Регистрация / Вход
Прислать материал

Обнаружение вирусов с помощью сканирующей зондовой микроскопии

Общие сведения
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Название доклада
Обнаружение вирусов с помощью сканирующей зондовой микроскопии
Исполнитель проекта
Центр перспективных технологий
Докладчик (участник)
Участник
Соснин Всеволод Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель: эффективное предупреждение инфекционных заболеваний.
Задачи:
1.Разработка проточной жидкостной ячейки для сканирующей зондовой микроскопии.
2.Разработка методов высокоэффективного обнаружения вирусов с помощью сканирующей зондовой микроскопии с проточной жидкостной ячейкой.
Актуальность и новизна исследования
Сканирующая зондовая микроскопия является одним из перспективных методов обнаружения патогенных микроорганизмов. Для проведения исследований в жидких средах используются жидкостные ячейки. В сфере сканирующей зондовой микроскопии вопрос о создании жидкостной ячейки уже долгое время является одним из передовых. В течение многих лет и по сей день происходит совершенствование создаваемых моделей ячеек различными фирмами. Разрабатываемая нами ячейка сможет решить многие проблемы, которые существуют в этой области. Во-первых, ячейка будет гарантированно герметична, что полностью исключает возможность порчи дорогостоящей аппаратуры в ходе исследования, которая может возникнуть в результате протечки. Во-вторых, планируется сделать недорогой вариант ячейки, который позволит использовать ее один раз для одного исследования, что значительно облегчает ее использование. В-третьих ячейку легко и удобно можно будет снимать для дальнейших исследований в лаборатории без разгерметизации.
Описание исследования

Сканирующая зондовая микроскопия представляет собой совокупность большого числа экспериментальных методов по изучению структуры и свойств поверхности, как на микроуровне, так и на уровне отдельных молекул и атомов. Сканирующий зондовый микроскоп измеряет параметры поверхности в небольшой локальной зоне нанометровых размеров вблизи острия зонда. Постепенно перемещая зонд вдоль исследуемой поверхности, удается получить представление о свойствах области, размер которой может быть от сотни нанометров до десятков и сотен микрон. Из всего многообразия сканирующей зондовой микроскопии в данном методе используется атомно-силовая микроскопия (АСМ).

В режиме АСМ кантилевер (микрозонд) перемещается по поверхности образца, сканируя тем самым ее рельеф и преобразуя положение кантилевера в цифровой сигнал, в результате чего мы получаем трехмерное изображение рельефа поверхности. В атомно-силовом микроскопе сила взаимодействия между иглой (зондом) и исследуемой поверхностью крайне мала, что позволяет использовать острую иглу с радиусом закругления в 1-10 нм, а иногда, и иглу с одним атомом в ее вершине. В результате получается беспрецедентный результат – мы можем видеть отдельные атомы и молекулы.

Описанные выше особенности АСМ позволяют использовать ее для обнаружения патогенных микроорганизмов. Постепенное развитие в этой области показало, что подобные исследования удобнее проводить в жидкой среде. Именно для этого была разработана проточная жидкостная ячейка (ПЖЯ).

ПЖЯ представляет собой небольшой резервуар с каналами для подачи и отвода исследуемой жидкости; расположенный внутри образец с нанесенной подложкой, на которую, благодаря биоспецифическим связям, осаждаются вирусы; внутри ячейки находится держатель кантилевера с установленным в нем кантилевером.

Исследования проводятся следующим образом. В ячейку закачивается и начинает циркулировать исследуемая жидкость. Вирусы, при их наличии в среде, осаждаются на подложку, а в это время микрозонд начинает сканировать поверхность образца. Анализируя полученные изображения, на которых в случае заражения различимы вирусы, выносится заключение о чистоте и стерильности жидкости.

Результаты исследования

На сегодняшний день проточные ячейки для проведения подобных исследований существуют, однако имеют целый ряд существенных недостатков:

- не являются гарантированно герметичными, остается возможность протечки, что может привести к порче дорогостоящего оборудования;

- для проведения исследований необходимо жесткое закрепление ячейки на микроскопе, что делает затруднительным последующее снятие ячейки, для дальнейших исследований в лаборатории;

- сложность в установке;

- при снятии ячейки возможна разгерметизация, что приводит к попаданию вируса в атмосферу;

- достаточно дорогие (~5000$).

Представляемая нами жидкостная ячейка позволит обнаруживать вирусы при малых концентрациях. Результатом того, что ячейка является проточной, является увеличение вероятности обнаружения вирусов, исключая возможность ложноотрицательного результата. Конструкция ячейки обеспечивает ее герметичность и удобство в использовании, для проведения дальнейших исследований ячейку можно снять без ее разгерметизации. При работе используется специальная подложка, которая позволяет регистрировать только интересующие нас объекты за счет биоспецифического взаимодействия, не обращая внимания на остальные составляющие среды (пыль, белки, споры). В массовом производстве может быть достигнута малая себестоимость производимых ячеек ~ 600 рублей, следствием чего ячейку можно будет использовать как одноразовую, что облегчает работу с ней.

На данном этапе с помощью представленной ПЖЯ проводятся исследования по обнаружению вирусов гриппа А. В дальнейшем планируется расширение области действия ячейки на остальные вирусы.

Для корректной идентификации наличия вирусов в среде необходимо наличие на участке подложки размером 10х10 мкм2 как минимум 10 вирусов, чтобы исключить ложноположительный результат исследования. Диапазон измерения концентрации вирусов гриппа А в жидкости от 104 вирусов/мл до 108 вирусов/мл.

Практическая значимость исследования
Определение статуса зараженности среды является очень важным критерием во многих областях. Основной областью применения являются медицинские учреждения, где наиболее важно поддерживать чистоту и стерильность.
Конструкция ячейки позволяет использовать ее для проведения исследований с помощью различных моделей сканирующих зондовых микроскопов.
В перспективе планируется разработка бюджетного варианта микроскопа с использованием оригинальной ячейки для портативного и индивидуального использования.
Не исключается возможность использования в военной промышленности в сфере защиты от биологического оружия.
НИОКТР выполняется в МГУ имени М.В.Ломоносова при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 02.G25.31.0135).