque, A,, Jaroch, D,, Diggs,
A, R,, ,,, & Porterfield, D, M, (2011), A comparative study of enzyme immobilization
strategies for multi-walled carbon nanotube glucose biosensors, Nanotechnology,
22(35), 355502.
[Si,’13] Lívia Maria da Costa Silva, et al, 2013, Biosensors for Contaminants
Monitoring in Food and Environment for Human and Environmental Health, State of
Rezumatul tezei de doctorat
29
the Art in Biosensors - Environmental and Medical Applications, InTech, , Dr. Toonika
Rinken (Ed.), ISBN: 978-953-51-1035-4, InTech, DOI: 10.5772/55617.
[Si,’14] Siok, C. T., and Wong, L. S., 2014, Whole Cell-based Biosensors for
Environmental Heavy Metals Detection, Annual Research & Review in Biology, 4(17):
2663-2674, 2014, ScienceDomain international.
[So,’03] Sotiropoulou, S., et al, 2003, Novel carbon materials in biosensor
systems, Elsevier, Biosensors and Bioelectronics 18 (2003) 211/215.
[Sp,’09] Spetz, A. L., 2009, New transducer material concepts for biosensors and
surface functionalization, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical
Engineering, Ed Ulrich Schmid, 7362, 736206, 2009.
[St,’99] Stanca, S. E., 1999, Biosenzor amperometric pentru decelarea fenolului și
a derivaților săi, Teză de dctorat, Universitatea ”Babeș Bolyai”, Cluj-Napoca.
[St,’08] Stamatin, I., 2008, Nanomateriale aplicații în biosenzori, surse de
energie, medicină, biologie, Elemente de Nanotehnologie, Editura Universității din
București.
[St,’09] Stafilov T., Karadjova I., 2009, Atomic absorption spectrometry in
wine analysis – a review –, Macedonian Journal of Chemistry and Chemical
Engineering, Vol. 28, No. 1, pp. 17–31.
[Su,’14] Suresh, S., and Mathan, P., 2014, Recent Trends in Nanobiosensors
and Their Applications - A Review, Rev. Adv. Mater. Sci. 36 (2014) 62-69.
[Su,’18] Sun, X., Liu, L., Ma, T., Yu, J., Huang, W., Fang, Y., & Zhan, J. (2018).
Effect Of High Cu2+ Stress On Fermentation Performance And Copper Biosorption Of
Saccharomyces Cerevisiae During Wine Fermentation. Food Science And Technology,
(Ahead), 0-0.
[Te,’15] Teslaru, T. L., 2015, Caracterizarea filmelor de Politiofen obţinute în
reactori cu plasmă la presiune atmosferică, Teză de Doctorat, Universitatea “Alexandru
Ioan Cuza” Din Iași, Facultatea De Fizică.
[Te,’16] Tereshchenko, A., et al, 2016, Optical Biosensors Based on ZnO
Nanostructures: Advantages and Perspectives. A Review, Sensors and Actuators B:
Chemical, doi:10.1016/j.snb.2016.01.09.
[Th,’13] Thakur, M. S., & Ragavan, K. V., 2013, Biosensors in food processing,
J Food Sci Technol, 50(4):625–641, DOI 10.1007/s13197-012-0783-z.
[To,’14] Topală, T,, Bodoki, A,, Oprean, L,, & Oprean, R, (2014), Bovine serum
albumin interactions with metal complexes, Clujul Medical, 87(4), 215.
[Tr,’16] Trashin, S,, de Jong, M,, Meynen, V,, Dewilde, S,, & De Wael, K,
(2016), Attaching Redox Proteins onto Electrode Surfaces by using
bis‐Silane,ChemElectroChem, 3(7), 1035-1038.
[Tu,’11] Turdean, G. L., 2011, Review Article, Design and Development of
Biosensors for the Detection of HeavyMetal Toxicity, SAGE-Hindawi Access to
Research International Journal of Electrochemistry Volume 2011.
[Tu,’13] Turner, A, P, (2013), Biosensors: sense and sensibility, Chemical
Society Reviews, 42(8), 3184-3196.
[Țâ,’07] Țârdea, C., 2007, Chimia și analiza vinului, Editura „Ion Ionescu de la
Brad”, Iasi.
Rezumatul tezei de doctorat
30
[Ur,’13] Urek, Š. K., et al, 2013, Review Article Sensing Heavy Metals Using
Mesoporous-Based Optical Chemical Sensors, Hindawi Publishing Corporation Journal
of Nanomaterials Volume 2013, 13 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/501320.
[Va,’07] Vasilescu, I,, Litescu, S,, Penu, R,, & Radu, G, L, (2007), The procedure
to obtain an electrode with chemical modified surface using L-cisteine and metallic ion
determination with consequences in physiological processes, Revista De Chimie,
58(12), 1161-1166.
[Ve,’05] Verma, N., & Singh, M., 2005, Mini Review, Biosensors for heavy
metals, BioMetals (2005) 18:121–129, Springer.
[Vi,’11] Viguier, B., et al, 2011, Development of an Electrochemical Metal-Ion
Biosensor Using Self-Assembled Peptide Nanofibrils, American Chemical Society,
ACS Appl. Mater. Interfaces, 3, 1594–1600.
[Vo,’08] Vo-Dinh, T., 2008, Biosensors and Biochips, Micro and Nanoscale
Biosensors and Materials, Oak Ridge, TN 37831-6101, U.S.A.
[Wa,’06] Wang, F., et al, 2006, Luminescent nanomaterials for biological
labelling, Topical Review, Nanotechnology 17, R1–R1, Minquan Wang, IOP
PublishingLtd Printed in the UK.
[Wa,’08] WanTai, G, (2008), Protein immobilization on polypropylene surface
modified by photografting [J], Journal of Beijing University of Chemical Technology
(Natural Science Edition), 4, 014.
[Wo,’15] Wong, L. S., et al, 2015, A novel in vivo β carotene biosensor for heavy
metals detection, Journal of Environmental Biology, Vol. 36, 1277-1281, Triveni
Enterprises, Lucknow (India).
[Wu,’11] Wu, X,, Tang, Q,, Liu, C,, Li, Q,, Guo, Y,, Yang, Y,, & Deng, Y,
(2011), Protein photoimmobilizations on the surface of quartz glass simply mediated by
benzophenone, Applied Surface Science, 257(17), 7415-7421.
[Ya, 01], Yang, W,, Jaramillo, D,, Gooding, J, J,, Hibbert, D, B,, Zhang, R,,
Willett, G, D,, & Fisher, K, J, (2001), Sub-ppt detection limits for copper ions with
Gly-Gly-His modified electrodes, Electronic supplementary information (ESI)
available: mass spectra and Table S1, See http://www, rsc,
org/suppdata/cc/b1/b106730n, Chemical Communications, (19), 1982-1983.
[Ya,’12] Yakimova, R., et al, 2012, ZnO materials and surface tailoring for
biosensing, Linköping University Post Print.
[Zh,’12] Zhou, Y., et al, 2012, Interfacial Structures and Properties of Organic
Materials for Biosensors: An Overview, Sensors, 12, 15036-15062;
doi:10.3390/s121115036.
[EP0304183B1] Stabilization of deferoxamine to chelate free ions in
physiological fluid
[*]https://www.awri.com.au/industry_support/winemaking_resources/fining-
stabilities/hazes_and_deposits/copper_instability/
[**] http://www.dropsens.com/en/screen_printed_electrodes_pag.html
[***] https://ro.wikipedia.org/wiki/Electroliz%C4%83
[****]https://www.basinc.com/manuals/EC_epsilon/Techniques/CycVolt/cv_anal
ysis