REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT · fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic...

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



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


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


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



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


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


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


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


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]


11


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


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


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.


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


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.


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


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


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


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


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.


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


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.


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.


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).


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.

http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2015.06.052

http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2015.06.052


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.

http://www.hindawi.com/51893062/

http://dx.doi.org/10.1155/2014/307519


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.


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.


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.


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.


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


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.


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

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_analysis

https://www.basinc.com/manuals/EC_epsilon/Techniques/CycVolt/cv_analysis

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT · fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic...

Documents

Transcript of REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT · fotoreactiv, respectiv benzofenona și un traductor electrochimic...