Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода экспресс-анализа токсичности наночастиц на клеточном уровне

Номер контракта: 14.616.21.0057

Руководитель: Мажуга Александр Георгиевич

Должность руководителя: руководитель работ

Докладчик: Горелкин Петр Владимирович, Исполнитель проекта

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
токсичность, магнетит, активные формы кислорода, наноэлектрод, наночастицы, сканирующая ион-проводящая микроскопия

Цель проекта:
Разработка высокоэффективного метода экспресс-анализа токсичности магнитных наночастиц на основе исследований концентрационных зависимостей активных форм кислорода внутри клеток как результата их воздействия

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения работ будет разработан метод экспресс-анализа токсичности наночастиц. Активные формы кислорода являются ключевым показателем токсичности наночастиц. Разрабатываемый метод позволит определять изменение концентрации АФК в единичных клетках при проникновении наночастиц. Экспресс-анализ основан на использовании платинизированных наноэлектродов. Такой метод не требует использование дополнительных маркеров, является количественным методом, позволяет проводит динамический экспресс-анализ, дешевый в применении и не требующий специальной квалификации.
В ходе выполнения проекта будут разработаны:
1) Метод проведения экспресс-анализа токсичности наночастиц;
2) Экспериментальный образец системы для проведения экспресс-анализа токсичности магнитных наночастиц.
3) Эскизная конструкторская документация на систему для проведения экспресс-анализа токсичности магнитных наночастиц;
4) Программа и методика испытаний системы для проведения экспресс-анализа токсичности наночастиц.
5) Экспериментальные образцы зондов с повышенной адгезией платины на поверхности углеродных нанозондов.
6) Экспериментальные образцы нанотранзистора с графеновым проводящим слоем;
7) Программа и методика испытаний экспериментальных образцов зондов с повышенной адгезией платины на поверхности углеродных нанозондов.
8) Программа и методика испытаний экспериментальных образцов нанотранзистора с графеновым проводящим слоем;
9) Методика калибровки экспериментальных образцов зондов с повышенной адгезией платины на поверхности углеродных нанозондов по перекиси водорода.
10) Методика калибровки экспериментальных образцов зондов нанотранзистора с графеновым проводящим слоем по перекиси водорода.
11) Методика калибровки экспериментальных образцов зондов с повышенной адгезией платины на поверхности углеродных нанозондов по супероксиду калия.
12) Экспериментальные результаты по изучению уровня АФК внутри клеток при воздействии разных типов магнитных наночастиц:
А) магнетит размером не более 10, 10-20 нм, 20-40 нм;
Б) сферической и кубической формы
В) магнетит покрытый полиэтиленгликолем, декстраном;
13) Экспериментальные результаты сравнительных исследований определения токсичности стандартными методами;
14) Методика визуализации проникновения магнитных наночастиц на основе сканирующего ион-проводящего микроскопа с интегрированной конфокальной микроскопией;
15) Экспериментальные результаты визуализации проникновения магнитных наночастиц на основе сканирующего ион-проводящего микроскопа с интегрированной конфокальной микроскопией;
Также должны быть подготовлены:
1) Публикация в высокорейтинговом иностранном журнале;
2) Патент на изобретение.
3) Проект технического задания на проведение ОКР по теме: Метод проведения экспресс-анализа токсичности наночастиц.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Ранее коллективом исполнителей была продемонстрирована возможность функционализации таких углеродных наноэлектродов платиной. Валидация электродов была апробирована при определении АФК внутри клеток меланомы [ACS Nano, 2014, 8 (1), pp 875–884]. Экспериментальные данные продемонстрировали перспективы внутриклеточной детекции АФК платинизированными электродами. Испытания электродов также выявили недостаточную адгезию платины на поверхности ряда углеродных электродов, что затрудняет введение наноэлектродов внутрь клеток. В ходе выполнения первого этапа данного проекта будут разработаны наноэлектроды с повышенной адгезией платины. Для производства стабильных электродов перед нанесением платины будет создана полость внутри углеродного электрода, в которую будет осуществляться электрохимическое осаждение платиновой черни. Полость внутри наноэлектродов будет образовано путем электрохимического травления в растворе NaOH. Предварительные эксперименты показали хорошую адгезию платины внутри наноэлектрода и высокую стабильность наноэлектродов с дополнительным травлением. В ходе первого года выполнения проекта планируется проводить проектирование и тестирование функционализированных наноэлектродов для мониторинга активных форм кислорода: подбор оптимальных параметров для производства кварцевых нанокапилляров, и разработку методов оптимального травления и электрохимического осаждения.
Производство наноэлектродов для детекции АФК осуществляется электрохимическим путем, что позволяет контролировать процесс всех стадий технологического процесса. Для контроля параметров электрода на каждом из этапов будут получены вольт-амперные характеристики (ВАХ) электрода в 1мМ растворе в FeMeOH, что позволит однозначно контролировать размер электродов и поверхность осаждения платины.
Испытания полученных электродов будут проводится в раствор с известной концентрацией перекиси водорода и супероксида калия. Калибровка будет осуществлять путем помещения электрода в физиологический буферный раствор и непрерывного измерения изменения силы тока при последовательном увеличении концентрации АФК в растворе. Чувствительность таких электродов должна быть не хуже 1 микромоля перекиси водорода в литре.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
- Результаты проекта должны быть использованы для проведения экспресс-анализа токсичности наночастиц.
- Метод экспресс–анализа должен обеспечить достоверное определение уровня АФК как показателя токсичности наночастиц разных типов.
- Разработанный экспериментальный образец системы для проведения экспресс-анализа токсичности магнитных наночастиц должен обеспечить:
А) проведение анализа на единичных клетках, что должно значительно сократить количество используемого материала для скрининга токсичности наночастиц;
Б) получение концентрационных зависимостей АФК при воздействии ноночастицами;
В) возможность работы с живыми клетками;
Г) экспресс определения токсичности по уровню АФК;
Д) возможность детекции без использования меток, а значит дополнительной пробоподготовки;
Е) возможность детекции любых АФК

Текущие результаты проекта:
Ранее коллективу исполнителей удалось создать технологию производства воспроизводимых углеродных нанозондов на основе кварцевых нанокапилляров. Протокол производства наноэлектродов с необходимыми размерами состоит из следующих шагов: 1) вытяжка кварцевых нанокапилляров при помощи лазерного пуллера; 2) заполнение пиролитическим углеродом при помощи термической декомпозиции смеси бутана/пропана. Полностью процесс производства одного наноэлектрода в среднем зайнимает меньше минуты.
Радиус наноэлектрода можно надежно контролировать при помощи изменения параметров вытягивания во время производства нанокапилляров. Установка лазерного вытягивания имеет пять параметров (нагрев, филамент, скорость, задержка и вытягивание), которые могут быть настроены для получения нанокапиляров с желаемыми формами и размерами. Изменение параметра «тепло» (тепло, сообщаемое лазером кварцевому капилляру) приведет к уменьшению видимого радиуса наноэлектрода с увеличением тепла. Радиус наноэлектрода может быть изменен в пределах 10-200 нм простой настройкой мощности лазера во время вытягивания.