ИСТИНА

Конкретными фундаментальными задачами предлагаемого проекта являются: исследование особенностей взаимодействия ферментов с функциональными полимерными микрогелями, формирование на основе таких комплексов наноструктурированных фермент-микрогелевых покрытий, а также систематическое исследование их строения и свойств (в том числе, и устойчивости) в зависимости от типа микрогеля, его стимул-чувствительных свойств (термочувствительности 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-микрогелевых покрытий и условий включения в них целевых ферментов и сделанные на его основе выводы и рекомендации позволят эффективно модифицировать различные поверхности разнообразными биообъектами, в особенности, ферментами, для создания нового поколения высокоэффективных биосенсорных систем, что представляет собой центральную проблему многих областей современной биотехнологии и науки о современных биоматериалах.

The project is aimed on the principles of the formation of microgel-enzyme complexes on the basis of microgels and enzymes, studying their structure and properties, and developing improved biosensor coatings based on the microgel-enzyme films for high-sensitive analysis of (bio)molecules. Such a complete characterization of constructed systems allows producing recommendations to a targeted build-up of microgel biosensor coatings with required properties (hydrophobic-hydrophilic balance, thickness, roughness, density of an adsorbed bioactive component, etc.), performing optimization of biosensor analysis by means of electrochemical tools and approaches, and eventually developing bioanalytical systems with considerably improved analytical characteristics.

Общий план работ на весь срок выполнения проекта: 1. Исследование адсорбции функциональных полимерных микрогелей на проводящие поверхности, в зависимости от состава микрогеля и от условий среды, при которых проводится формирование пленочных покрытий и в которые в последующем помешены эти пленочные покрытия (температура, pH, ионная сила и т.д.). 2. Исследование различных вариантов адсорбции ферментов на поверхности, модифицированной полимерными микрогелями, в зависимости от условий среды, при которых проводится адсорбция (рН, солевой состав и др.); получение информации толщине, массе и ферментативной активности формируемых пленок, оценка плотности посадки ферментов. 3. Исследование различных вариантов комплексообразования в растворе между полимерными микрогелями и ферментами и изучение адсорбции предварительно сформированных микрогель-ферментных комплексов на проводящие поверхности в зависимости от условий среды, при которых происходит адсорбция. 4. Систематический скрининг аналитических параметров различных биосенсорных конструкций фермент-полимерных пленок. 5. Сравнительное исследование устойчивости различных конструкций фермент-полимерных пленок.

Авторами прокта в течение ряда лет велись фундаментальные исследования физико-химических и биохимических свойств полиэлектролитов, биомакромолекул и их комплексов. Научный коллектив обладает опытом в области образования, строения и свойств интерполиэлектролитных комплексов, а также процессов самоорганизации (самосборки) ионогенных амфифильных сополимеров и их взаимодействия с противоположно заряженными макромолекулами. Коллектив авторов имеет значительный опыт работы по формированию белок-полиэлектролитных комплексов в водных растворах. Авторы проекта разработали методы химического и физического включения различных ферментов в термочувствительные полимерные гели на основе ПНИПАМ и исследовали закономерности регуляции ферментативной активности иммобилизованных ферментов в зависимости от контролируемой температурой среды степени набухания ПНИПАМ. Коллектив авторов имеет значительный опыт работы по физико-химической характеристике поверхностей. Так методами зондовой микроскопии исследованы структурно-функциональные особенности поведения полиэлектролитов и белок-полиэлектролитных комплексов на поверхности твердого тела. Показано, что максимальная степень модификации достигается для сильных полиэлектролитов путем проведения адсорбции сильных полиэлектролитов в присутствии экранирующих заряд противоионов. Для слабых полиэлектролитов достаточно проводить адсорбцию при тех значениях рН, при которых ионогенные группы не заряжены. Коллективом авторов методом последовательной адсорбции были впервые получены высокоактивные 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 и антител. На основе наноструктурированных пленок линейных полиэлектролитов и белков созданы биосенсорные системы определения пероксида водорода, холина, фенола, этанола, глюкозы, ингибиторов холинэстераз.

Исследована адсорбция функциональных полимерных микрогелей на проводящие поверхности, в зависимости от состава микрогеля и от условий среды, при которых проводится формирование пленочных покрытий и в которые в последующем помешены эти пленочные покрытия (температура, pH, ионная сила и т.д.). Исследованы различные варианты адсорбции ферментов на поверхности, модифицированной полимерными микрогелями, в зависимости от условий среды, при которых проводится адсорбция (рН, солевой состав и др.); получена информация толщине, массе и ферментативной активности формируемых пленок, оценена плотность посадки ферментов. Исследованы различные варианты комплексообразования в растворе между полимерными микрогелями и ферментами и изучена адсорбция предварительно сформированных микрогель-ферментных комплексов на проводящие поверхности в зависимости от условий среды, при которых происходит адсорбция. Проведен систематический скрининг аналитических параметров различных биосенсорных конструкций фермент-полимерных пленок. Проведено сравнительное исследование устойчивости различных конструкций фермент-полимерных пленок.