Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В соответствии с планом работ в 2017 году основные усилия были направлены на следующие основные направления: • Синтез люминесцентных квантовых точек (КТ) и их апробация в иммунохимических методиках • Разработка методик с использованием платформ гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). • Разработка различных форматов фотонно-кристаллических волноводов (ФКВ), изучение их свойств и применение в качестве сенсоров • Дальнейшее изучение системы люминесцентные КТ - ФКВ • Дальнейшее изучение систем платформы ГКР - ФКВ Были получены следующие результаты: Созданы опытные образцы ФКВ с различным периодом решетки и конические волноводы, охарактеризованы их свойства, достоинства и недостатки с точки зрения применения в качестве основы сенсоров. - Изучены особенности заполнения волноводов различной геометрии с помощью капиллярных сил. Детально изучено влияние геометрии образцов ФКВ с различным периодом решетки, конических волноводов и многоканальных ФКВ на оптический сигнал. - Изучена практическая применимость ФКВ различного строения для биосенсорных систем и традиционных вариантов анализа в плане оценки практической применимости и аналитических характеристик. - Установлено влияние геометрии волноводов, положения полосы испускания КТ, покрытия внутренней поверхности ФКВ полимерами и биомолекулами на смещение положения локальных максимумов спектра пропускания ФКВ и сигнал люминесцентной метки. - Получены образцы мультикапиллярных планшетов, установлены условия получения и обработки оптического сигнала на примере модельных систем, показаны ограничения данных систем. - Получены образцы плазмонно-резонансных ГКР активных частиц (медные наноструктуры, золотые нанозвезды), и композитного слоя с включенными стабилизированными ГКР активными нанозвездами. Сочетание в одном цикле очистки и ГКР апробировано для анализа мочи. - Получены образцы полупроводниковых КТ ядро-оболочка (AgInS2/ZnS, InP/ZnS, CuInS2/ZnS, CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS) для использования в качестве меток в ФКВ, конъюгаты на их основе. - Проведено моделирование оптических свойств ФКВ на основе измеренных с помощью различных модальностей микроскопии изображений сечения.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В 2018 году были продолжены как работы по совершенствованию микроструктурированных волноводов (МОВ), подходов к их использованию, ГКР активных соединений и люминесцентных квантовых точек (КТ), так и аналитических методов на их основе. Для селективного заполнения сердцевин двух- и многоканальных волноводов были опробированы две методики: запайка и заклейка. Первый метод позволяет осуществлять запаивание одного из каналов двухканальных волноводов не затрагивая второй. Для многоканальных волноводов больше подходит метод заклеивания, когда торцы выбранных сердцевин вручную закрываются слоем клея. С точки зрения использования двух- и многоканальных МОВ для раздельного определения аналитов в каждом из каналов или заполнения одного из каналов реферным образцом, данные волноводы показали ряд существенных недостатков. Селективная изоляция отдельных каналов является трудоемким процессом. Кроме того, регистрация сигнала двух- и многоканальных МОВ возможна лишь в полноценной оптической схеме. Таким образом, использование двух- и многоканальных МОВ является неперспективным для выполнения задач проекта, использование люминесцентных КТ различных цветов свечения для мультианализа перспективнее. Установлено что в модифицированных стеклянными микроструктурными элементами лунках микропланшета наблюдается усиление сигнала люминесценции квантовых точек минимум в 5 раз. При этом существенных различий (при длине микроструктуры 9 мм) в усилении целевого сигнала между мультикапилярными и фотонно-кристаллическими структурами не выявлено. При этом применение данных структур в аналитических целях вряд ли целесообразно ввиду технических сложностей жесткой фиксации мультикапилляров и ФКВ в микропланшете и создания одинаковой геометрии для считывания сигналов люминесценции. Это значительно повышает погрешность измерения (относительное стандартное отклонение измерения интенсивности люминесценции возрастет с 2 до 14 %). В перспективе решить данную проблему можно используя дополнительный сигнал и логометричекий (ratiometric) подход. Продолжена работа по особенностям выделения и регистрации сигналов люминесцентных меток в различных зонах спектра волноводов. Показано, что в качестве чувствительного параметра может быть использован сдвиг фотонно-разрешенной зоны спектра пропускания, измеряемый на половине высоты. Показана универсальная тенденция к батохромному сдвигу ФРЗ при нанесении полимерного покрытия. Показано, что область 500-600 нм является наименее подходящей для работы с кровью и ее производными из-за усиленного (в сравнении с системами вне МОВ) рассеяния света. В общем случае для работы с водными средами оптимальной является область 550-800 нм. Показано, что использование повышения жесткости крышки для улучшения фиксации волноводов и воспроизводимости результатов измерений, лимитировано недостаточным запасом свободного места внутри ридера. Поэтому разработана модель ридера, включающая волноводы и индивидуальные источники освещения напротив каждой лунки 96-и луночного планшета, а так же модель одой ячейки с источником освещения, ФКВ и считывателем сигнала. Проведена систематическая сравнительная оценка влияния модифицирования внутренней поверхности полой сердцевины МОВ на оптические характеристики волноводов и свойства резонансного слоя следующими компонентами: слоями полианилина (ПАНИ), силанизирующим агентом (3-глицидоксипропил)триметоксисиланом (ГЛИМО) и искусственным полисахаридом хитозаном, а так же полученным по технологии layer-by-layer покрытиями полиэлектролитов с числом бислоев от 1 до 4. Установлено что модифицирование полой сердцевины МОВ слоями данных полимеров приводит к теоретически предсказанному длинноволновому сдвигу спектральных полос в спектре пропускания МОВ, при этом величина данного сдвига коррелирует с толщиной полученного модифицирующего слоя. В случае использования ПАНИ и ГЛИМО наблюдается увеличение спектрального разрешения. Показана способность полиэлектролитных слоев существенно снижать фоновую люминесценцию мягких стекол и предотвращать агрегацию нестабильных плазмонактивных структур. Показана применимость ГЛИМО в качестве модификатора для безреагентной ковалентной конъюгации белков. Таким образом, показано, что использование различных по своей структуре и своей адсорбционной природе полимерных слоев-модификаторов позволяет проводить направленную адаптацию МОВ как основы биосенсорных элементов для проведения широкого круга аналитических определений. Разработано полимерное покрытие на основе белков, на примере емкостного сенсора показана возможность его использования для специфического связывания бензо[a]пирена. Разработаны подходы к использованию МОВ ПС для определения в формате гомогенного анализа на примере пероксидазы хрена (ПХ), которая является с одной стороны, широко известным и одним из самых применяемых в анализе и исследованиях ферментов, а с другой стороны, это представитель гликопротеинов, которые вовлечены в патогенез и развитие многих заболеваний, что определяет необходимость разработки методик их детектирования. Показано изменение спектров пропускания МОВ-ПС, возникающее в результате присутствия ПХ в растворе, Наиболее чувствительным параметром является сдвиг полосы пропускания МОВ, позволяющий определять 10-13 М безреагентно. Большее влияние на изменение спектров пропускания оказывает развитие окраски хромогенного субстрата на основе ТМБ в присутствии различных концентраций ПХ, более чувствительным параметром является изменение пропускания ФРЗ. С целью оценить выигрыш, который дает использование МОВ-ПС при использовании люминесцентной метки в гетерогенном анализе, было проведено сравнительное определение СРБ в МОВ-ПС и капилляре одинаковой длины, а так же в микропланшете. Из полученных данных видно, что использование капилляра позволяет детектировать более низкие концентрации модельного соединения, в сравнении с микропланшетоми, что связано с большей длиной оптического пути. Использование МОВ-ПС позволяет дополнительно снизить область определяемых концентраций. Так же очевидно наличие концентрационного тушения люминесценции в области больших концентраций. Дополнительной причиной возможности детектирования низких концентраций является более мощный источник возбуждения при измерении в волокнах (лазер) в сравнении с лампой в ридере. Высокая фотостабильность КТ позволяет не опасаться фотообесцвечивания под действием лазера. Созданы ГКР-активные мультикапиллярные стеклянные структуры (ГКР-МКСС), оценен их потенциал в химическом анализе. ГКР-активность достигнута путем модификации МКСС с помощью золя частиц диоксида кремния со встроенными наночастицами (НЧ) серебра. Тестирование эффективности ГКР-МКСС проведено с помощью стандартного модельного аналита (родамина 6Ж) и контрольного ГКР-активного материала (суспензия НЧ серебра). Показано, что интенсивность сигнала в случае ГКР-МКСС в 12 раз больше, чем в случае контрольных НЧ серебра, что связано с увеличением вклада удельной поверхности МКСС за счет НЧ серебра и диоксида кремния, что позволило достигнуть значение степени сорбции ~98%, подтверждая высокую эффективность ГКР-МКСС для совмещения ГКР с твердофазной экстракцией в мультикапиллярах и волноводах. Оптимизирован способ стабилизации наночастиц меди для ГКР детектирования ингибиторов коррозии. Показана эффективность полиэлектролитных покрытий для сглаживания технологических дефектов волноводов, контроля положения фотонных запрещенных зон, снижения фоновой люминесценции низкоплавкого стекла, а также для стабилизации склонных к аггрегации плазмоноактивных наночастиц золота сложной конфигурации при разработке ГРК сенсоров. Данный подход применен для создания оптических элементов сенсоров на основе МОВ ПС, созданных из недорогих и легкоплавких сортов стекла, обладающих узким спектральным сигналом и сильным фоновым шумом при использовании в качестве усилителей ГКР золотых нанозвезд, которые, обладая высокой способностью усиливать ГКР сигнал, при этом характеризуются недостаточной стабильностью, что ограничивает их аналитическое применение. На основе комплекса проделанных работ можно сделать вывод, что для использования в качестве основы оптических биосенсоров с детектированием на основе сигналов люминесцентных КТ и платформ ГКР среди МОВ различной структуры наилучшими характеристиками обладают волноводы с полой сердцевиной с большим периодом структурной оболочки. Это обусловлено: 1. Особым типом взаимодействия излучения с анализируемым веществом находящимся в полой сердцевине МОВ - это большую длину свободного пробега (взаимодействия) излучения с аналитом и малый объем аналита. Кроме того, наиболее важным является наличие строго локализованных пиков излучения (от 2 до 9 шт. в спектре от 400-1000 нм), расположение которых может варьироваться путем изменении геометрических параметров структуры. 1. Особенностями геометрии позволяющими осуществлять быстрый ввод анализируемых жидкостей воздействием капиллярных сил. 2. Наличием полой сердцевины (центрального дефекта) относительно большого диаметра и площади, что позволяет, осуществлять статистически равномерное модифицирование данной поверхности химическими и биохимическими методами, а так же введение необходимых компонентов для работы в безреагентном формате. 3. Наличие нескольких спектральных фотонно разрешенных зон в волноводах данного типа позволяет использовать аналитические метки на основе люминесцентных квантовых точек разного цвета свечения для проведения мультиплексных аналитических определений 4. Возможность простой процедуры нанесения полимерного покрытия в качестве слоя для модификации внутренней поверхности полой сердцевины МОВ позволяет не только сгладить влияние технологических дефектов волновода, а также контролировать положение фотонных запрещенных зон и выступать стабилизирующей матрицей для наночастиц с возможностью контроля толщины.