Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка регенерируемого электрохимического биосенсора на основе аптамер-активированных углеродных нанотрубок для детектирования маркеров вирусов гепатита B и C

Номер контракта: 14.575.21.0066

Руководитель: Бобринецкий Иван Иванович

Должность руководителя: старший научный сотрудник

Докладчик: Комаров Иван Александрович, ведущий инженер

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
однослойные углеродные нанотрубки, аптамер, гепатит, наносенсор, быстродействие, селективность

Цель проекта:
Создание экспериментального образца регенерируемого нанопроводного биосенсора для регистрации белковых маркеров социально-значимых заболеваний в фракциях крови. Разработка и исследование технологических основ формирования электрохимических биологических сенсоров на основе углеродных нанотрубок, модифицированных специфичными аптамерами, для детектирование содержания вирусов в крови (в частности вируса гепатита), обеспечивающих переходит к созданию новых видов быстродействующих и селективных диагностических систем.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Промоделированы композитные молекулярные структуры. Разработана модель электрохимического биосенсора на основе аптамер-модифицированных углеродных нанотрубок. Разработаны программа и методика исследовательских испытаний. Разработан способ корпусирования биосенсора. Для исследования химических свойств компонентов биосенсоров был использован рентгеновский комплекс «Рикор-8». Разработаны экспериментальные образцы биологических чипов на полимерной подложке и проведена процедура их активации аффинными реагентами.
2. В результате реализации проекта будет разработана конструкция биологического сенсора на двух типах подложек (гибкой и твердотельной) с чувствительностью к белкам-маркерам социально-значимых заболеваний не хуже чем 10-5 моль/л и возможностью проведения не менее 5 измерений до замены сенсора. И возможностью интеграции в медицинские измерительные системы и устройства персонального мониторинга состояния здоровья.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.Конечный продукт представляет собой биологический сенсор в виде микрочипа или гибкой пластины.
Твердотельный биосенсор представляет собой подложку SiO2 закреплённую в стандартном корпусе серии серии КЮЯЛ 431433.018. На поверхность SiO2 пластины нанесены углеродные нанотрубки, поверх которых сформирована схема металлизации и защитный слой. При этом аптамеры ковалентно связаны с поверхностью нанотрубкок в области, которая открыта для экспонирования биологических агентов.
Гибкий биологический сенсор представляет собой полимерную подложку, на которую нанесена сетка углеродных нанотрубок, к которой в дальнейшем ковалентно связываются аптамеры. Полимерная подложка заключена в защитную оболочку, в которой выполнены окна для экспонирования и создания контактов.
Созданные сенсоры играют роль макетов-прототипов, на примере которых отрабатывают конструктивные и технологические решения, в частности, возможность долговременного и многократного измерения сигнала и подтверждения выбранных методов нанесения аптамеров.
2.Элементами новизны являются тип используемого аптамера и конструкция как гибкого, так и твердотельного сенсора. Последняя является патентоспособным результатом. Подана заявка на полезную модель.
3. Результаты работ соответствуют современному состоянию уровня мировых исследований. В области наблюдаемой скорости реакции сформированного сенсорного устройства на модельных белок-мишень результаты превышают мировые аналоги на 10%.
4. Работы проводятся на уровне экспериментальных исследований с одновременным моделированием функционирования сенсорного устройства, что повышает надежность результатов. Рисками на пути реализации проекта является отсутствие рядя реагентов на российском рынке и нестабильность зарубежных поставок, а также несвоевременное финансирование проекта со стороны Министерства образования и науки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Планируемые результаты работы - биосенсоры - планируется применять для экспресс-диагностики социально значимых заболеваний (гепатита) и устройств персонального мониторинга здоровья.
2. В перспективе разработанные биосенсоры будут использованы в медицине и персональных устройствах мониторинга здоровья для экспресс-диагностики гепатита.
3. В результате разработки компактных биологических сенсоров, которые возможно интегрировать в медицинские электронные устройства, вероятно ускорение диагностики гепатита, как в рамках клинических исследований, так и в случае персонального мониторинга состояния здоровья. При условии разработки отечественных систем персонального мониторинга здоровья предполагается возможность интеграции сенсоров в состав этих устройств.
4. Предполагается, что биосенсор, чувствительный к гепатиту, будет представлять интерес прежде всего для медицинских учреждений, в которых проводится анализ на гепатит, а так же для исследований, при которых анализируется состав крови человека. В плане популяризации науки и техники биосенсор возможно использовать для демонстрации на профильных выставках, и на научно-популярных мероприятиях для молодёжи. Вероятен повышенный интерес к биосенсорам в случае включения их в устройства персонального мониторинга состояния здоровья, которые подключаются к современным смартфонам. В этом случае результаты будут прежде всего интересны технологически продвинутой молодёжи - пользователям различных гаджетов.

Текущие результаты проекта:
В результате работ проведен теоретический расчёт и моделирование композитных молекулярных структур. Разработана модель электрохимического биосенсора на основе аптамер-модифицированных углеродных нанотрубок и способ его корпусирования. Разработана методика интеграции системы подачи аналита с биосенсором. Разработан способ получения кристаллов с массивом нанопроволочных структур и проведена оптимизация условий активации массива аффинными реагентами, специфичными к целевым белкам. Разработан лабораторный регламент изготовления биосенсоров для регистрации целевых белков. В работе был использован модуль сканирующего электронного микроскопа NT-MDT-ORSAY-I-FEB для исследования топографических свойств компонентов биосенсоров.