"Bioanalityka. Tom II"

Spis treści

Wykaz podstawowych skrótów 20

Część III 22

Nowe rozwiązania metodyczne i aparaturowe w bioanalityce 22

29. Koncepcja quality by design w bioanalityce 24

29.1. Wprowadzenie 24

29.2. Kontrola jakości 24

29.3. Zarządzanie jakością 25

29.4. Quality by design 26

29.4.1. Założenia koncepcji QbD 26

29.4.2. Metody planowania eksperymentów (DoE) 26

29.5. Planowanie jakości w praktyce laboratoryjnej 28

29.5.1. Przykładów kilka, czyli miniprzegląd literatury 29

29.6. Podsumowanie 32

Piśmiennictwo 33

30. Systemy lab-on-a-chip w analizie biomedycznej 34

30.1. Wprowadzenie 34

30.2. Materiały konstrukcyjne mikrosystemów 34

30.2.1. Krzem 34

30.2.2. Szkło 35

30.2.3. Materiały polimerowe 35

30.2.4. Papier 37

30.3. Wybrane technologie wykorzystywane do wytwarzania mikrosystemów 38

30.3.1. Fotolitografia 38

30.3.2. Metody replikacyjne 39

30.3.3. Metody mechaniczne 40

30.4. Elementy konstrukcyjne mikrosystemów 41

30.4.1. Mikropompy 41

30.4.2. Mikrozawory 42

30.4.3. Mikromieszalniki 42

30.4.4. Moduły do generowania kropel 43

30.4.5. Detektory 43

30.5. Przykłady zastosowań mikrosystemów 45

30.5.1. Analiza kwasów nukleinowych 46

30.5.2. ELISA 50

30.5.3. Hodowla komórek, badanie interakcji i migracji komórek 51

30.5.4. Systemy disease-, organ-, body-on-a-chip 53

30.5.5. Systemy point-of-care (POC) 55

Piśmiennictwo 56

30.6. Podsumowanie 56

31. Miniaturyzacja w metodach separacyjnych 58

31.1. Wprowadzenie 58

31.2. Zagadnienia aparaturowe 59

31.2.1. Kolumny monolityczne 65

Piśmiennictwo 69

31.3. Podsumowanie 69

32. Bioczujniki – zasada działania, receptory, detektory 72

32.1. Wprowadzenie 72

32.2. Zasada działania (bio)czujników chemicznych 72

32.3. Receptory biologiczne 73

32.3.1. Enzymy 73

32.3.2. Kwasy nukleinowe 75

32.3.3. Przeciwciała 75

32.4. Kompozyty immobilizujące 77

32.3.4. Inne materiały biologicznego rozpoznania 77

32.4.1. Wykorzystanie nanostruktur węglowych 77

32.4.2. Wykorzystanie polimerów przewodzących 79

32.4.3. Wykorzystanie nanocząstek metali i tlenków metali 79

32.5. Techniki detekcji 80

32.4.4. Inne materiały wzbogacające matryce bioczujników 80

32.5.1. Techniki optyczne 82

32.5.2. Techniki elektrochemiczne 82

32.5.3. Inne techniki detekcyjne 83

Piśmiennictwo 84

32.6. Podsumowanie 84

33. Woltamperometryczne bioczujniki w bioanalizie 86

33.1. Wprowadzenie 86

33.2. Definicja bioczujnika oraz schemat budowy 86

33.2.1. Mechanizmy generowania sygnałów analitycznych 87

33.3. Czujniki oparte na swobodnie dyfundujących znacznikach redoks-aktywnych 88

33.3.1. Genoczujniki 88

33.3.2. Czujnik od oznaczania jonów siarczanowych 89

33.4. Genoczujniki z sondą DNA zawierającą redoksaktywny znacznik (E-DNA) 91

33.3.3. Immunoczujniki 91

33.5. Czujniki wykorzystujące warstwy redoks-aktywne 92

33.6. Perspektywy rozwoju i zastosowań elektrochemicznych bioczujników 94

Piśmiennictwo 95

Podziękowanie 95

33.7. Podsumowanie 95

34. Analiza woltamperometryczna leków przeciwnowotworowych 98

34.1. Wprowadzenie 98

34.2. Leki przeciwnowotworowe i ich podział 99

34.2.1. Leki alkilujące i ich pochodne 99

34.2.2. Antymetabolity 100

34.2.3. Inhibitory topoizomerazy 100

34.2.4. Antybiotyki cytostatyczne 100

34.2.5. Inhibitory mitozy 100

34.3. Techniki analityczne stosowane do oznaczania leków przeciwnowotworowych 101

34.2.6. Inhibitory kinazy tyrozynowej 101

34.4. Węglowe elektrody robocze stosowane przy oznaczaniu leków przeciwnowotworowych 102

34.4.1. Elektrody grafitowe 102

34.4.2. Elektrody z węgla szklistego 103

34.4.3. Elektrody diamentowe domieszkowane borem 103

34.4.4. Pastowe elektrody węglowe 104

34.4.5. Elektrody drukowane 104

34.5. Badane materiały biologiczne 105

34.5.1. Mocz 105

34.5.2. Krew (osocze, surowica) 105

34.6. Metody woltamperometryczne w oznaczaniu wybranych leków przeciwnowotworowych na elektrodach węglowych 106

Piśmiennictwo 110

34.7. Podsumowanie 110

35. Enzymatyczne biosensory na bazie przewodzących kompozytów i ich zastosowania w bioanalityce 114

35.1. Wprowadzenie 114

35.2. Budowa i działanie biosensora 114

35.2.1. Polimery przewodzące elektronowo 115

35.2.2. Materiały nanostrukturalne 115

35.2.3. Rodzaje detekcji 117

35.3. Zastosowania wybranych biosensorów 118

35.3.1. Biosensory glukozy 118

35.3.2. Biosensory cholesterolu 121

35.3.3. Biosensory z lakazą 122

35.3.4. Biosensory mocznika 123

Piśmiennictwo 124

35.4. Podsumowanie 124

36. Mikropróbkowanie laserowe w układzie LA-ICP-MS w wielopierwiastkowym obrazowaniu próbek klinicznych 128

36.1. Wprowadzenie 128

36.2. Cel badań nad wizualizacją rozmieszczenia pierwiastków 129

36.2.1. Rozmieszczenie pierwiastków pochodzenia endogennego 130

36.2.2. Rozmieszczenie pierwiastków pochodzenia jatrogennego 130

36.3. Charakterystyka LA-ICP-MS jako narzędzia analitycznego 131

36.4. Przygotowanie próbek klinicznych do analizy LA-ICP-MS 134

36.5. Kalibracja 135

Piśmiennictwo 136

36.6. Podsumowanie 136

37. Zastosowanie technik spektroskopowych w analizie biokoloidów 140

37.1. Wprowadzenie 140

37.2. Białka 144

37.3. Biokoloidy 145

37.3.1. Podwójna warstwa elektryczna 145

37.3.2. Potencjał zeta 147

37.3.3. Stabilność dyspersji 147

37.3.4. Teorie elektrokinetyczne 149

37.4. Oddziaływania metal–białko 151

37.5. Konsekwencje oddziaływań metal–białko 153

37.5.1. Metaloproteiny 153

37.5.2. Metalokompleksy 153

37.5.3. Nanocząstki 154

37.6. Natura procesu biosorpcji związków niskocząsteczkowych i jonów metali przez mikroorganizmy 157

Piśmiennictwo 160

37.7. Podsumowanie 160

38. Nowoczesne metody identyfikacji mikroorganizmów 164

38.1. Wprowadzenie 164

38.2. Identyfikacja mikroorganizmów 165

38.2.1. Metody mikroskopowe 165

38.2.2. Charakterystyka wzrostu kultur bakteryjnych 167

38.2.3. Badanie profili biochemicznych bakterii 168

38.2.4. Wewnątrzgatunkowe typowanie bakterii 171

38.2.5. Automatyczne, półautomatyczne i zminiaturyzowane systemy identyfikacji mikroorganizmów 172

38.2.6. Chromatograficzne metody identyfikacji mikroorganizmów 173

38.2.7. Molekularne metody genotypowania 174

38.2.8. Biologiczne mikromacierze w mikrobiologii 175

38.2.9. Techniki spektrometryczne 175

38.3. Biokoloidy 177

38.4. Techniki elektromigracyjne w mikrobiologii 180

38.5. Perspektywy rozwojowe 183

Piśmiennictwo 184

38.6. Podsumowanie 184

39. Kompleksowe porównanie elektroforezy kapilarnej i wysokosprawnej chromatografii cieczowej w kontekście wybranych zastosowań bioanalitycznych przy użyciu modelu kolorów RGB 188

39.1. Wprowadzenie 188

39.2. Podstawy modelu RGB 189

39.2.1. Kolor metody 189

39.2.2. Blask metody 191

39.2.3. Algorytm oceny (arkusz Excel) 191

39.3. Porównanie wybranych metod wykorzystujących techniki HPLC i CE 192

39.3.1. Informacje ogólne 192

39.3.2. Oznaczanie leków anty-HIV w moczu pacjentów z AIDS 193

39.3.3. Oznaczanie kotyniny jako markera narażenia na dym tytoniowy 196

39.4. Dyskusja 199

39.4.1. Porównanie HPLC i CE 199

39.4.2. Potencjał modelu RGB jako narzędzia oceny 199

Piśmiennictwo 200

39.5. Podsumowanie 200

Część IV 202

Metody analityczne w biomonitoringu 202

40. Wyzwania analityczne w ekotoksykologii nowo pojawiających się zanieczyszczeń środowiska 204

40.1. Wprowadzenie 204

40.2. Leki 205

40.2.1. Biomonitoring leków w środowisku 206

40.2.2. Wyzwania analityczne 207

40.3. Ciecze jonowe 209

40.3.1. Ciecze jonowe a środowisko 210

40.3.2. Wyzwania analityczne 211

40.4. Mikroplastiki 212

40.4.1. Mikroplastiki a środowisko 212

40.4.2. Wyzwania analityczne 213

40.5. Podsumowanie 214

Piśmiennictwo 215

41. Analiza niecelowana jako narzędzie do poszukiwania produktów przemian ksenobiotyków 218

41.1. Wprowadzenie 218

41.2. Porównanie analizy celowanej i niecelowanej – zalety, ograniczenia, potencjalne zastosowanie 219

41.3. Nowe techniki analityczne dla potrzeb analizy niecelowanej 221

41.3.1. Chromatografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas w NTA 221

41.3.2. Chromatografia cieczowa sprzężona ze spektrometrią mas w NTA 222

41.3.3. Interpretacja otrzymanych danych 224

41.4. Strategie analizy niecelowanej w wykrywaniu nieznanych związków w próbkach środowiskowych 225

41.5. Podsumowanie 232

Piśmiennictwo 233

42. Związki endokrynnie czynne w środowisku wodnym – analityka i wpływ na organizmy żywe 236

42.1. Wprowadzenie 236

42.2. Regulacje prawne 236

42.3. Źródła i drogi migracji EDCs w środowisku 239

42.4. Metody analizy chemicznej 240

42.5. Związki endokrynnie czynne w ściekach komunalnych 241

42.4.1. Analityczne problemy oznaczania EDCs w próbkach środowiskowych 241

42.5.1. Obecność EDCs w ściekach komunalnych 241

42.5.2. Losy EDCs w komunalnych oczyszczalniach ścieków 242

42.5.3. Zwiększanie efektywności usuwania EDCs ze ścieków 243

42.6. Związki endokrynnie czynne w odciekach składowiskowych i wodach gruntowych 244

42.6.1. Obecność EDCs w odciekach składowiskowych i wodach gruntowych 244

42.7. Wpływ na organizmy żywe 245

42.8. Ryzyko środowiskowe 246

Piśmiennictwo 247

42.9. Podsumowanie 247

43. Metody analityczne w badaniach procesów biotransformacji ksenobiotyków fosfonoorganicznych 250

43.1. Wprowadzenie 250

43.2. Pochodzenie ksenobiotyków fosfonoorganicznych obecnych w ekosystemach 250

43.3. Przemiany pochodnych fosfonowych w środowisku 252

43.4. Niekorzystne skutki obecności fosfonianów w środowisku 254

43.5. Metody analityczne użyteczne w oznaczaniu związków fosfonowych 255

Piśmiennictwo 258

Podziękowanie 258

43.6. Podsumowanie 258

44. Wybrane techniki mikroekstrakcyjne wykorzystujące ciecze jonowe w badaniu związków biologicznie aktywnych 262

44.1. Wprowadzenie 262

44.2. Ciecze jonowe – nowe medium ekstrakcyjne (rozpuszczalniki nowej generacji) 264

44.3. Techniki mikroekstrakcyjne wykorzystujące IL do izolacji i wzbogacania analitów z próbek biologicznie aktywnych 265

44.3.1. Mikroekstrakcja do pojedynczej kropli z wykorzystaniem cieczy jonowej 265

44.3.2. Mikroekstrakcja poprzez membranę do fazy ciekłej 266

44.3.3. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych 266

44.3.4. In situ dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz–ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych 268

44.3.5. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem cieczy jonowych oraz nanocząstek magnetycznych 269

44.3.6. Dyspersyjna mikroekstrakcja typu ciecz– ciecz z zastosowaniem magnetycznych cieczy jonowych 270

Piśmiennictwo 272

44.4. Podsumowanie 272

45. Analiza produktów kosmetycznych w matrycach biologicznych 276

45.1. Wprowadzenie 276

45.2. Nieinwazyjne techniki pobierania próbek w celu określenia biomarkerów ekspozycji 277

45.3. Bioanalityka in vivo tolerancji skóry na kosmetyki (testy dermatologiczne) 277

45.4. Testy aktywności kosmetycznej 278

45.5. Badania związków endogennych w skrawkach tkanek skóry 279

45.6. Badania egzogennych związków aktywnych 279

45.6.1. Rodzaje transportu przeznaskórkowego 279

45.6.2. Czynniki wpływające na transport substancji aktywnych 280

45.6.3. Metody badania substancji aktywnych 280

45.7. Ocena lipidomiczna 281

45.6.4. DESI-MSI – innowacyjne podejście do badań przenikalności składników aktywnych przez skórę 281

45.7.1. Badanie przesiewowe składu lipidów w sebum skóry, pocie, łoju włosów i włosach 283

45.7.2. Eikozanoidy/markery stanu zapalnego w biopsjach/lipidach powierzchniowych 283

45.8. Ocena stresu oksydacyjnego w próbkach biologicznych 284

45.7.3. Skład fosfolipidów/ceramidów w biopsjach/ powierzchniowych warstwach skóry/ komórkach hodowlanych 284

45.9. Jakościowa analiza cząsteczek zapachowych w próbkach biologicznych do oceny skuteczności antyperspirantów, dezodorantów i innych preparatów 285

45.9.1. Skuteczność antyperspirantów 285

45.10. Podsumowanie 286

45.9.2. Skuteczność dezodorantów 286

Piśmiennictwo 287

46. Bioanalityka związków fluoru 290

46.1. Wprowadzenie 290

46.2. Źródła ekspozycji organizmów żywych na związki fluoru 291

46.2.1. Nieorganiczne fluorki 291

46.2.2. Związki fluoroorganiczne 291

46.3. Biologiczne oddziaływania jonów fluorkowych i związków fluoroorganicznych 293

46.4. Badania biomarkerów związków fluoru 294

46.4.1. Krew 295

46.4.2. Mocz 296

46.4.3. Mleko ludzkie 297

46.4.4. Paznokcie 298

46.4.5. Włosy 298

46.4.6. Kości 298

Piśmiennictwo 299

46.5. Podsumowanie 299

47. Wykorzystanie procesu biosorpcji do wydzielania metali śladowych z próbek biologicznych i środowiskowych 304

47.1. Wprowadzenie 304

47.2. Charakterystyka procesu biosorpcji 305

47.2.1. Badanie procesu biosorpcji 308

47.3. Zastosowanie mikroorganizmów w analizie chemicznej 310

47.2.2. Czynniki wpływające na proces biosorpcji 310

Piśmiennictwo 318

47.4. Podsumowanie 318

48. Rtęć w organizmach żywych – źródła i formy występowania, bioakumulacja, metody oznaczania 322

48.1. Wprowadzenie 322

48.2. Właściwości rtęci 322

48.3. Źródła rtęci w organizmach morskich 323

48.4. Formy występowania rtęci w organizmach 324

48.5. Bioakumulacja rtęci w łańcuchu troficznym 326

48.6. Poziomy zawartości rtęci i jej związków 326

48.7. Metody analityczne wykorzystywane w oznaczaniu rtęci i jej związków 328

Piśmiennictwo 330

48.8. Podsumowanie 330

49. Zastosowanie materiałów sorpcyjnych z nadrukiem cząsteczkowym w bioanalizie 334

49.1. Wprowadzenie 334

49.2. Technika wdrukowania cząsteczkowego 335

49.2.1. Typy wdrukowania 335

49.2.2. Składniki mieszaniny polimeryzacyjnej determinujące tworzenie trójwymiarowej sieci polimerowej 336

49.2.3. Metody reakcji polimeryzacji 337

49.3. Techniki ekstrakcji wykorzystujące materiały sorpcyjne z nadrukiem cząsteczkowym 339

49.3.1. Ekstrakcja do fazy stałej z zastosowaniem polimerów z odciskiem cząsteczkowym 339

49.3.2. Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej z zastosowaniem polimerów z odciskiem cząsteczkowym 340

49.3.3. Mikroekstrakcja do upakowanego sorbentu w strzykawce z użyciem polimeru z nadrukiem cząsteczkowym 341

49.3.4. Ekstrakcja za pomocą ruchomego elementu sorpcyjnego modyfikowanego polimerem z odwzorowaniem cząsteczkowym 341

49.3.5. Ekstrakcja do zdyspergowanej fazy stałej 342

49.3.6. Inne techniki ekstrakcji 342

49.4. Zalety i ograniczenia stosowania polimerów z nadrukiem cząsteczkowym w etapie przygotowywania próbek w bioanalizie 343

Piśmiennictwo 344

49.5. Podsumowanie 344

50. Zastosowanie neutronowej analizy aktywacyjnej w bioanalityce 348

50.1. Wprowadzenie 348

50.2. Neutronowa analiza aktywacyjna (NAA) w badaniach specjacji metaloprotein 349

Piśmiennictwo 353

50.3. Podsumowanie 353

51. Biotesty w ocenie stanu środowiska 356

51.1. Wprowadzenie 356

51.2. Ranga bioindykacji w ocenie toksyczności 356

51.3. Pojęcie toksyczności i jej rodzajów 358

51.4. Rodzaje testów toksyczności 359

51.4.1. Testy z wykorzystaniem bakterii 359

51.4.2. Testy z wykorzystaniem roślin 359

51.4.3. Testy z wykorzystaniem zwierząt 360

Piśmiennictwo 364

51.5. Podsumowanie 364