|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Новые оптические флуоресцентные и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторные системы для мультиплексного определения маркеров нейромедиаторного обмена на фоне сложных матриц реальных биологических объектовНИР
New optical fluorescence and SERS (surface enhanced Raman scattering)-indicator system for the multiplex determination of neurotransmitter metabolism markers on the background of complex matrices of real biological objects
- Руководитель НИР: Еремина О.Е.
- Ответственный исполнитель: Сидоров А.В.
- Участники НИР: Македонская М.И.
- Подразделение: Кафедра аналитической химии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-33-01026\16
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116012910147-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.17.29 Комплексные соединения
- 31.19.29 Анализ органических веществ
-
Ключевые слова:
химический дизайн мультиплексных оптических сенсорных систем, маркеры нейромедиаторного обмена, флуоресцентные и гкр (гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторные системы, клиническая диагностика, химическая функционализация поверхностей, катехоламины и их метаболиты
chemical functionalization of surfaces, fluorescence and sers (surface enhanced raman scattering)-indicating systems, markers, catecholamines and their metabolites, clinical diagnostics, chemical design multiplexed optical sensor systems, neurotransmitter metabolism -
Описание:
В предлагаемом проекте будут разработаны новые флуоресцентные и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние) – индикаторные системы для создания экспрессных, высокочувствительных и селективных оптических сенсоров для мультиплексного определения катехоламинов и их метаболитов в биологических объектах без предварительной или с минимальной пробоподготовкой. Также будут разработаны подходы целенаправленного химического дизайна плазмонных наноструктур для мультипараметрического определения ультрамалых количеств катехоламинов и их метаболитов на фоне матриц сложного состава методами флуоресценции и ГКР.
-
Abstract:
New fluorescence and SERS (Raman scattering) - indicator systems for the creation of express, highly sensitive and selective optical sensors for the multiplex determination of catecholamines and their metabolites in biological objects without prior or with minimal sample preparation will be developed during the proposed project. Developed approaches will be targeted at creating chemical design of plasmonic nanostructures for multiparametric determination of very small amounts of catecholamines and their metabolites on the background of a complex composition matrices of fluorescence techniques and SERS.
-
Планируемые результаты:
Планируется подобрать наиболее оптимальный химический дизайн флуоресцентных и ГКР-индикаторных систем для регистрации воспроизводимого и стабильного во времени аналитического сигнала от индивидуальных маркеров нейромедиаторного обмена (допамина, норадреналина, адреналина, 3,4-дигидроксиминдальной кислоты, норметанефрина, метанефрина, 3-метокситирамина, 3,4-дигидроксифенилуксусной, ванилилминдальной и гомованилиновой кислот), а также их смеси на фоне матриц реальных биологических объектов. Методами спектрофотометрии, флуоресценции, ГКР– и ИК–спектроскопии, масс-спектрометрии, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии будет изучен механизм и рассмотрена возможность стабилизации во времени неустойчивых маркеров нейромедиаторного обмена и устранения мешающего влияния матрицы реальных биологических объектов, например, плазмы крови, мочи, церебральной спинной жидкости, клеток – лимфоцитов, нейронов, эритроцитов. Будут созданы твердофазные флуоресцентные и ГКР-(гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторных систем, позволяющих регистрировать возникающий аналитический сигнал двумя методами на уровне низких концентраций маркеров нейромедиаторного обмена (0,1 – 10 нМ) как индивидуальных, так и их смесей на фоне матриц реальных биологических объектов.
-
Научный задел:
Коллектив имеет значительный научный задел по созданию твердофазных биосенсорных устройств и индикаторных систем для определения биологически активных органических соединений различных классов. За последние несколько лет получены и детально изучены оптические пленки на основе хитозана, с импрегнированными в них распознающими молекулами, а также с молекулярными отпечатками. Созданы твердофазные оптические (фотометрические, флуориметрические) сенсоры на основе пероксидазы из корней хрена, тирозиназы и лакказы для определения замещенных фенолов, катехоламинов, флавоноидов, серосодержащих соединений, органических пероксидов различного строения. Разрабатываются модифицированные полимерами наноструктурированные ГКР-сенсоры на основе благородных металлов. Целенаправленно выбраны оптимальные биокатализаторы, индикаторные вещества, дериватизирующие агенты, обеспечивающие высокий и воспроизводимый аналитический сигнал плёнок в водных и водно-органических средах. Разработан ряд композитных наноструктур для селективного концентрирования низкомолекулярных органических соединений и их чувствительного определения оптическими методами. Созданы оптические сенсоры на основе полифункциональных пленок, включающих природные полимеры, ферменты и ионные жидкости, для определения органических биологически активных соединений в матрицах сложного состава. Предложены наноструктурированные подложки для трансмембранной диагностики клеточных структур методом гигантского комбинационного рассеяния. Структура получаемых сенсорных материалов изучена методами спектрофотометрии, флуоресценции, ГКР– и ИК–спектроскопии, масс-спектрометрии, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии. Предварительные результаты обеспечивают чувствительность определения маркеров нейромедиаторного обмена в модельных растворах на уровне 1 фМ.
-
Основные результаты:
В течение 2016г. – первого года выполнения проекта разработаны флуоресцентные и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторные системы для определения катехоламинов и их метаболитов (допамина, норадреналина, адреналина, 3,4-дигидроксиминдальной кислоты, норметанефрина, метанефрина, 3-метокситирамина, 3,4-дигидроксифенилуксусной, ванилилминдальной и гомованилиновой кислот); выяснены оптимальные условия регистрации аналитического сигнала методами спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния и флуоресценции; исследован механизм ферментативной дериватизации и механизм импрегнирования ряда маркеров нейромедиаторного обмена в матрицу полимера. иммобилизованного в ячейках полистирольного планшета и на ГКР-активной поверхности благородных металлов;
- Добавил в систему: Еремина Ольга Евгеньевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Новые оптические флуоресцентные и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторные системы для мультиплексного определения маркеров нейромедиаторного обмена на фоне сложных матриц реальных биологических объектов |
| Результаты этапа: В рамках выполнения настоящего проекта на первом этапе был предложен новый подход к определению методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния допамина, норадреналина и адреналина – маркеров нейромедиаторного обмена, основанный на образовании ими окрашенных комплексов с переносом заряда с ионами Cu(II) и 4-аминоантипирином (1:1:1). Показано, что при использовании одинаковых параметров съемки, площадей ГКР-активной поверхности, концентраций и объемов наносимых на поверхность растворов 4-ААП и ионов меди, получены линейные зависимости. Было выяснено, что наибольшим коэффициентом усиления среди тройки катехоламинов характеризуются комплексы допамина. Оптимальные условия для регистрации аналитического сигнала методом спектроскопии ГКР: модификация поверхности серебра 3 мМ раствором 4-ААП и 3 мМ раствором Cu2+, pH 8 и температуре 27±2 °C. Анализ спектров ГКР показал, что катехоламины в смеси возможно определять мультиплексно, поскольку для колебаний одного типа различных маркеров характерны отличные друг от друга сдвиги. Например, при 1140 см-1 пик наблюдается только в случае присутствия адреналина; 523 см-1 для адреналина и норадреналина и 1478 см-1 для всей тройки. Таким образом, для определения катехоламинов разработан планарный сенсорный элемент для регистрации аналитического сигнала методом гигантского комбинационного рассеяния, состоящего из аэрозольно распыленных наночастиц серебра на шероховатую травленную поверхность стеклянной пластинки с предварительно нанесенным ионами меди и 4- аминоантипирином. Показано, что использование подхода, основанного на образовании окрашенных комплексов с переносом заряда катехоламинов с Cu(II) и 4-аминоантипирином при регистрации аналитического сигнала методом ГКР, обеспечивает достижение требуемой чувствительности в сочетании с селективностью определения в многокомпонентных смесях и позволит диагностировать нарушения нейромедиаторного обмена в организме человека. Предложены новые индикаторные системы для определения ванилилминдальной кислоты по собственной флуоресценции и допамина, норадреналина и адреналина, основанные на получении интенсивно флуоресцирующих производных по реакции их дериватизации с ароматическими аминами: бензиламином или мезо-1,2- дифенилэтилендиамином в присутствии пероксидазы из корней хрена. Исследованы реакции дериватизации КА и одобраны оптимальные условия для дальнейшей разработки флуоресцентных мультиплексных экспресс-методики определения катехоламинов и их метаболитов по реакции их ферментативной дериватизации с бензиламином и мезо-1,2- дифенилэтилендиамином в присутствии нативной и иммобилизованной пероксидазы. Предложена и оптимизирована методика иммобилизации пероксидазы в лунках полистирольного планшета. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Новые оптические флуоресцентные и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние)-индикаторные системы для мультиплексного определения маркеров нейромедиаторного обмена на фоне сложных матриц реальных биологических объектов |
| Результаты этапа: Для разрабатываемого подхода к определению методом спектроскопии ГКР допамина, норадреналина и адреналина – маркеров нейромедиаторного обмена, основанного на образовании ими окрашенных комплексов с переносом заряда с ионами Cu(II) и 4 аминоантипирином, определено соотношение лигандов Cu(II):КА = 1:2 в образующемся комплексе методом Бента-Френча по тангенсам угла наклона (для допамина, адреналина, норадреналина – 0.48 0.03; 0.55 0.03 и 0.47 0.03, соответственно). Найдены значения констант устойчивости методом Яцимирского и Бьерума, Фостера-Хаммика-Ворли с применением уравнения Бенеши-Гильдебранда (для допамина, норадреналина и адреналина – (9.49 ± 0.47)•107, (2.37 ± 0.12)•107 и (2.24 ± 0.11)•107, соответственно) и коэффициентов молярной экстинкции комплексов (для допамина, норадреналина и адреналина – (1.39 ± 0.07)•103, (1.25 ± 0.06)•103 и (1.42 ± 0.07)•103, соответственно) вида (катехоламин)2Cu(4-аминоантипирин)2. Разработанная методика апробирована на примере определения норадреналина в образцах плазмы крови крыс. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".