Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В ходе реализации проекта были синтезированы капсулы 4 типов. В качестве модельного лекарства была выбрана глюкоза, так как, во-первых, данное соединение используется для терапии опухолей, и, во-вторых, бесферментный электрохимический сенсор для определения модельного лекарства, также позволит определять глюкозу в крови: 1. Магнитная наночастица (МНЧ), покрытая слоем диоксида кремния (SiO2) c ковалентно пришитыми цепочками альгината, которые сшиты ионами Fe2+, содержащие модельное лекарство и покрытые слоем полиэтиленимина (ПЭИ). 2. Магнитная наночастица c осажденными последовательно слоями ПЭИ и альгината c иммобилизованным лекарством. Последний сшивается ионами Fe2+ и покрывается слоем ПЭИ. 3. Капсула из сшитого ионами Fe2+ альгината, иммобилизованного в ней модельного лекарства и ковалентно связанных с ним магнитных наночастиц. Капсула порыта слоем ПЭИ. 4. Капсула, состоящая из сшитого ионами Fe2+ альгинатного геля и иммобилизованных в нем магнитных наночастиц и модельного лекарства. Капсула порыта слоем ПЭИ. Все полученные капсулы исследовали с целью установления количество глюкозы, захваченной в альгинатной оболочке капсулы и скорости распада капсулы в присутствии пероксида водорода (в случае отсутствия ЛОк на поверхности капсулы) или лактата натрия (в случае наличия ЛОк на поверхности капсулы). Эта оценка производилась с помощью разработанного бесферментного электрохимического сенсора и специального микрофлюидного устройства, разработанного в рамках реализации проекта. Устройство было выполнено по технологии soft lithography с применением полидиметилсилоксана в качестве матрицы. Капсулы типов 1 и 2 показали наихудший результат, а капсулы 4 типа, синтезированные с помощью специально разработанного микрофлюидного устройства, показали лучший результат: капсулы 4 типа содержат наибольшее среди остальных типов количество глюкозы, они полностью распадаются за 40 минут. В ходе реализации проекта были созданы новые электрохимические сенсоры для бесферментного определения глюкозы в модельном растворе, имитирующем сыворотку крови, путем модификации поверхности рабочего стеклоуглеродного электрода (СУЭ) углеродными нанотрубками, комплексами никеля (II) в качестве электрокатализатора и полиэтиленимином в качестве ПМО глюкозы. Было предложено и рассмотрено 2 способа модификации СУЭ и 2 способа определения концентрации глюкозы. Модификация СУЭ первым способом приводит к тому, что электропроводность электрода значительно растет, а также потенциалы пиков токов окисления и восстановления медиаторной системы смещаются ближе друг к другу, что говорит об облегчении переноса электрона через поверхность электрода. Удаление из модификатора глюкозы приводит к увеличению токов пиков окисления и восстановления медиаторной системы, что указывает на освобождение пор, комплементарных глюкозе, таким образом, что ионы гексацианоферрата могут беспрепятственно подходить к активной поверхности электрода. Соответственно, присутствие глюкозы в растворе закономерно приводит к уменьшению токов пиков пропорционально концентрации глюкозы в растворе. несмотря на то, что зависимость в целом линейная, величина достоверности аппроксимации составляет всего 0,8101, что не позволяет использовать данный тип модификатора и данный тип получения аналитического сигнала для достоверного обнаружения глюкозы в растворе. Второй способ модификации СУЭ предполагает иммобилизацию электрокатализатора, который является чувствительным элементом сенсора, в то время как осажденный ПЭИ, сшитый глутаровым альдегидом обеспечивает селективность сенсора. Модификация электрокатализатором значительно увеличила электропроводность электрода. Аналитический сигнал в случае применения 2 типа модификатора обеспечивается электрокаталитической реакцией окисления глюкозы на поверхности СУЭ. Это отражено на зависимости тока пика окисления катализатора от концентрации глюкозы в растворе на рисунке 13. Данный тип модификатора обеспечивает чувствительность определения глюкозы 41,7 мкА/мМ против 1,4 мкА/мМ для 1 типа модификатора, то есть больше почти в 30 раз. Были предложены и испытаны несколько типов электрокатализаторов, которыми были модифицированы СУЭ для бесферментного электрохимического определения глюкозы. 1 тип. Модификация кМСУНТ и органическими комплексами никеля (II) и рутения (III). 2 тип. Модификация кМСУНТ и наночастицами палладия (PdNP) и серебра (AgNP). Наилучшими аналитическими характеристиками обладает СУЭ, модифицированный суспензией ЛСН/кМСУНТ, полидопамином, раствором ацетилацетоната рутения (III) и раствором ацетилацетоната никеля (II) в ацетонитриле. Чувствительность (зависимость прироста пика окисления от концентрации глюкозы) такого модифицированного электрода составила 388,50±3,9 мкА/мМ.Именно этот тип модификатора планируется использовать в дальнейших исследованиях.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Предложен оригинальный способ адресной ковалентной иммобилизации иммунорецепторного слоя на поверхности печатного углеродсодержащего электрода посредством клик-реакции между азидными группами электрохимически осажденной на поверхности электрода пленки поливинилбензилазида (ПВБА) и ацетиленовыми фрагментами пропаргил-N-гидроксисукцинимида. 1. Был проведен синтез винилбензилазида, подтверждена структура его методом ИК-спектроскопии . 2. Поверхность планарного углеродсодержащего электрода была модифицирована с включением медных наночастиц в пленку модификатора на поверхности планарного печатного углеродсодержащего электрода с применением электроосаждения. 3. Модифицированные электроды при выбранных рабочих условиях были охарактеризованы по следующим параметрам: величина блокирования электроактивной поверхности, воспроизводимость аналитических характеристик, количество функциональных групп на модифицированной поверхности электрода, способных к конъюгации с биологическим рецептором. Полученные результаты могут быть использованы для создания безметочного иммуносенсора для определения широкого ряда биологически активных молекул, в том числе опухолевых антигенов, в частности, белков, для диагностики онкологических заболеваний, а также некоторых противоопухолевых таргетных, молекулярно‐ориентированных препаратов белковой природы, моноклональных антител и других. Была разработана принципиально новая схема синтеза микрокапсул внутри герметичного микрофлюидного чипа, изготовленного методом 3D печати, а также автоматическая программируемая система, которая позволяет: 1. Уменьшить количество растворов альгината, трехвалентного железа и лекарства, требуемых для синтеза микрокапсул, с нескольких десятков миллилитров до 170 мкл. 2. Увеличить концентрацию лекарства внутри микрокапсул за счет многослойной (несколько сотен слоев сшитого ионами трехвалентного железа альгината) структуры микрокапсулы. 3. Получать микрокапсулы с диаметром, контролируемым в широких пределах от нескольких десятков нм до нескольких микрон путем простого увеличения циклов синтеза в разработанном устройстве. 4. Масштабировать процесс синтеза микрокапсул. Так как идет процесс послойного осаждения сшитого ионами трехвалентного железа альгината, время получения капсул зависит только от заданного размера. Соответственно, при необходимости синтеза большого количества микрокапсул нужно всего лишь изготовить чип с большим размером реакционной камеры. 5. Уменьшить стоимость процесса. В разработанном методе отсутствует необходимость в дорогостоящих насосах и компрессорах. Разработанная система состоит из трех частей: 1. Микрофлюидный чип с реакционной камерой объемом 170 мкл, тремя микроканалами, заполненными раствором трехвалентного железа, раствором альгината натрия (оба раствора также содержат условное модельное лекарство, в исследованиях использовались молекулы ДНК с флуоресцентной меткой – Ф-ДНК), и буферным раствором для промывки камеры. Каждый микроканал на входе соединен с воздушной камерой, закрытой эластичной силиконовой мембраной, а на выходе с реакционной камерой, в которую загружаются аминированные магнитные наночастицы. После заполнения растворами и магнитными наночастицами чип герметизируется, после чего он готов к работе. 2. Стенд, на котором закрепляется микрофлюидный чип и который снабжен сервоприводами, выполняющими роль нажимных механизмов, и двумя электромагнитами, установленными соосно сверху и снизу реакционной камеры, служащими для удержания наночастиц и микрокапсул, которые растут вокруг магнитных ядер. 3. Управляющая система. Ее роль в данной работе выполняет программируемый микроконтроллер Arduino Uno. Процесс синтеза выглядит следующим образом. Предварительно в микроконтроллер управляющей системы загружается программа, в которой установлены параметры процесса: сила нажатия сервоприводов на силиконовые мембраны, скорость нажатия, время, в течение которого удерживается нажатие, момент включения и выключения электромагнитов, количество циклов. Управляющая система по заданной программе приводит в движение сервоприводы (нажимные механизмы), которые создают давление на силиконовые мембраны, тем самым заставляя раствор в микроканале перемещаться в реакционную камеру с аминированными магнитными наночастицами. Первый раствор, подающийся в реакционную камеру, - раствор альгината натрия и молекул Ф-ДНК. При этом включается нижний электромагнит, чтобы удержать в камере магнитные наночастицы. Когда раствор попадает в реакционную камеру, альгинат, содержащий отрицательно заряженные боковые цепи, электростатически осаждается на поверхности аминированных магнитных наночастиц, вместе с альгинатом также иммобилизуются на поверхности наночастиц молекулы Ф-ДНК. Так как скорость данной реакции очень высокая, для ее протекания требуется несколько секунд, в течение которых нижний электромагнит отключается, и включается верхний для того, чтобы вся поверхность наночастиц оказалась в контакте с раствором. После того, как все магнитные наночастицы переместились к верхней стенке реакционной камеры и зафиксировались в магнитном поле, нажимной механизм плавно снимает давление, что приводит к возвращению раствора обратно в соответствующий микроканал. После этого производится нажатие на силиконовую мембрану воздушной камеры, соединенной с микроканалом с буфером, что приводит к его перемещению в реакционную камеру. Во время этого этапа происходит удаление из реакционной камеры непрореагировавших молекул альгината, а также снова переключаются электромагниты для лучшей промывки. Затем давление снимается и буфер возвращается в микроканал. Предпоследним этапом цикла является подача раствора трехвалентного железа в реакционную камеру, в ходе которого альгинат, осажденный на поверхности магнитных наночастиц, во-первых, сшивается, а во-вторых, на поверхности этих наночастиц оказываются частично несвязанные с альгинатом ионы трехвалентного железа. Аналогично, как и на предыдущих этапах, переключаются электромагниты, наночастицы перемещаются к верхней стенке, затем давление снимается, раствор трехвалентного железа возвращается в микроканал. Последним этапом цикла является очередная промывка реакционной камеры буфером. После этого цикл повторяется, но альгинат уже осаждается за счет взаимодействия с ионами трехвалентного железа на поверхности наночастиц. В процессе многократного повторения рассмотренного цикла вокруг магнитного ядра растет оболочка из сшитого ионами трехвалентного железа альгината с включенными молекулами Ф-ДНК, формируя микрокапсулы, размер которых, а, следовательно, и содержание Ф-ДНК, легко регулируются путем подбора количества циклов. После завершения процесса синтеза, готовые капсулы извлекаются, помещаются на 3 минуты в раствор 1% полиэтиленимина. В результате на поверхности микрокапсул осаждается слой этого полиэлектролита. Последним этапом подготовки микрокапсул является иммобилизация на их поверхности фермента лактатоксидазы с применением карбодиимидной сшивки. Подготовленные описанным способом микрокапсулы были исследованы методом динамического светорассеяния для определения среднего гидродинамического радиуса и методом флуорометрии в многофункциональном планшетном анализатор для определения закономерностей распада под действие пероксида водорода и лактата натрия. Было установлено, что в среднем один цикл увеличивает диаметр микрокапсулы на 3,6 нм, время распада микрокапсул линейно зависит от объема альгинатной оболочки и обратно пропорционально концентрации лактата (или пероксида водорода) и количеству иммобилизованного фермента на ее поверхности. Таким образом, можно утверждать, что разработанный новый способ синтеза микрокапсул с иммобилизованным модельным лекарством имеет широкие перспективы для применения в клинической практике в ДНК и РНК терапии онкологических заболеваний.