ebook Bioanalityka. Tom II

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2020

Bioanalityka, to interdyscyplinarna dziedzina wiedzy, która stanowi szybko rozwijający się obecnie dział chemii analitycznej.
Bioanaliza zaczyna odgrywać kluczową rolę w szybko rozwijających się dziedzinach współczesnej bionauki w ramach genomiki, proteomiki, metabolomiki, lipidomiki i innych. Umiejętność doboru odpowiednich metod i narzędzi, w zależności od rodzaju podejmowanego problemu, jest niezwykle ważne i często decyduje o powodzeniu zarówno kolejnych etapów jak i całości badań.
Duże zainteresowanie bioanalityką, w tym kształcenie na poziomie przedmiotów podstawowych i specjalnościowych, jak również funkcjonowanie specjalności „Bioanalityka” na wielu uczelniach, potrzeby laboratoriów klinicznych czy medycyny sądowej, czy kontroli jakości produktów spożywczych i żywności, skłoniły redaktorów naukowych do przygotowania niniejszej książki. Przedstawione w niej zagadnienia będą przydatne studentom i pracownikom naukowym, pracownikom laboratoriów badawczych również z pokrewnych dziedzin.
Książka ta jest opracowaniem zbiorowym, w którym znakomici specjaliści z różnych ośrodków naukowych i badawczych w Polsce przedstawili – potencjał, aplikacje kliniczne i środowiskowe oraz perspektywy dalszego rozwoju bioanalityki.
Drugi tom składa się z dwóch części:
CZĘŚĆ C Nowe rozwiązania metodyczne i aparaturowe w bioanalityce CZĘŚĆ D Metody analityczne w biomonitoringu „Publikacja została przygotowana przez znakomitych analityków o dużym doświadczeniu, często na podstawie przeprowadzanych własnych badań. Podręcznik uwzględnia praktycznie wszystkie aspekty bioanalityki. Prezentuje zarówno zagadnienia teoretyczne związane z interdyscyplinarnym charakterem bioanalityki (badania medyczne i farmaceutyczne, analizę produktów spożywczych i żywnościowych, analizę surowców naturalnych jako źródła substancji aktywnych biologicznych, badania środowiskowe), jak i przedstawia możliwości i potencjalne aplikacje metodologiczne. Jako chemik analityk jestem przekonany, że podręcznik będzie pomocny zarówno studentom i pracownikom naukowym uniwersytetów i politechnik oraz praktykom pracujących w różnego typu laboratoriach medycznych, farmaceutycznych czy środowiskowych. Zaletą książki jest krytyczne podejście do prezentowanego materiału, omawiane są zarówno zalety jak i ograniczenia poszczególnych metodyk analitycznych. W wielu rozdziałach przedstawione zostały tendencje rozwojowe w danej technice analitycznej, np. miniaturyzację stosowanej aparatury badawczej (lab-on-chip).”
Z recenzji prof. Waldemara Wardenckiego

Spis treści ebooka Bioanalityka. Tom II

Wykaz podstawowych skrótów XIX
Część III 447
Nowe rozwiązania metodyczne i aparaturowe w bioanalityce 447
29. Koncepcja quality by design w bioanalityce 449
29.1. Wprowadzenie 449
29.2. Kontrola jakości 449
29.3. Zarządzanie jakością 450
29.4. Quality by design 451
29.4.1. Założenia koncepcji QbD 451
29.4.2. Metody planowania eksperymentów (DoE) 451
29.5. Planowanie jakości w praktyce laboratoryjnej 453
29.5.1. Przykładów kilka, czyli miniprzegląd literatury 454
29.6. Podsumowanie 457
Piśmiennictwo 458
30. Systemy lab-on-a-chip w analizie biomedycznej 459
30.1. Wprowadzenie 459
30.2. Materiały konstrukcyjne mikrosystemów 459
30.2.1. Krzem 459
30.2.2. Szkło 460
30.2.3. Materiały polimerowe 460
30.2.4. Papier 462
30.3. Wybrane technologie wykorzystywane do wytwarzania mikrosystemów 463
30.3.1. Fotolitografia 463
30.3.2. Metody replikacyjne 464
30.3.3. Metody mechaniczne 465
30.4. Elementy konstrukcyjne mikrosystemów 466
30.4.1. Mikropompy 466
30.4.2. Mikrozawory 467
30.4.3. Mikromieszalniki 467
30.4.4. Moduły do generowania kropel 468
30.4.5. Detektory 468
30.5. Przykłady zastosowań mikrosystemów 470
30.5.1. Analiza kwasów nukleinowych 471
30.5.2. ELISA 475
30.5.3. Hodowla komórek, badanie interakcji i migracji komórek 476
30.5.4. Systemy disease-, organ-, body-on-a-chip 478
30.5.5. Systemy point-of-care (POC) 480
30.6. Podsumowanie 481
Piśmiennictwo 481
31. Miniaturyzacja w metodach separacyjnych 483
31.1. Wprowadzenie 483
31.2. Zagadnienia aparaturowe 484
31.2.1. Kolumny monolityczne 490
31.3. Podsumowanie 494
Piśmiennictwo 494
32. Bioczujniki – zasada działania, receptory, detektory 497
32.1. Wprowadzenie 497
32.2. Zasada działania (bio)czujników chemicznych 497
32.3. Receptory biologiczne 498
32.3.1. Enzymy 498
32.3.2. Kwasy nukleinowe 500
32.3.3. Przeciwciała 500
32.3.4. Inne materiały biologicznego rozpoznania 502
32.4. Kompozyty immobilizujące 502
32.4.1. Wykorzystanie nanostruktur węglowych 502
32.4.2. Wykorzystanie polimerów przewodzących 504
32.4.3. Wykorzystanie nanocząstek metali i tlenków metali 504
32.4.4. Inne materiały wzbogacające matryce bioczujników 505
32.5. Techniki detekcji 505
32.5.1. Techniki optyczne 507
32.5.2. Techniki elektrochemiczne 507
32.5.3. Inne techniki detekcyjne 508
32.6. Podsumowanie 509
Piśmiennictwo 509
33. Woltamperometryczne bioczujniki w bioanalizie 511
33.1. Wprowadzenie 511
33.2. Definicja bioczujnika oraz schemat budowy 511
33.2.1. Mechanizmy generowania sygnałów analitycznych 512
33.3. Czujniki oparte na swobodnie dyfundujących znacznikach redoks-aktywnych 513
33.3.1. Genoczujniki 513
33.3.2. Czujnik od oznaczania jonów siarczanowych 514
33.3.3. Immunoczujniki 516
33.4. Genoczujniki z sondą DNA zawierającą redoksaktywny znacznik (E-DNA) 516
33.5. Czujniki wykorzystujące warstwy redoks-aktywne 517
33.6. Perspektywy rozwoju i zastosowań elektrochemicznych bioczujników 519
33.7. Podsumowanie 520
Podziękowanie 520
Piśmiennictwo 520
34. Analiza woltamperometryczna leków przeciwnowotworowych 523
34.1. Wprowadzenie 523
34.2. Leki przeciwnowotworowe i ich podział 524
34.2.1. Leki alkilujące i ich pochodne 524
34.2.2. Antymetabolity 525
34.2.3. Inhibitory topoizomerazy 525
34.2.4. Antybiotyki cytostatyczne 525
34.2.5. Inhibitory mitozy 525
34.2.6. Inhibitory kinazy tyrozynowej 526
34.3. Techniki analityczne stosowane do oznaczania leków przeciwnowotworowych 526
34.4. Węglowe elektrody robocze stosowane przy oznaczaniu leków przeciwnowotworowych 527
34.4.1. Elektrody grafitowe 527
34.4.2. Elektrody z węgla szklistego 528
34.4.3. Elektrody diamentowe domieszkowane borem 528
34.4.4. Pastowe elektrody węglowe 529
34.4.5. Elektrody drukowane 529
34.5. Badane materiały biologiczne 530
34.5.1. Mocz 530
34.5.2. Krew (osocze, surowica) 530
34.6. Metody woltamperometryczne w oznaczaniu wybranych leków przeciwnowotworowych na elektrodach węglowych 531
34.7. Podsumowanie 535
Piśmiennictwo 535
35. Enzymatyczne biosensory na bazie przewodzących kompozytów i ich zastosowania w bioanalityce 539
35.1. Wprowadzenie 539
35.2. Budowa i działanie biosensora 539
35.2.1. Polimery przewodzące elektronowo 540
35.2.2. Materiały nanostrukturalne 540
35.2.3. Rodzaje detekcji 542
35.3. Zastosowania wybranych biosensorów 543
35.3.1. Biosensory glukozy 543
35.3.2. Biosensory cholesterolu 546
35.3.3. Biosensory z lakazą 547
35.3.4. Biosensory mocznika 548
35.4. Podsumowanie 549
Piśmiennictwo 549
36. Mikropróbkowanie laserowe w układzie LA-ICP-MS w wielopierwiastkowym obrazowaniu próbek klinicznych 553
36.1. Wprowadzenie 553
36.2. Cel badań nad wizualizacją rozmieszczenia pierwiastków 554
36.2.1. Rozmieszczenie pierwiastków pochodzenia endogennego 555
36.2.2. Rozmieszczenie pierwiastków pochodzenia jatrogennego 555
36.3. Charakterystyka LA-ICP-MS jako narzędzia analitycznego 556
36.4. Przygotowanie próbek klinicznych do analizy LA-ICP-MS 559
36.5. Kalibracja 560
36.6. Podsumowanie 561
Piśmiennictwo 561
37. Zastosowanie technik spektroskopowych w analizie biokoloidów 565
37.1. Wprowadzenie 565
37.2. Białka 569
37.3. Biokoloidy 570
37.3.1. Podwójna warstwa elektryczna 570
37.3.2. Potencjał zeta 572
37.3.3. Stabilność dyspersji 572
37.3.4. Teorie elektrokinetyczne 574
37.4. Oddziaływania metal–białko 576
37.5. Konsekwencje oddziaływań metal–białko 578
37.5.1. Metaloproteiny 578
37.5.2. Metalokompleksy 578
37.5.3. Nanocząstki 579
37.6. Natura procesu biosorpcji związków niskocząsteczkowych i jonów metali przez mikroorganizmy 582
37.7. Podsumowanie 585
Piśmiennictwo 585
38. Nowoczesne metody identyfikacji mikroorganizmów 589
38.1. Wprowadzenie 589
38.2. Identyfikacja mikroorganizmów 590
38.2.1. Metody mikroskopowe 590
38.2.2. Charakterystyka wzrostu kultur bakteryjnych 592
38.2.3. Badanie profili biochemicznych bakterii 593
38.2.4. Wewnątrzgatunkowe typowanie bakterii 596
38.2.5. Automatyczne, półautomatyczne i zminiaturyzowane systemy identyfikacji mikroorganizmów 597
38.2.6. Chromatograficzne metody identyfikacji mikroorganizmów 598
38.2.7. Molekularne metody genotypowania 599
38.2.8. Biologiczne mikromacierze w mikrobiologii 600
38.2.9. Techniki spektrometryczne 600
38.3. Biokoloidy 602
38.4. Techniki elektromigracyjne w mikrobiologii 605
38.5. Perspektywy rozwojowe 608
38.6. Podsumowanie 609
Piśmiennictwo 609
39. Kompleksowe porównanie elektroforezy kapilarnej i wysokosprawnej chromatografii cieczowej w kontekście wybranych zastosowań bioanalitycznych przy użyciu modelu kolorów RGB 613
39.1. Wprowadzenie 613
39.2. Podstawy modelu RGB 614
39.2.1. Kolor metody 614
39.2.2. Blask metody 616
39.2.3. Algorytm oceny (arkusz Excel) 616
39.3. Porównanie wybranych metod wykorzystujących techniki HPLC i CE 617
39.3.1. Informacje ogólne 617
39.3.2. Oznaczanie leków anty-HIV w moczu pacjentów z AIDS 618
39.3.3. Oznaczanie kotyniny jako markera narażenia na dym tytoniowy 621
39.4. Dyskusja 624
39.4.1. Porównanie HPLC i CE 624
39.4.2. Potencjał modelu RGB jako narzędzia oceny 624
39.5. Podsumowanie 625
Piśmiennictwo 625
Część IV 627
Metody analityczne w biomonitoringu 627
40. Wyzwania analityczne w ekotoksykologii nowo pojawiających się zanieczyszczeń środowiska 629
40.1. Wprowadzenie 629
40.2. Leki 630
40.2.1. Biomonitoring leków w środowisku 631
40.2.2. Wyzwania analityczne 632
40.3. Ciecze jonowe 634
40.3.1. Ciecze jonowe a środowisko 635
40.3.2. Wyzwania analityczne 636
40.4. Mikroplastiki 637
40.4.1. Mikroplastiki a środowisko 637
40.4.2. Wyzwania analityczne 638
40.5. Podsumowanie 639
Piśmiennictwo 640
41. Analiza niecelowana jako narzędzie do poszukiwania produktów przemian ksenobiotyków 643
41.1. Wprowadzenie 643
41.2. Porównanie analizy celowanej i niecelowanej – zalety, ograniczenia, potencjalne zastosowanie 644
41.3. Nowe techniki analityczne dla potrzeb analizy niecelowanej 646
41.3.1. Chromatografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas w NTA 646
41.3.2. Chromatografia cieczowa sprzężona ze spektrometrią mas w NTA 647
41.3.3. Interpretacja otrzymanych danych 649
41.4. Strategie analizy niecelowanej w wykrywaniu nieznanych związków w próbkach środowiskowych 650
41.5. Podsumowanie 657
Piśmiennictwo 658
42. Związki endokrynnie czynne w środowisku wodnym – analityka i wpływ na organizmy żywe 661
42.1. Wprowadzenie 661
42.2. Regulacje prawne 661
42.3. Źródła i drogi migracji EDCs w środowisku 664
42.4. Metody analizy chemicznej 665
42.4.1. Analityczne problemy oznaczania EDCs w próbkach środowiskowych 666
42.5. Związki endokrynnie czynne w ściekach komunalnych 666
42.5.1. Obecność EDCs w ściekach komunalnych 666
42.5.2. Losy EDCs w komunalnych oczyszczalniach ścieków 667
42.5.3. Zwiększanie efektywności usuwania EDCs ze ścieków 668
42.6. Związki endokrynnie czynne w odciekach składowiskowych i wodach gruntowych 669
42.6.1. Obecność EDCs w odciekach składowiskowych i wodach gruntowych 669
42.7. Wpływ na organizmy żywe 670
42.8. Ryzyko środowiskowe 671
42.9. Podsumowanie 672
Piśmiennictwo 672
43. Metody analityczne w badaniach procesów biotransformacji ksenobiotyków fosfonoorganicznych 675
43.1. Wprowadzenie 675
43.2. Pochodzenie ksenobiotyków fosfonoorganicznych obecnych w ekosystemach 675
43.3. Przemiany pochodnych fosfonowych w środowisku 677
43.4. Niekorzystne skutki obecności fosfonianów w środowisku 679
43.5. Metody analityczne użyteczne w oznaczaniu związków fosfonowych 680
43.6. Podsumowanie 683
Podziękowanie 683
Piśmiennictwo 683
44. Wybrane techniki mikroekstrakcyjne wykorzystujące ciecze jonowe w badaniu związków biologicznie aktywnych 687
44.1. Wprowadzenie 687
44.2. Ciecze jonowe – nowe medium ekstrakcyjne (rozpuszczalniki nowej generacji) 689
44.3. Techniki mikroekstrakcyjne wykorzystujące IL do izolacji i wzbogacania analitów z próbek biologicznie aktywnych 690
44.3.1. Mikroekstrakcja do pojedynczej kropli z wykorzystaniem cieczy jonowej 690
44.3.2. Mikroekstrakcja poprzez membranę do fazy ciekłej 691
44.3.3. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych 691
44.3.4. In situ dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz–ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych 693
44.3.5. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych oraz nanocząstek magnetycznych 694
44.3.6. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem magnetycznych cieczy jonowych 695
44.4. Podsumowanie 697
Piśmiennictwo 697
45. Analiza produktów kosmetycznych w matrycach biologicznych 701
45.1. Wprowadzenie 701
45.2. Nieinwazyjne techniki pobierania próbek w celu określenia biomarkerów ekspozycji 702
45.3. Bioanalityka in vivo tolerancji skóry na kosmetyki (testy dermatologiczne) 702
45.4. Testy aktywności kosmetycznej 703
45.5. Badania związków endogennych w skrawkach tkanek skóry 704
45.6. Badania egzogennych związków aktywnych 704
45.6.1. Rodzaje transportu przeznaskórkowego 704
45.6.2. Czynniki wpływające na transport substancji aktywnych 705
45.6.3. Metody badania substancji aktywnych 705
45.6.4. DESI-MSI – innowacyjne podejście do badań przenikalności składników aktywnych przez skórę 706
45.7. Ocena lipidomiczna 706
45.7.1. Badanie przesiewowe składu lipidów w sebum skóry, pocie, łoju włosów i włosach 708
45.7.2. Eikozanoidy/markery stanu zapalnego w biopsjach/lipidach powierzchniowych 708
45.7.3. Skład fosfolipidów/ceramidów w biopsjach/ powierzchniowych warstwach skóry/ komórkach hodowlanych 709
45.8. Ocena stresu oksydacyjnego w próbkach biologicznych 709
45.9. Jakościowa analiza cząsteczek zapachowych w próbkach biologicznych do oceny skuteczności antyperspirantów, dezodorantów i innych preparatów 710
45.9.1. Skuteczność antyperspirantów 710
45.9.2. Skuteczność dezodorantów 711
45.10. Podsumowanie 711
Piśmiennictwo 712
46. Bioanalityka związków fluoru 715
46.1. Wprowadzenie 715
46.2. Źródła ekspozycji organizmów żywych na związki fluoru 716
46.2.1. Nieorganiczne fluorki 716
46.2.2. Związki fluoroorganiczne 716
46.3. Biologiczne oddziaływania jonów fluorkowych i związków fluoroorganicznych 718
46.4. Badania biomarkerów związków fluoru 719
46.4.1. Krew 720
46.4.2. Mocz 721
46.4.3. Mleko ludzkie 722
46.4.4. Paznokcie 723
46.4.5. Włosy 723
46.4.6. Kości 723
46.5. Podsumowanie 724
Piśmiennictwo 724
47. Wykorzystanie procesu biosorpcji do wydzielania metali śladowych z próbek biologicznych i środowiskowych 729
47.1. Wprowadzenie 729
47.2. Charakterystyka procesu biosorpcji 730
47.2.1. Badanie procesu biosorpcji 733
47.2.2. Czynniki wpływające na proces biosorpcji 735
47.3. Zastosowanie mikroorganizmów w analizie chemicznej 735
47.4. Podsumowanie 743
Piśmiennictwo 743
48. Rtęć w organizmach żywych – źródła i formy występowania, bioakumulacja, metody oznaczania 747
48.1. Wprowadzenie 747
48.2. Właściwości rtęci 747
48.3. Źródła rtęci w organizmach morskich 748
48.4. Formy występowania rtęci w organizmach 749
48.5. Bioakumulacja rtęci w łańcuchu troficznym 751
48.6. Poziomy zawartości rtęci i jej związków 751
48.7. Metody analityczne wykorzystywane w oznaczaniu rtęci i jej związków 753
48.8. Podsumowanie 755
Piśmiennictwo 755
49. Zastosowanie materiałów sorpcyjnych z nadrukiem cząsteczkowym w bioanalizie 759
49.1. Wprowadzenie 759
49.2. Technika wdrukowania cząsteczkowego 760
49.2.1. Typy wdrukowania 760
49.2.2. Składniki mieszaniny polimeryzacyjnej determinujące tworzenie trójwymiarowej sieci polimerowej 761
49.2.3. Metody reakcji polimeryzacji 762
49.3. Techniki ekstrakcji wykorzystujące materiały sorpcyjne z nadrukiem cząsteczkowym 764
49.3.1. Ekstrakcja do fazy stałej z zastosowaniem polimerów z odciskiem cząsteczkowym 764
49.3.2. Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej z zastosowaniem polimerów z odciskiem cząsteczkowym 765
49.3.3. Mikroekstrakcja do upakowanego sorbentu w strzykawce z użyciem polimeru z nadrukiem cząsteczkowym 766
49.3.4. Ekstrakcja za pomocą ruchomego elementu sorpcyjnego modyfikowanego polimerem z odwzorowaniem cząsteczkowym 766
49.3.5. Ekstrakcja do zdyspergowanej fazy stałej 767
49.3.6. Inne techniki ekstrakcji 767
49.4. Zalety i ograniczenia stosowania polimerów z nadrukiem cząsteczkowym w etapie przygotowywania próbek w bioanalizie 768
49.5. Podsumowanie 769
Piśmiennictwo 769
50. Zastosowanie neutronowej analizy aktywacyjnej w bioanalityce 773
50.1. Wprowadzenie 773
50.2. Neutronowa analiza aktywacyjna (NAA) w badaniach specjacji metaloprotein 774
50.3. Podsumowanie 778
Piśmiennictwo 778
51. Biotesty w ocenie stanu środowiska 781
51.1. Wprowadzenie 781
51.2. Ranga bioindykacji w ocenie toksyczności 781
51.3. Pojęcie toksyczności i jej rodzajów 783
51.4. Rodzaje testów toksyczności 784
51.4.1. Testy z wykorzystaniem bakterii 784
51.4.2. Testy z wykorzystaniem roślin 784
51.4.3. Testy z wykorzystaniem zwierząt 785
51.5. Podsumowanie 789
Piśmiennictwo 789