ИСТИНА

Цель дальнейшего развития проекта – продолжить создание фундамента для разработки чувствительных и селективных, простых и экспрессных сенсорных платформ для определения физиологически активных веществ в биологических объектах, способов дифференциации объектов сложного состава оптическими методами. К актуальным задачам развития этих методов относятся: упрощение аналитических методик за счет создания готовых к использованию сенсорных элементов, минимизации операций пробоподготовки (или ее отсутствие), значительное сокращение времени анализа, улучшение метрологических характеристик (чувствительности и воспроизводимости); расширение возможностей аналитических методов за счет соединений, не типичных для определения флуориметрическими методами; применение обычного серийного оборудования или фотоаппаратуры, переход к портативным системам.

The goal of further development of the project is to continue creating the foundation for the development of sensitive and selective, simple and rapid sensor platforms for determining physiologically active substances in biological samples, methods for differentiating samples of complex composition by optical methods. The urgent tasks of developing these methods include: simplification of analytical procedures by developing ready-to-use sensor elements, minimizing sample preparation operations (or its absence), significant reduction in analysis time, improvement of metrological characteristics (sensitivity and reproducibility); expanding the possibilities of analytical methods due to compounds that are not typical for determination by fluorimetric methods; the use of conventional serial equipment or photographic equipment, the transition to portable systems. To solve the problem of selective determination of analytes in complex matrices, highly sensitive multisensor platforms will be proposed, multifunctional composite films and gels containing selective recognition agents will be developed; a directed selection of spectral characteristics will be carried out depending on the nature of the analyte and the matrix of the biological sample. In order to develop optical methods for the determination of organic analytes using plasmonic nanostructures, 2D and 3D composite structures will be developed made of natural polymeric materials (chitosan, collagen, alginate) with immobilized nanoparticles of metals or their ions and indicator compounds with specified spectral and physico-chemical characteristics. Such structures will have a high sorption capacity with respect to the analyte and the sample matrix in order to increase the sensitivity and reproducibility of the analysis and reduce the response time of the sensor layer. The developments in these areas at the previous stage of the project implementation showed their promise, made it possible to carry out the determination of low- and high-molecular biologically active substances in matrices of complex composition without complicated sample preparation with high sensitivity and selectivity (including multiplex detection). In continuation of the development of the project, we will continue research with low-molecular compounds, markers of neurodegenerative and neuroendocrine diseases, as well as diagnostic proteins, but at the same time the range of objects will be expanded, primarily through cell cultures, biological fluids, where the determination of these compounds is extremely important; we will continue development of approaches to their multiplex determination, transition from the stage of in vitro analysis to ex vivo. In connection with the relevance of developing highly sensitive, selective and, most importantly, rapid sensor systems for diagnosing bacterial infections without preliminary inoculation of the biomaterial, approaches will be created for the determination of new classes of analytes - specific pigments (quinone, azaquinone, carotenoids, melanin, pyrrole, phenazine, pyrazine) and enzymes (catalase, cytochrome-C-oxidase) of various bacteria, including pathogenic ones. In order to develop effective methods for discrimination of water- and organic-soluble samples, we will develop a version of the "fingerprint" method proposed by us within the framework of the project, based on the use of the kinetic factor. New indicator reactions will be proposed (oxidation of carbocyanines, formation of hydrazones and azomethines) and on their basis simple and rapid methods of discrimination of fats, oils, foodstuffs, biological fluids will be developed, which will allow solving practical problems of determining the manufacturer, identifying counterfeits, diagnosing diseases, etc. Attention will also be paid to the use of the "fingerprint" method for the identification of drugs. All developed methods and approaches and developed sensor platforms based on them will be tested in the analysis of real samples.

Ожидаемые результаты 2023 г.: Будут созданы новые универсальные 2D- и 3D-полимерных матриц (пленки, гели, губки), которые будут служить одновременно основой нанокомпозитной сенсорной системы, сорбционным материалом для удерживания наночастиц различной природы, ионов металлов в на поверхности сенсора, различных индикаторов, а также для извлечения, концентрирования и направленного транспорта молекул-аналитов различной полярности из сред разного состава (в зависимости от задачи исследования). Будут выбраны наиболее эффективные синтетические и методические приемы конструирования оптической наноструктурированной поверхности в результате варьирования способов их получения под различные аналиты. Методами оптической, сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии будет изучена и выбрана оптимальная морфология поверхности создаваемого материала. Будут разработаны индикаторные системы для определения молекул-маркеров бактериальных инфекций (диагностических пигментов и ферментов). Будут выбраны подходящие индикаторные реакции и предложены новые для использования в «методах отпечатков пальцев» и получены данные о влиянии стандартного набора модельных аналитов на их протекание. Будут разработаны простые и экспрессные способы дискриминации объектов сложного состава (напитков, продуктов питания, в том числе подвергнутых радиационной обработке для определения ее дозы, биологических жидкостей и др.). Будет создана линейка индикаторных реакций, протекающих в неводной среде и направленных на анализ органикорастворимых объектов; будут изучены свойства этих реакций в отношении органикорастворимых модельных аналитов. Будут разработаны эффективные методики дискриминации жирорастворимых объектов (моторных масел, пищевых жиров, топлив, эфирных масел и т.п.). Будет предложена кинетическая модель протекания некоторых наиболее важных реакций и определены константы скоростей отдельных стадий в этой модели. Хлорофилл а будет впервые использован в качестве аналитического реагента для определения бета-лактамных антибиотиков (на примере пенициллина) в виде флуоресцирующих тройных агрегатов.

Коллектив заявителей имеет значительный научный задел по созданию твердофазных сенсорных устройств, основанных на флуоресценции и спектроскопии комбинационного рассеяния, индикаторных систем на основе гелей и пленок из природных полимеров для определения биологически активных соединений различных классов. Коллектив имеет опыт по направленному синтезу наночастиц благородных металлов (Au и Ag), владеет навыками по получению наноструктурированных металлических (Ag, Au, Pt, Pd и др.), магнитных материалов и стабильных суспензий на их основе, в частности, с использованием различных методов химической гомогенизации для получения высокодисперсных материалов (метод пиролиза аэрозолей, магнетронное напыление, фотохимическое разложение, синтез в высококипящих растворителях, синтез в микроэмульсиях и др.) Авторами проекта созданы новые подходы к определению синтетических водорастворимых полимеров, в частности, дезинфектанта – полигексаметиленгуанидина (ПГМГ, торговые марки "Биопаг, "Полисепт"), методами флуориметрии и Рэлеевского рассеяния. Методики отличаются более широкими диапазонами линейности и более низкими пределами обнаружения, чем все известные оптические методы определения ПГМГ. Авторами проекта предложен вариант флуориметрического метода "отпечатков пальцев" («флуоресцентный язык» или «глаз»), заключающийся в добавлении к образцу флуорофора или смеси флуорофоров и измерении спектров флуоресценции или получении цифровых фотографий. Метод ценен в случаях, когда анализируемые образцы слабо флуоресцируют, или собственная флуоресценция не фиксируется имеющимся оборудованием, или дискриминирование образцов по собственной флуоресценции недостаточное. У заявителей имеются навыки эффективного использования сложного синтетического и аналитического оборудования отделения ФНМ ЦКП МГУ, в том числе оборудования, которое планируется непосредственно использовать для выполнения проекта.