Биокаталитические системы для создания биосенсорных технологий.

Целью проекта является создание новых биосенсорных технологий на основе биокаталитических систем (ферментов) с использованием различных принципов преобразования биохимических реакций в электрический сигнал и различных методов иммобилизации ферментов. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи: исследовать различные преобразователи биохимических реакций (в том числе высокоэффективный электрокатализатор восстановления пероксида водорода, инертные проводящие материалы, планарные структуры на основе исследованных материалов) и разработать новый способ химического синтеза функциональных пленок электрокатализатора на поверхности планарных электродов (прототипов датчиков, пригодным для промышленного производства).
В ходе работы был подготовлен обзор литературы по современным методам конструирования биологических сенсоров, проведен сравнительный анализ собственных результатов по использованию высокоэффективного электрокатализатора восстановления пероксида водорода (Берлинская лазурь) и литературных данных. Затем были усовершенствованы методики получения электродов, модифицированных электрокатализаторами (электросинтез Берлинской лазури на электродах из различных материалов) и разработан новый способ химической модификации поверхности планарных электродов функциональными пленками электрокатализатора. Далее были исследованы функциональные характеристики разработанных сенсорных структур как прототипов пероксидных датчиков, пригодным для промышленного производства. С помощью физических методов были исследованы плёнки электрокатализатора и была показана их наноразмерность. В завершение совместно с университетом г. Лунда (Швеция) был зарегистрирован прямой биоэлектрокатализ окисления лактозы при помощи целобиозодегидрогеназы на планарных электродах. На основе новой системы предложен прототип промышленного биосенсора для определения лактозы.

Около 5 лет проводится плодотворное сотрудничество ФГУ НИИ пульмонологии Росздрава и кафедры аналитической химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. В 2006 г. работа была поддержана субвенцией Федерального Агентства по науке и инновациям «Исследование химического состава конденсата выдыхаемого воздуха для неинвазивной диагностики» (2006г., Гос. рег. № 01200607032). Показано, что наиболее чувствительным маркером воспалительного процесса оказался пероксид водорода. Наблюдая за его концентрацией в КВВ можно не только диагностировать наличие и тяжесть течения заболевания, но и контролировать эффективность проводимого лечения. В 2006 г. защищены докторская (д.м.н. Анаев Э.Х.) и кандидатская диссертации (к.х.н. Курицына Е.А.) по результатам совместных работ.
Планарные сенсоры многоразового использования на основе электродов, модифицированных Берлинской лазурью разработанные в настоящем проекте являются прототипом пероксидных датчиков, пригодным для промышленного производства.
В ходе выполнения проекта разработан экспресс-метод определения глюкозы и лактозы в молочной сыворотке с помощью биосенсоров на основе Берлинской Лазури. Результаты анализа молочной сыворотки в проточно-инжекционной системе, включающей биосенсоры, полностью коррелировали с измерениями стандартным хроматографическим методом. По сравнению с общепринятыми методами (например, хроматографией), разрабатываемые электрохимические биосенсоры отличаются дешевизной, меньшей трудоемкостью анализа, быстрым откликом, низким пределом обнаружения, отсутствием влияния некоторых примесей, присутствующих в реальных пробах.
Биосенсорные технологии, созданные в результате проекта, отличаются невысокой стоимостью, высокой воспроизводимостью, точностью и быстротой измерений. Биосенсорные технологии позволят конструировать биосенсоры многоразового использования, отличающиеся высокой стабильностью, чувствительностью и селективностью анализа, для определения низких концентраций (менее 10-6 М) разнообразных веществ. Биосенсорные технологии, созданные в результате проекта, послужат основой для последующей коммерциализации и внедрение в массовое производство.

Разработаны новые способы иммобилизации различных классов ферментов на поверхности модифицированных электродов

Проведена метрологическая проработка и включение биосенсоров в аналитические системы, адаптированные к исследованию реальных объектов;
  Проведено обобщение результатов предыдущих этапов работ и оценена полнота решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
  Сформулированы технические требования для технического задания на разработку продукции.