ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΩΝ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΜΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ ΣΠΥΡΟΣ ΚΙΝΤΖΙΟΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ

Transcript

1 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΩΝ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΜΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ ΣΠΥΡΟΣ ΚΙΝΤΖΙΟΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

2 ΤΟ ΑΔΙΕΞΟΔΟ ΜΕ ΤΙΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΩΝ Χρονοβόρες. Ακριβές. Απαιτούν εξειδικευμένο προσωπικό και υποδομή. Δεν είναι φορητές.

3 ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ

4 ΜΕΤΑΓΩΓΟΣ ΣΗΜΑ BIΟΛΟΓΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ Ένζυμο DNA/RNA Αντίσωμα Κύτταρο, ιστός ή οργανισμός Ηλεκτρικό Οπτικό

5 ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΕΝΖΥΜΙΚΟΙ/ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΟΙ ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ

6 ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ Αυξημένη ευαισθησία λόγω υψηλότερης βιοκαταλυτικής ενεργότητας

7 ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΟΣ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ Φυτοφάρμακο Φθορίζων γόνος αναφοράς Μεταβολικό οπερόνιο ΦΩΤΑΥΓΕΙΑ Γενετικά τροποποιημένο βακτήριο

8 BIOΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ (I) ΜΟΡΙΟ ΜΟΡΙΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΜΟΡΙΟ Αλλαγή στη μεμβρανική λειτουργία Αλλαγή στη ροή ηλεκτρολυτών Ηλεκτρικό σήμα Ηλεκτρόδιο εργασίας

9 BIOΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ (II) C R ΚΥΤΤΑΡΟ ΜΟΡΙΟ ΜΟΡΙΟ ΜΟΡΙΟ

10 MIΚΡΟΦΥΣΙΟΜΕΤΡΙΑ ΓΛΥΚΟΖΗ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ ΟΞΙΝΙΣΗ (ISFET) ΚΥΤΤΑΡΟ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑΚΗ ΑΝΑΠΝΟΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ O 2 O 2 CO 2 ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ (IDES)

11

12 ΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΕΙΝΑΙ ΑΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΜΕΝΑ Ηλεκτρόδιο εργασίας Οι μεμβρανικές ιδιότητες αλλάζουν ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΗΜΑ Μόριο προς ανίχνευση Πήγμα Κύτταρο Αλληλεπίδραση με κύτταρα Η ΜΑΓΙΚΗ ΣΦΑΙΡΑ: Ο ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΟΣ ΑΝΑΛΩΣΙΜΟΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ

13

14

15 ΚΥΤΤΑΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Frossyniotis et al. (2006) Lectures Comp. Sci. 4132: Glezakos et al. (2009) Computer and Electronics in Agriculture (in press)

16 ΤΑ ΟΥΣΙΑΣΤΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Πολύ υψηλή ταχύτητα (χρόνος μέτρησης: : 1-31 min) Πολύ υψηλή ευαισθησία (<1 ppt) Χαμηλό κόστος Δεν απαιτείται προετοιμασία δείγματος Μετρήσεις φορητές, on-line line, σε πραγματικό χρόνο

17 ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΑΠΟ 5000 ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΤΗΝ ΗΜΕΡΑ

18 ΔΙΑΡΚΗΣ ΣΜΙΚΡΥΝΣΗ Αναλώσιμοι Βιοαισθητήρες FPGA Κάρτα συλλογής και επεξεργασίας σημάτων

19 ΑΠΛΗ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ

20 ΕΚΛΕΚΤΙΚΗ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ (Ι) CARBARYL CHLORPYRIPHOS Mavrikou et al. (2008) Sensors 8:

21 ΕΚΛΕΚΤΙΚΗ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ (ΙΙ) PROPINEB DIAZINON Flampouri et al. (2010) Talanta 80:

22 ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ MICROARRAYS

23 Recovery Rate στη τομάτα Φυτικοί βιοαισθητήρες Ζωικοί βιοαισθητήρες R 0.01MRL = 100 = 0,418 % R0.01MRL = 100 = 0,722 % RLOQ= 100 = 0,700 % RLOQ= 100 = 0,778 % R 0.1MRL = 100 = 1,416 % R 0.1MRL = 100 = 1,200 % Λόκκα (2010) Πτυχιακή μελέτη ΓΠΑ

24 Πλεονεκτήματα κυτταρικών αισθητήρων: Πολυενζυμικοί καταλύτες Παρέχουν φυσιολογικές πληροφορίες Χαμηλό κόστος Εξαιρετικοί ευαισθησία ΑΛΛΑ Παρουσιάζουν φτωχή εκλεκτικότητα

25 ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΕΚΛΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Βασίζονται στη γενετική τροποποίηση B λεμφοκυττάρων και την έκφραση μεμβρανικών υποδοχέων Παράδειγμα: Το σύστημα CANARY (Cellular Analysis and Notification of Antigen Risks and Yields) Rider et al.., Science 301, Whelan, R.J., Zare, R.N., Biosens. Bioelectron. 18, Ziauddin, J., Sabatini, D.M.; Nature 411,

26 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕ ΤΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ Δεν είναι εφικτή με όλες τις κυτταρικές σειρές Δεν είναι πάντα σταθερή Μπορεί να οδηγήσει στην υπερέκφραση ορισμένων γονιδίων

27 MOLECULAR IDENTIFICATION THROUGH MEMBRANE ENGINEERING (MIME): ΕΝΑ ΝΕΟ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ MIME κύτταρα φέροντα Τεχνητούς υποδοχείς Moschopoulou et al. (2008) Biosens. Bioelectron. 24: Perdikaris et al. (2009) Sensors 9:

28 A ΑΝΑΛΥΤΗΣ B ΧΩΡΗΤΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΝΤΛΙΑ ΙΟΝΤΩΝ ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ C + ΙΟΝΤΙΚΟ ΡΕΥΜΑ + ΥΠΕΡΠΟΛΩΣΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ - ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΩΝ + +

29 Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΕΙΣΑΓΩΓΗΣ

30 100% 80% Electroporation DAY 0 DAY 1 DAY 2 AChE Specific Activity (% control) 50% 40% 30% 20% 10% Electroporation Osmotic insertion Cell viability (% control) 60% 40% 20% 0% 100% Buffer AChE AChE/Lauric acid Osmotic Insertion DAY 0 DAY 1 DAY 2 0% -10% Buffer AChE AChE/Lauric acid Mavrikou et al. (2009) 1st Bio-Sensing Technology Conference. Cell viability (% control) 80% 60% 40% 20% 0% Buffer AChE AChE/Lauric acid

31 Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΚΧΥΛΙΣΗΣ ΕIΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ Τα αισθητήρια όργανα (κύτταρα) είναι ευαίσθητα σε οργανικούς διαλύτες και ακραίες τιμές ph Αυτό μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στην ανίχνευση ορισμένων ουσιών

32 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ CHLORPYRIFOS + CYPROCONAZOLE 0,18 0,16 ΑΠΟΚΡ ΙΣΗ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡ Α (V ) 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 BIO clorp 0,01 clorp 0,2 cypro 0,1 cyp 0,1+cl 0,01 cyp 0,1+cl 0,2 buffer

33 ΠΡΩΤΟΝΙΟΦΙΛΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ CYPROCONAZOLE CHLROPYRIFOS

34 Νεονικοτινοειδή Προσυναπτικός Άξονας Προσυναψη Συναπτικό χάσμα Μετασυναψη Νεονικοτινοειδή* Μετασυναπτικός Άξονας Νικοτινικός Υποδοχέας ACh (Ιονικό Κανάλι) * imidacloprid, thiacloprid, acetamiprid, thiamethoxam, clothianidin

35 Αμίδια του τετρονικού οξέος CH 3 C~SCoA ATP O HCO 3 - ADP + P i - OOC-CH 2 C~SCoA O Ενεργός Άνθρακας Καρβοξυλάση του ακέτυλο-συνενζύμου Α

36 Στρομπιλουρίνες συνθετικά παράγωγα φυσικών προϊόντων του μύκητα Strobilurus tenacellus παρεμποδίζουν τη ροή των ηλεκτρονίων στο σύμπλοκο των κυτοχρωμάτων bc1 της αναπνευστικής αλυσίδας kresoxim-methyl, fenamidone, azoxystrobin, fluoxastrobin, pyraclostrobin, trifloxystrobin, famoxadone, picoxystrobin Strobilurus tenacellus Strobilurin A Kresoxim - methyl

37 ΕΘΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΑΓΚΟΣΜΙΕΣ ΠΙΛΟΤΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΑΜΕΣΗ ΔΙΑΛΟΓΗ ΚΑΘΑΡΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΣΤΟΝ ΤΟΠΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ/ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ

38

39

40