Пущинский государственный университет

магистратура      |      аспирантура      |      повышение квалификации

Государственный контракт №14.740.11.0370 от 20.09.2010 г. (мероприятие 1.1)

Тема:
«Планарная технология создания микро и наноразмерных преобразователей электрохимического типа, многоканального матричного преобразователя и системы подачи растворов к ним для определения соединений физико-химическими методами с применением биоматериала»

Цель:
Выполнить исследования, направленные на разработку основ технологии создания микро- и наносенсоров электрохимического типа, сопряженных с адаптированной для измерений системой подачи растворов, разработать Техническое Задание на создание многоканального матричного преобразователя, обладающего ионной чувствительностью (на примере рН-чувствительной единичной ячейки).

Основные результаты проекта:
  • разработана методика изготовления планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера/преобразователя;
  • разработана методика регистрации сигналов планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера;
  • осуществлена модификация поверхности двуокиси кремния планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера линкерными молекулами, содержащими эпоксигруппировки;
  • осуществлена иммобилизация фермента глюкозооксидазы на поверхности планарной наноструктуры наноэлектронного трансдьюсера через линкерные молекулы. Показано, что чувствительность регистрации анализируемого соединения (глюкозы) составляет величину порядка 0.4 нА/мМ. Созданная модель нанобиосенсора характеризуется высоким отношением "Сигнал/Шум", составляющим величину порядка 10 единиц. На основании использованного метода иммобилизации и атомно-силовых изображений наноэлектронного сенсора сделан вывод о полученной системе регистрации сигнала от одиночных молекул фермента;
  • исследованы параметры модель нанобиосенсора: получены вольт-амперные характеристики ферментного препарата, отражающие функциональное состояние белка и свидетельствующие о возможности регистрации аналитического сигнала, вызванного присутствием глюкозы;
  • получены АСМ – изображения молекул фермента;
  • аналогов созданной модели нанобиосенсора не существует в Российской федерации. По имеющимся данным аналогичной модели нанобиосенсора также не описано в мировой литературе;
  • представлена разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс. С этой целью разработана Программа лекций "Биосенсоры: теоретические основы и практическое использование" для студентов университетов и прочитаны два курса лекций - студентам Пущинского государственного естественно-научного института" (ПущГЕНИ) и студентам ФГБОУВПО Тульский государственный университет (ТулГУ). В лекциях отражены все современные тенденции в развитии биосенсоров в мире.
Изданы два учебных пособия. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень, свидетельствует об абсолютной актуальности выполненных исследований, новизне и потенциальной высокой практической значимости.



Области применения результатов:
  1. Получено принципиально новое решение – сенсорным элементом являлась молекула белка – глюкозооксидаза. Такая модель позволяет получить наносенсор для определения глюкозы. Ее миниатюрность – размеры составляют десятки нанометров – позволяет говорить о создании микросенсоров для непрерывного мониторинга в живом организме.
  2. Практическим внедрением может быть использование спектра белков и биологических материалов для выполнения анализов пищевых продуктов – оценка содержания крахмала, глюкозы, этилового спирта в продуктах питания.
  3. Полученная в результате работы по Государственному контракту система существенно повысит качество жизни и снизит материало- и энергоёмкость соответствующих производств.
  4. Полученные результаты могут быть применены в качестве основы регистрирующих устройств в медицине – мониторинг уровня глюкозы в крови человека.
Опубликованные статьи:
  1. Плеханова Ю.В., Решетилов А.Н. Каталитическая активность ферментов, применяемых в иммуноанализе - оценка с помощью рН-чувствительного полевого транзистора // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2011. Т. 7. № 1. С. 5 - 13.
  2. Решетилов А.Н., Колесов В.В., Гуторов М.А., Китова А.Е., Решетилова Т.А., Плеханова Ю.В. Новый тип рН-чувствительного диэлектрика на основе соли самария-титана для использования в потенциометрических структурах // Вода: химия и экология. 2011. № 6. C. 35-39.
  3. Решетилов А.Н., Железная Л.А. Биосенсорная безметочная электрохимическая детекция синтеза ДНК // Сб. трудов международной интернет-конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» под редакцией Изотова Е.Д. Казань. 17-19 апреля 2012. Сервис виртуальных конференций Pax Grid. – Казань: Изд-во «Казанский университет», 324 с. 2012. Т.2. С. 224-229.
  4. Понаморева О.Н., Решетилов А.Н., Алферов В.А., Арляпов В.А., Бабкина Е.Е., Алферов С.В. Биосенсоры и биотопливные элементы // Учебное пособие для студентов. – Тула: Изд-во Тульского государственного университета. 2012. 207с. УДК 643.062+543.9+577.2 Б63. ISBN.
В проведении исследований принимали участие молодые исследователи:
  • студенты ПущГЕНИ;
  • студенты МФТИ;
  • студенты Института радиотехники и электроники РАН;
  • студенты МГУ им. М.В.Ломоносова;
  • студенты ТулГУ.
*

 
© Пущинский государственный естественно-научный институт, 2004-2014.
Разработка и техническая поддержка © Специализированный центр новых информационных технологий
eldis