КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 16-19-10697

НазваниеМикросистема для анализа запаха на основе массива полевых транзисторов и олигонуклеотидных последовательностей

Руководитель Сауров Александр Николаевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-производственный комплекс «Технологический центр» , г Москва

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-709 - Нанотранзисторы и другие наноэлектронные приборы элементной базы информационных систем

Ключевые слова Обоняние, электронный нос, биомиметические системы, граница раздела фаз жидкость-газ, микрофлюидика, транзисторы, аптамеры, нейронная сеть, запах кофе.

Код ГРНТИ59.35.35

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В рамках проекта предлагается исследование возможности создания системы распознавания запахов, с конструкцией имитирующей хеморецепторные системы обоняния и вкуса, существующие в природе. Подобные системы получи название «электронный нос» (для классификации химического состава газовой смеси) и «электронный язык» (для классификации химического состава в жидкости). В современном исполнении подобные мульти сенсорные системы, как правило, представляют собой массив чувствительных элементов, обладающих либо разной химической специфичностью к компонентам смесей, либо состоящих из чувствительных элементов, работающих по разным физическим принципам. Выходной сигнал с массива, обрабатываемый алгоритмами классификации, служит некоторыми «отпечатками пальцев» для каждого конкретного химического состава смеси. В настоящее время «электронный нос» нашел ограниченное применения в пищевой промышленности, как дешевый и эффективный аналог газового хроматографа. За последние несколько лет появились несколько мобильных роботизированных систем, снабженных «электронными носами», для мониторинга и выявления различных утечек химических соединений при мониторинге экологической обстановки. Интенсивно ведутся исследования и апробация систем распознавания запахов в медицинской диагностике. Основные проблемы в более широком использовании подобных систем связывают с низкой селективностью и чувствительностью. Кроме того относительно комплексный состав массива элементов значительно усложняет производство и алгоритмы обработки сигнала, что усложняет миниатюризацию и интеграцию, а также повышает себестоимость производства систем. В рамках проекта предлагается исследовать возможность создания биомиметической микросистемы анализа запахов на основе коротких олигонуклеотидных последовательностей - аптамеров и полевых транзисторов. Так как правильная и эффективная работа большинства биологических рецепторов подразумевает связывания с целевым соединением в водном растворе, в ходе проекта предполагается реализовать двухуровневую микрофлюидную систему. Анализируемая смесь запахов будет проходить по первому уровню микроканалов и в определенных местах контактировать через гидрофобную мембрану с жидкостью в микроячейках, размещенных на втором уровне микрофлюидной системы. В микроячейках будут находиться транзисторы с иммобилизованными на сенсорной поверхности аптамерами. В качестве модельной системы для исследования будут использованы запахи различного кофе. Проект представляет собой междисциплинарное поисковое исследование на стыке наук: физики и химии полупроводников, микрогидродинамики, физической химии поверхности, биохимии, технологий микро и нанообработок. В ходе работ по проекту в едином комплексе будет рассмотрен весь цикл исследования от разработки подходов к созданию тестовой микросистемы до экспериментальных исследований с ее использованием, в том числе: 1. С учетом моделирования будет разработана и оптимизирована конструкция как чувствительных элементов на основе транзисторов, так и конструкция двухуровневой микрофлюидной системы. 2. Будет разработан комплекс технологических операций для реализации маршрута изготовления двухуровневой микрофлюидной системы с интегрированными чувствительными элементами. 3. Будут разработаны подходы к подбору биологических рецепторов с различной аффиностью и схема их иммобилизации по поверхности подзатворного диэлектрика. 4. Будут разработаны подходы построения нейроморфной сети на основе матрицы чувствительных элементов для обработки и анализа сигнала. 5. Будут разработаны экспериментальные методы исследования процессов адсорбции и растворения газовых смесей в микрообъеме на основе интегрированных в микрофлюидную систему транзисторов с олигонуклеотидами. 6. Проведение экспериментальных исследований с использованием разработанной системы с целью изучения перспективности предлагаемых подходов для создания новых сенсорных микросистем. Фундаментальное значение проекта связано с созданием теоретических основ и разработкой практических методов по построению сложных микросистем с различными интегрированными компонентами, а также с экспериментальными исследованиями протекающих в подобных системах различных физико-химических процессов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---