ИСТИНА

Проект направлен на исследование принципов формирования, строения и свойств самоорганизующихся наноструктурированных фермент-полимерных пленок и создание на их основе улучшенных биосенсорных покрытий. Конкретными фундаментальными задачами предлагаемого проекта являются изучение особенностей взаимодействия биомолекул (белков, ферментов) со стимулчувствительными полимерными объектами различной архитектуры (линейными, звездообразными или сетчатыми), формирование на основе таких комплексов наноструктурированных фермент-полимерных покрытий, а также систематическое исследование их строения, свойств и устойчивости в зависимости от структуры выбранного полимерного объекта, его стимулчувствительных свойств (термочувствительности и/или рН -чувствительности), типа фермента, а также условий, при которых происходит взаимодействие и/или адсорбция отдельных компонентов и/или осуществляется последующее функционирование покрытия в целом в качестве поверхностей биосенсоров. Систематическое исследование свойств наноструктурированных фермент-полимерных покрытий и условий включения в них целевых биомолекул и сделанные на его основе выводы и рекомендации позволят эффективно модифицировать различные поверхности разнообразными биообъектами, что представляет собой центральную проблему многих областей современной биотехнологии и науки о современных биоматериалах.

The project aims at revealing basic principles, which govern the formation of nanostructured polymer-enzyme films, at studying of structure and properties of the films, and at constructing improved biosensor coatings on their basis. The specific fundamental tasks of the proposed project are to study features of the interaction of biomolecules (proteins, enzymes) with stimuli-sensitive polymeric objects of various architecture (linear, star-shaped polymers, or microgels), to build up nanostructured polymer-enzyme coatings based on such co-assemblies, and to thoroughly investigate structure, properties, and stability of the films with respect to architecture of the used polymeric object, its stimuli-sensitivity (thermoresponsive or/and pH-responsive properties), the enzyme type, and conditions at which the interaction and/or adsorption of the individual components takes place and/or further functioning of the whole coating as a biosensor surface is performed. Systematic studies on properties of the nanostructured polymer-enzyme films and conditions under which target biomolecules are incorporated into polymeric films, followed by conclusions and recommendations coming out from the obtained results, will enable efficient modification of various surfaces by different bioobjects to be realized, which is nowadays a main challenge in many fields of the modern biotechnology and contemporary biomaterials science.

В результате выполнения проекта будут полностью охарактеризованы свойства вышеупомянутых стимулчувствительных полимерных объектов различной архитектуры (линейных, звездообразных или сетчатых) в водных растворах, в частности, будут определены интервалы рН, в которых происходит изменения степени заряженности, и значения рКа для каждого полимерного объекта. Будут определены температурные интервалы, в которых наблюдаются фазовые переходы, для каждого из полимеров в зависимости от степени заряженности. На основе полученных данных можно будет заранее предсказать, в каких условиях следует проводить адсорбцию, чтобы получить максимально равномерное плотное покрытие исходной поверхности графитовых электродов или других модельных поверхностей и условия последующего комплексообразования с ферментами. Будет выявлена роль пространственной архитектуры и характеристик (степени полимеризации линейного полиэлектролита, степени полимеризации и количества лучей для звездообразного полиэлектролита, а также типа и строения микрогелей) на структуру и свойства пленочных покрытий (топография поверхности наноструктурированных пленок, степень заполнения, шероховатость, смачиваемость и проч.). Будет исследовано взаимодействие ферментов с оптимизированными полимерными пленками с учетом роли пространственной архитектуры полимерного компонента и в зависимости от условий среды, при которых проводится адсорбция (концентрация, рН, солевой состав и др.); будет получена информация о толщине, массе и биоактивности формируемого слоя биомолекул. Будет проведен электрохимический электроанализ активностей иммобилизованных ферментов, исследованы аналитические характеристики и устойчивость получаемых полимер-ферментных сенсорных покрытий, реализованы различные варианты практического применения наиболее удачных сенсорных покрытий. Комплексная характеристика условий получения и свойств формируемых наноструктурированных фермент-полимерных покрытий позволит выработать рекомендации к направленному получению биосенсорных покрытий с заданными свойствами (гидрофобно-гидрофильным балансом, толщиной, шероховатостью, плотностью посадки биоактивного компонента и др.), провести оптимизацию биосенсорного анализа с использованием инструментов и методов электрохимии и создать в результате биоаналитические системы со значительно улучшенными аналитическими характеристиками.

Коллектив авторов имеет значительный опыт работы по физико-химической характеристике поверхностей. В частности, методами зондовой микроскопии исследованы структурно-функциональные особенности поведения полиэлектролитов и белок-полиэлектролитных комплексов на поверхности твердого тела (высокоориентированого пиролитического графита). Опыт авторов проекта по изучению адсорбции веществ методом пъезоэлектрического микровзвешивания с мониторингом диссипации в сочетании с электрохимическими методами определения ферментативной активности позволил исследовать закономерности взаимодействия ферментов с пленками полиэлектролитов и определить условия проявления максимальной ферментативной активности полимер-ферментных слоев. Коллективом авторов методом последовательной адсорбции были впервые получены высокоактивные тонкие (наноразмерные) фермент-полиэлектролитные пленки с участием диблок-сополимеров и звездообразных полимеров различного строения и исследованы их условия формирования, активность и стабильность. Показана возможность включения в состав пленок ряда ферментов (тирозиназы, глюкозоксидазы, холиноксидазы, пероксидазы, бутирилхолинэстеразы) и антител. На основе наноструктурированных пленок линейных полиэлектролитов и белков созданы биосенсорные системы определения пероксида водорода, холина, фенола, этанола, глюкозы, ингибиторов холинэстераз. Проведенные фундаментальные исследования позволили решить проблему воспроизводимого получения сплошных наноструктурированных полимер-ферментных покрытий на проводящих поверхностях различного типа.