Нанотехнологии в био- и химических сенсорах для мониторинга окружающей среды и здоровья человека

 

В 2005 г. нами начаты и успешно развиваются работы, посвященные использованию наноматериалов в разработке нового поколения электрохимических сенсоров.

Цели работы:

  • разработка прототипов высокочувствительных селективных электрохимических сенсоров нового поколения для мониторинга среды обитания, оценки состояния организма человека и дифференциальной диагностики инфекционных заболеваний на ранних стадиях на месте (in-situ и on-site);
  • разработка аппаратурного, программного и методического обеспечения для электрохимического иммуноанализа;
  • создание методов прямого исследования миграции и дифференцировки стволовых клеток.

Предлагается использовать наночастицы металлов (или их оксидов) в качестве:

  • Трансдьсеров в сенсорах для определения содержания металлов, тиолов и дисульфидов, биосенсорах (сенсоры-биомиметики и иммуносенсоры), сенсорах для мониторинга оксидант/антиоксидантной активности растворов методом потенциометрии.
  • Катализаторов в сенсорах-биомиметиках для определения мочевины и креатинина.
  • Маркёров и сигналообразующих элементов в иммуноанализе для реализации иммунодетекции клеточных патогенов с магнитной сепарацией и создание экспресс метода on-site мониторинга. Использование магнитных наночастиц позволит включить в процедуру анализа магнитную сепарацию и исключить, таким образом, ряд промежуточных операций. Подобный подход предлагается впервые.
  • Маркёров и сигналообразующих элементов в исследованиях миграции и дифференцировки стволовых клеток, их участия в регенерации различных тканей.

Преимущества разрабатываемого подхода.

  • Объединение достижений screen-printed и нанотехнологий, органической, полимерной, аналитической химии, электрохимии и биохимии приведёт к рождению новой генерации сенсоров.
  • Простота детектирования электрохимического сигнала, высокая чувствительность и селективность, обусловленная использованием наноматериалов и магнитной сепарации, определяют высокие функциональные и потребительские свойства создаваемой продукции.
  • Разрабатываемые сенсоры исключают применение дорогостоящих и нестабильных ферментов.
  • На базе созданных сенсоров планируется разработать принципиально новые аналитические и диагностические приборы для мониторинга среды обитания, оценки состояния организма человека и дифференциальной диагностики инфекционных заболеваний на ранних стадиях на месте (in-situ и on-site).

Для достижения поставленных целей разрабатываются:

  • подходы и алгоритмы гибридного иммуноэлектрохимического метода анализа с магнитной сепарацией;
  • методы синтеза наночастиц;
  • методы внедрения наномаркеров в клетки с использованием специфического полифункционального покрытия;
  • электрохимические методы определения наночастиц, сорбированных на клетках;
  • трансдьюсер как часть иммуносенсора;
  • метод иммобилизации антител (антигена) на поверхности трансдьюсера;
  • нанокаталитические системы (оксиды металлов) для сенсоров – биомиметиков;
  • методы иммобилизации некоторых синтезированных наноматериалов на поверхности углеродсодержащих подложек;
  • условия для прямого исследования миграции и дифференцировки стволовых клеток.
Области применения:

1) Мониторинг окружающей среды, продуктов питания, БАДов, лекарственных средств, (сенсоры для определения содержания тяжёлых металлов);
2) Оценка антиоксидантной активности продуктов питания, БАДов, лекарственных средств (сенсоры для мониторинга оксидант/антиоксидантной активности растворов);
3) Медицинская диагностика:

  • мониторинг микроэлементного баланса организма человека (сенсоры для определения содержания тяжёлых металлов);
  • дифференциальная диагностика инфекционных заболеваний на ранних стадиях на месте (in-situ и on-site) (иммуносенсоры);
  • детектирование оксидантого стресса при различных патологических состояниях (кардиоваскулярных, сахарном диабете, катаракте и др.), возрастных изменениях (сенсоры для определения оксидант/антиоксидантной активности растворов);
  • мониторинг тиол/дисульфидного соотношения.
4) Мониторинг процессов диализа (сенсоры-биомиметики для определения мочевины и сенсоры для определения оксидант/антиоксидантной активности растворов);
5) Контроль эффективности проводимой терапии (сенсоры для определения оксидант/антиоксидантной активности растворов);
6) Исследования процессов миграции и дифференцировки стволовых клеток (маркёры и сигналообразующие элементы);
7) On-site and on-line мониторинг процессов водоподготовки - хлорирования и озонирования (сенсоры для определения оксидант/антиоксидантной активности растворов).
Работы проводятся в тесном сотрудничестве с:
  • Институтом иммунологии и физиологии УрО РАН;
  • Институтом органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН;
  • ГУЗСО «Центр организации специализированных видов медицинской помощи «Институт медицинских клеточных технологий»;
  • МУ «Клинико-диагностический центр (лабораторная диагностика ВИЧ, инфекционных патологий, болезней матери и ребенка)»;
  • ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.

Вернуться на главную

 
  Уральский государственный экономический университет