Разработка флуоресцентных сенсорных платформ на основе композитных материалов для определения биологически активных веществ в матрицах сложного состава

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 20-13-00330

НазваниеРазработка флуоресцентных сенсорных платформ на основе композитных материалов для определения биологически активных веществ в матрицах сложного состава

Руководитель Беклемишев Михаил Константинович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-205 - Аналитическая химия

Ключевые слова Флуоресценция, биологически активные соединения, сенсорные системы, наночастицы, поверхностный плазмонный резонанс, композитные материалы, композитные материалы на основе полимеров

Код ГРНТИ31.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Флуоресценция нашла широкое применение в прикладных биологических и биомедицинских исследованиях. Однако, несмотря на высочайшую чувствительность и мощную аппаратурную базу, метод по-прежнему имеет ряд очевидных ограничений. К ключевым стоит отнести мешающее влияние матриц анализируемых объектов, низкую химическую и фотохимическую стабильность флуорофоров под действием источника света, особенно лазерного излучения, высокую стоимость оборудования (флуориметров с лазерным возбуждением, конфокальных микроскопов), а также несовпадение возможностей аппаратуры со спектральными характеристиками флуорофора. Для преодоления некоторых из перечисленных недостатков и существенного расширения сферы практического применения метода флуоресценции мы предлагаем использовать следующие основные подходы. Во-первых, создавать мультисенсорные платформы, состоящие из нескольких сенсорных элементов, отклик каждого из которых на разные компоненты системы будет различен (например, один из сенсоров селективен, хотя и не специфичен, по отношению к целевому аналиту, другие учитывают мешающее влияние компонентов матрицы, а также поглощение и рассеяние излучения образцом). Надлежащий выбор соединений-индикаторов и использование методов хемометрики позволят обеспечить правильность определения с помощью таких платформ. Ближайшие аналоги предлагаемой схемы – существующие оптические мультисенсорные системы (однако в них не используются реагенты), а также системы типа "флуоресцентный язык" (однако в них добавляемые реагенты принципиально неселективны, а сами системы трудно использовать в количественном анализе); таким образом, предлагаемый подход является новым. Во-вторых, использовать достижения современной плазмоники, прежде всего – результаты исследования эффекта поверхностно-усиленной флуоресценции, который перспективен для высокочувствительного определения широкого круга веществ, но недостаточно изучен с точки зрения аналитических возможностей. В публикациях последнего десятилетия показана перспективность применения наночастиц золота и серебра в качестве фотостабильных флуоресцентно-активных материалов, обеспечивающих повышение чувствительности определения аналитов до двух порядков и расширение круга анализируемых объектов. Положение полосы поверхностного плазмонного резонанса (ППР) наночастиц благородных металлов планируется регулировать, проведя систематические исследования влияния размера и формы наночастиц и их агрегатов на спектр ППР. В-третьих, дополнительное регулирование физико-химических характеристик ППР-сенсора может быть достигнуто путем его модифицирования селективными распознающими реагентами и фотокатализаторами. Названные подходы к созданию сенсорных элементов будут реализованы путем разработки композитных структур из полимерных материалов (хитозана, коллагена, альгината) с иммобилизоваными наночастицами золота и серебра и соединениями-индикаторами с заданными спектральными и физико-химическими характеристиками. В таких материалах полимерная матрица в виде пленочного покрытия или геля будет служить не только для удерживания наночастиц металлов или флуоресцентных индикаторов, но и для извлечения и направленного транспорта молекул-аналитов к аналитической зоне сенсора. Таким образом, научная новизна подхода к решению задачи селективного определения аналитов в сложных матрицах будет заключаться в создании мультисенсорных платформ, использовании эффекта поверхностно-усиленной флуоресценции, применении многофункциональных композитных пленок, содержащих селективные распознающие агенты. Предлагаемые подходы позволят осуществлять высокочувствительное и селективное определение низко- и высокомолекулярных биологически активных веществ в матрицах сложного состава. В качестве аналитов будут выбраны низкомолекулярные соединения (фенольные соединения, амины различного строения, хиноны, пероксиды и некоторые другие), а также диагностические белки (гемоглобин, цитохром С, пероксидаза, каталаза). В качестве объектов анализа будут выступать растительное сырье, пищевые продукты, биологические жидкости (плазма крови, моча и некоторые другие) и клетки (эритроциты, лимфоциты и нейроны).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рукосуева Е.А., Беликова В.А., Крылов И.Н., Орехов В.С., Скоробогатов Е.В., Гармаш А.В., Беклемишев М.К. sensors Sensors, 20(18), 5351 (год публикации - 2020)
10.3390/s20185351

2. Степанова И.А., Лебедева А.Н., Шик А.В., Скоробогатов Е.В., Беклемишев М.К. Recognition and Determination of Sulfonamides by Near-IR Fluorimetry Using Their Effect on the Rate of the Catalytic Oxidation of a Carbocyanine Dye by Hydrogen Peroxide. Journal of Analytical Chemistry, Vol.76, No. 12, pp. 1397–1405 (год публикации - 2021)
10.1134/S1061934821120121

3. Куроптева А.Е., Приходченко П.В., Смирнов Е.А., Веселова И.А. In-situ H2O2 generation-on-demand based on ZnO2 nanoparticles optical sensor systems involving peroxidase RCS Advances, 2022 (год публикации - 2022)

4. Еремина О.Е., Яренков Н.Р., Капитанова О.О., Зеленецкая А.С., Смирнов Е.А., Шеховцова Т.Н., Гудилин Е.А., Веселова И.А. Molecular Immobilization and Resonant Raman Amplification by Complex-Loaded Enhancers (MIRRACLE) on copper(II)– chitosan modified SERS-active metallic nanostructured substrates for multiplex determination of dopamine, norepinephrine, and epinephrine Microchimica Acta, 2022 (год публикации - 2022)

5. Скоробогатов Е.В., Степанова И.А., Орехов В.С., Беклемишев М.К. Использование флуориметрии в ближней ИК-области с фотографической регистрацией сигнала в методе «отпечатков пальцев» с добавкой флуорофора к объекту: дискриминация яблочных соков Аналитика и контроль, № 1, т. 26 (год публикации - 2022)

6. Шик А.В., Степанова И.А., Дорошенко И.А., Подругина Т.А., Беклемишев М.К. Carbocyanine-Based Fluorescent and Colorimetric Sensor Array for the Discrimination of Medicinal Compounds Chemosensors, 10, 88 (год публикации - 2022)
10.3390/chemosensors10020088

7. Степанова И.А., Шик А.В., Скоробогатов Е.В., Бартошевич А.А., Беклемишев М.К. Определение бромида цетилтриметиламмония фотометрическим методом за счет агрегации с карбоцианиновым красителем Аналитика и контроль, Т. 26, № 3. С. 204–211 (год публикации - 2022)
10.15826/analitika.2022.26.3.004

8. Еремина О.Е., Капитанова О.О., Медведько А.В., Зеленецкая А.С., Егорова Б.В., Шеховцова Т.Н., Вацадзе С.З., Веселова И.А. Plier Ligands for Trapping Neurotransmitters into Complexes for Sensitive Analysis by SERS Spectroscopy Biosensors (год публикации - 2023)

9. Еремина О.Е., Яренков Н.Р., Бикбаева Г.И., Капитанова О.О., Самоделова М.В., Шеховцова Т.Н., Колесников И.Е., Сюй А.В., Арсенин А.В., В.С. Волков, Г.И. Целиков, С.М. Новиков, А.А. Маньшина, И.А. Веселова Нigh-performance SERS sensors for detection of amyloid-β aggregates for early diagnosis of Alzheimer's disease Analyst (год публикации - 2023)

10. Шик А.В., Скоробогатов Е.В., Близнюк У.А., Черняев А.П., Авдюхина В.М., Борщеговская П.Ю., Золотов С.А., Байтлер М.О., Дорошенко И.А., Подругина Т.А., Беклемишев М.К. Determination of doses absorbed by potato tubers under electron beam and X-ray irradiation using an optical fingerprinting strategy Food Chemistry (год публикации - 2023)

Публикации