Электрохимические (био)сенсорные платформы на основе нанозимов с пероксидазной активностьюНИР

Electrochemical (bio)sensor platforms based on nanozymes mimicking peroxidase activity

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 30 июня 2019 г.-30 июня 2020 г. Электрохимические (био)сенсорные платформы на основе нанозимов с пероксидазной активностью
Результаты этапа: В ходе выполнения первого этапа Проекта разработаны электрохимические интерфейсы, позволяющие снизить сигналы, генерируемые фоновыми процессами или неспецифическими взаимодействиями, и, таким образом, дискриминировать полезный аналитический сигнал сенсоров на их основе. С одной стороны, проблема снижения фоновых электрохимических сигналов в водных электролитах решается использованием алмазных электродов. С другой стороны, использование азидометил-производных проводящего полиэтилендиокситиофена позволит улучшить кинетику электродных процессов и минимизировать неспецифическую адсорбцию биомолекул на поверхности сенсора. 1.1. Для создания электрохимических сенсоров с улучшенными характеристиками сигнал/фон в рамках проекта изготовлены планарные электродные структуры на основе нанокристаллических покрытий допированного бором алмаза (ДБА). Разработан дизайн электродных структур с рабочим электродом на ДБА, оптимизированы условия пробоподготовки алмазной поверхности электрода. Разработанные ДБА электроды универсальны и могут быть интегрированы в проточные (в том числе wall-jet) и стационарные электрохимические ячейки для электрохимических измерений. Такие структуры могут быть использованы как самостоятельно (для регистрации окислительно-восстановительных реакций), так и в качестве основы для электрохимических сенсоров и биосенсоров. Низкие фоновые сигналы сенсоров на основе ДБА (в том числе восстановления растворенного кислорода воздуха) и широкие диапазоны рабочих потенциалов в водных электролитах (до 2.5 В) позволяют значительно увеличить соотношение сигнал/фон для соответствующих (био)сенсоров. Проведено всестороннее физико-химическое исследование нанокристаллических покрытий на основе допированного алмаза с поверхностными функциональными группами H-, N-, O-. Методами электронной микроскопии исследована морфология поверхности ДБА электродов. Методом циклической вольтамперометрии установлено, что несмотря на более широкий диапазон рабочих потенциалов в водной среде для ДБА-N и ДБА-О электродов, только ДБА-Н электроды обеспечивают обратимость реакций с участием наиболее используемых редокс-медиаторов и предпочтительны для изготовления электрохимических сенсоров. Методами спектроскопии электрохимического импеданса и циклической вольтамперометрии показано, что ДБА-Н электроды обеспечивают эффективный транспорт электронов. Стандартная константа скорости редокс-реакции с участием пары ферри-/ферроцианид при рН 6.0 для таких электродов составляет 1.2 ± 0.2∙10-3 см∙с-1, что всего в 2 раза ниже, чем для традиционно применяемых углеродных электродных материалов. Согласно данным спектроскопии электрохимического импеданса (метод Мотта-Шоттки), концентрация свободных носителей заряда NA = 6.1×1019 см-3. Несмотря на высокую степень допирования материала и возможную графитизацию границ зерен, высокое содержание фазы sp2-гибридизованного углерода на поверхности (установлено методом рамановской спектроскопии) обуславливает алмазоподобные свойства электродного материала. В том числе рекордно широкие для углеродных материалов диапазоны рабочих потенциалов в водных электролитах (до 2.5. В) и в 20 раз более низкие, чем для графитовых электродов, токи восстановления кислорода воздуха. 2. Для создания универсальных электрохимических интерфейсов с улучшенной кинетикой электродных реакций и возможностью специфической иммобилизации биомолекул путем конъюгации и создания на их основе электрохимических биосенсоров (в том числе ДНК-/РНК-сенсоров) синтезированы покрытия проводящего полимера азидометил-этилендиокситиофена. В рамках проекта синтез полимера азидометил-ЭДОТа впервые осуществлен в водной среде. Синтез в водной среде предпочтителен для дальнейшей биоконъюгации молекул с функциональными группами полимера, так как позволяет снизить эффекты инактивации биомолекул органическими растворителями. Определены оптимальные условия электрохимического синтеза проводящих покрытий на основе полимера азидометил-ЭДОТа в режиме циклической вольтамперометрии, в том числе состав реакционной смеси и диапазон развертки потенциалов. Установлено, что проводящие свойства результирующего покрытия определяются анодным потенциалом развертки, который регулирует скорость образования катион-радикалов и, как результат, скорость синтеза полимера. Оптимальным, с точки зрения проводящих свойств получаемого покрытия, является электроосаждение в ходе циклирования потенциала от -0.2 до 1.0 В отн. ХСЭ с использованием реакционной смеси, содержащей 0.01 М мономера азидометил-ЭДОТа в 0.1 М HClO4. Проведено физико-химическое исследование синтезированных проводящих полимеров. Методами электронной и атомно-силовой микроскопии изучены морфология и толщина покрытий. Данные рамановской спектроскопии подтверждают образование в ходе синтеза полимерной цепи, подобной незамещенному ПЭДОТу, а также указывают на присутствие в цепи полимера азидо-функциональностей. Функционализация поверхности электрода азидо-группами, с одной стороны, за счет электростатического отталкивания препятствует неспецифической сорбции биомолекул, с другой стороны, обеспечивает конъюгацию с целевыми олигонуклеотидными последовательностями в один шаг посредством клик-реакции. Исследована кинетика электродных реакций на поверхности модифицированных полимером электродов, определены кинетические константы скорости. Установлено, что, помимо функционализации поверхности, модификация электрода азидометил-ПЭДОТом обеспечивает сверхбыструю кинетику электродных реакций. Выявлены структурно-функциональных зависимости для полимерных покрытий. Так, для электродов, модифицированных азидометил-ПЭДОТом в оптимальных условиях в ходе более 10 циклов развертки потенциала, стандартная константа скорости при рН 7.0 составила 3∙10-2 см∙с-1, что более чем на два порядка величины превосходит таковую для немодифицированных графитовых электродов. Таким образом, синтезирован проводящий полимер-универсальный модификатор поверхности электрода с функциональными группами для биоконъюгации, обеспечивающий сверхбыструю кинетику редокс-реакций, что позволит эффективно детектировать редокс-/электрокаталитические метки при функционировании электрохимических сенсоров на их основе. 3. С целью создания редокс-/электрокаталитических меток-нанозимов осуществлен синтез, аналогичный каталитическому, наночастиц берлинской лазури с использованием мономеров (анилина, этилендиокситиофена, 3,4,-(1-метилхлоридэтилен)диокситиофена, 3,4,-(1-азидометилэтилен)диокситиофена, 2- аминофенилборной кислоты, 3-аминофенилборной кислоты, орто-фенилендиамина и др.) в качестве восстановителей. Каталитический синтез берлинской лазури обеспечивает высокую пероксидазную активность результирующих нанозимов. Использование замещенных проводящих полимеров в составе нанозимов, с одной стороны, обеспечивает стабилизацию катализатора без снижения его активности, с другой стороны, обеспечивает функционализацию поверхности для конъюгации меток с биомолекулами на стадии синтеза. Функционализация наночастиц берлинской лазури группами -NH2, -B(OH)2, -N=N=N подтверждена методами рамановской спектроскопии. Проведено всестороннее физико-химическое исследование нанозимов «искусственная пероксидаза» с различными функциональными группами. Методами мессбауэровской спектроскопии, рентгенофазового анализа, рамановской спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии установлен химический и фазовый состав синтезированных композитов. Методами электронной микроскопии и динамического светорассеяния установлен гранулометрический состав препаратов нанозимов. Установлены структурно-функциональные зависимости, позволяющие получать функционализированные нанозимы с заданными размерами (до 30 нм) и каталитической константой, превышающей таковую для природного фермента пероксидазы из корней хрена в идентичных условиях (220 с-1). Так, например, для нанозимов диаметром около 60 нм с азидо-функциональностями каталитическая константа составляет около 1500 с-1. Пропорциональность каталитической константы объему частицы свидетельствует о протекании реакции не только на поверхности, но и в объеме частицы. Этот факт, в том числе, обуславливает высокую активность разработанных нанозимов-меток. Заложены основы применения каталитически синтезированных наночастиц берлинской лазури с пероксидазной активностью в качестве редокс-активных/электрокаталитических меток или для создания ультрачувствительных электрокаталитических покрытий. Установлены структурно-функциональные зависимости для наночастиц берлинской лазури. Продемонстрировано, что доля электроактивного материала на поверхности электрода определяется размером нанозимов. Исследована операционная стабильность наночастиц берлинской лазури и композитов на ее основе. Установлено, что наилучшей стабильностью обладают частицы, синтезированные с использованием 3-аминофенилборной кислоты в качестве восстановителя. Электрод на основе иммобилизованных композитных наночастиц сохраняет 90% первоначального отклика в 3 раза дольше, чем на основе нефункционализированных наночастиц, – в течение более 30 минут. Установлено, что нанозимы на основе берлинской лазури не проявляют оксидазную активность в присутствии восстанавливающих субстратов пирогаллола, катехола, гваякола, орто-дианизидина и тетраметилбензидина. Отсутствие оксидазной активности – ключевое требование к селективности каталитических меток или искусственных ферментов. Показана высокая каталитическая активность нанозимов в физиологических растворах. Установлено, что для композитных наночастиц каталитическая активность изменяется в пределах 20 % в диапазоне рН от 5.0 до 7.0. На базе Сколковского института науки и технологий (Сколтех) осуществлена конъюгация наночастиц берлинской лазури, функционализированных азидо-группами, с олигонуклеотидными последовательностями гена, ответственного за синтез длинной некодирующей РНК, ассоциированной с гепатоцеллюлярной и колоректальной карциномами (High Up-regulated in Liver Cancer, HULC). Использование азидо-функциональности позволило надежно иммобилизовать олигонуклеотидную последовательность с ацетиленовой концевой группой на поверхности наночастиц в одну стадию (клик-реакцией). Нанозимы на основе берлинской лазури в составе биоконъюгата могут выполнять функцию как каталитической, так и редокс-метки для ДНК/РНК-биосенсоров. В рамках выполнения настоящего проекта поддержана научная коллаборация российских ученых с немецкими коллегами (доц. Паскуарелли А., Ульмский Университет). В проекте использованы подложки на основе наноструктурированного алмаза, допированного бором, разрабатываемые немецким партнером. Тестовые испытания, связанные с биоконъюгацией разработанных наночастиц-меток с олигонуклеотидными последовательностями проведены на базе Сколковского института науки и технологий (Сколтех). 4. Проведена научно-исследовательская работа студентов 5 курса химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова: Галушина А.А. на тему «Электроды на основе допированного бором алмаза и берлинской лазури для высокочувствительного и селективного определения H2O2», Шавокшиной В.А. на тему «Универсальные платформы для электрохимических ДНК-сенсоров на основе поли(3,4-(1-азидометилэтилен)диокситиофена)». Подготовлена к защите в конце 2019/2020 учебного года курсовая работа по аналитической химии студента второго курса химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Зарочинцева А.А. на тему «Электрокаталитические свойства нанозимов на основе берлинской лазури». 5. По результатам настоящего Проекта подготовлена и опубликована научная статья в журнале Electrochimica Acta (топ-25%): Komkova M.A., Pasquarelli A., Andreev E.A., Galushin A.A., Karyakin A.A. Prussian Blue modified boron-doped diamond interfaces for advanced H2O2 electrochemical sensors, Electrochimica Acta, 2020, vol. 339, 135924. DOI: 10.1016/j.electacta.2020.135924. Подготовлена статья для отправки в редакцию журнала Sensors and Actuators B (в приложении к отчету). 6. Подтверждено участие с докладом на международной конференции «18th International Conference on Electroanalysis (ESEAC 2020)», перенесенной на 2021 год в связи с пандемией коронавируса. Подготовлены доклады студентов на Международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых Ломоносов. Подготовлены доклады для участия в Международном Фрумкинском Симпозиуме (11th International Frumkin Symposium on Electrochemistry).
2 1 июля 2020 г.-30 июня 2021 г. Электрохимические (био)сенсорные платформы на основе нанозимов с пероксидазной активностью
Результаты этапа: В ходе выполнения второго этапа Проекта проведено всестороннее исследование редокс- и электрокаталитической активности нанозимов «искусственная пероксидаза» на различных интерфейсах: допированном бором алмазе, графитовых/стеклоуглеродных электродах, в стоставе композитных покрытий берлинская лазурь/углеродные наноматериалы, а также в составе коньюгатов с олигонуклеотидными цепочками. Разработаны электрохимические платформы различной функциональности: прототип электрохимического ДНК-сенсора, пероксидный сенсор с рекордной чувствительностью, пероксидный сенсор с улучшенным соотношением сигнал/фон для спектроэлектрохимических приложений, биосенсоры энзим-нанозим и тест-полоски на их основе. 1. С целью создания высокоэффективных электрохимических биосенсоров осуществлено всестороннее исследование электроактивности и (электро)каталитической активности нанозимов «искусственная пероксидаза». Определены электрохимические константы в реакции восстановления пероксида водорода для нанозимов, иммобилизованных на различных электродных интерфейсах (графит, допированный бором алмаз). Проведено сопоставительное исследование электрохимических констант для покрытий на основе берлинской лазури и нанозимов с пероксидазной активностью. С использованием проточных ячеек типа wall-jet проведено исследование кинетики каталитической реакции, установлены вклады кинетически- и диффузионно-контролируемых компонент регистрируемого тока. Установлено, что электрохимические константы для каталитически синтезированных нанозимов (1.1 10-2 cм·с-1) не уступают или даже незначительно превосходят таковые для каталитически синтезированных наноразмерных покрытий (1.0 10-2 cм·с-1), что свидетельствует о высокой электрокаталитической активности материала. Для нанозимов, иммобилизованных на поверхности полупроводниковых ДБА-Н интерфейсов, значение kэл несколько ниже (0.7 10-2 cм·с-1 для нанозимов и 0.4 10-2 cм·с-1 для покрытий), что обусловлено лимитированием процессов переноса заряда на интерфейсе берлинская лазурь|электрод. Однако такое снижение электрокаталитических характеристик несущественно. Высокие значения электрохимических констант для различных наноструктур-электрокатализаторов – одна из ключевых предпосылок к высокой эффективности разрабатываемых сенсоров. В рамках исследования селективности наноразмерных катализаторов на основе берлинской лазури определены электрохимические константы для реакций электрокаталитического восстановления гидропероксидов различной природы. По аналогии с установлением электрокаталитических характеристик в реакции восстановления Н2О2, разделение диффузионной и кинетической компонент тока осуществлено в гидродинамических условиях в ячейках типа wall-jet. Установлено, что селективность восстановления пероксида водорода в присутствии прочих гидропероксидов неуступает (для ряда пероксидов) или незначительно уступает таковой для пероксидазы из корней хрена (в условиях гомогенного катализа). Полученные результаты свидетельствуют о ферментативной специфичности нанозимов «искусственная пероксидаза». Изменение редокс-состояний поверхности нанозимов в ходе протекания каталитической реакции установлено методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Установлено, что эффективность катализа определяется редокс-потенциалом восстанавливающих субстратов: чем он ниже, тем больше доля восстановленных атомов Fe(II) на поверхности и тем выше восстанавливающая способность нанозима. При этом скорость-лимитирующей стадией каталитического цикла является стадия активации пероксида водорода, а высокая концентрация Fe(III) указывает на медленную стадию отщепления окисленного донора электронов. Полученный результат согласуется с механизмом действия нанозимов, установленным методами ферментативной кинетики. Разработан сенсор на пероксид водорода с рекордной чувствительностью на основе каталитически синтезированных нанозимов «искусственная пероксидаза» и углеродной сажи. Методом спектроскопии электрохимического импеданса установлено, что совместная иммобилизация нанозимов с углеродными наноматериалами позволяет улучшить транспорт электронов в чувствительном слое. Коэффициент чувствительности для полученных сенсоров составляет более 1.1 А∙М-1∙см-2, что на 30% выше, чем для отдельно иммобилизованных нанозимов, и на 70% выше, чем для каталитически синтезированных покрытий. Разработаны электрохимические сенсоры энзим-нанозим на основе ферментов оксидаз (глюкозооксидазы или лактатоксидазы) и наночастиц берлинской лазури, совместно иммобилизованных в полимерные матрицы полимеров Нафион или γ-аминопропилтриэтоксисилана. Использование мембранообразующих растворов с высоким содержанием органического растворителя, с одной стороны, позволяет добиться однородности мембраны и, как результат, улучшить воспроизводимость аналитических характеристик биосенсоров. С другой стороны, достаточно быстрое испарение растворителя в сочетании с технологией drop-casting перспективно для массового производства биосенсоров. Для глюкозных биосенсоров энзим-нанозим, изготовленных с применением сажи, соотношение коэффициентов чувствительности к глюкозе и пероксиду водорода в 5 раз выше, чем для подобных биосенсоров на основе сплошных покрытий берлинской лазури. Это позволяет достичь рекордных коэффициентов чувствительности биосенсора – до 0.32 ± 0.02 А∙М-1∙см-2. Установлено, что совместная иммобилизация оксидаз и нанозимов в полимерных матрицах позволяет в 2-3 раза улучшить операционную стабильность биосенсоров, по сравнению с таковыми на основе сплошных покрытий берлинской лазури. Для глюкозных биосенсоров энзим-нанозим, изготовленных с применением перфторсульфонированного полимера, 90% первоначального отклика биосенсора на 5 мМ глюкозы в режиме проточно-инжекционного анализа сохраняется после более 250 измерений. В свою очередь, фермент-содержащие мембранообразующие растворы стабильны при комнатной температуре в течение более 1 недели. На основе биосенсоров энзим-нанозим разработаны амперометрические тест-полоски для низкопотенциального определения глюкозы в микролитровых объемах (до 2 мкл). Показана применимость тест-полосок для низкопотенциальной детекции глюкозы в сложных биологических матрицах на примере сыворотки крови человека. Таким образом, разработаны биосенсоры нового поколения на основе нанозимов. Такие биосенсоры обладают рекордными аналитическими характеристиками (в том числе, чувствительностью и стабильностью). Предложенные протоколы иммобилизации фермента и трансдьюсера в один шаг могут быть адаптированы для технологических циклов массового производства биосенсоров по технологии drop-casting. 2. В рамках создания платформ для электрохимических и спектроэлектрохимических исследований разработаны высокоэффективные пероксидные сенсоры на основе допированного бором алмаза и иммобилизованных нанозимов на основе берлинской лазури. Реализованы различные подходы к модификации поверхности ДБА-Н электродов электрокатализатором: электрохимического осаждения, химического синтеза при потенциале разомкнутой цепи и адсорбции наночастиц берлинской лазури. Все перечисленные подходы позволяют наносить электроактивные покрытия с регулярной структурой и высокой электроактивностью. Для модификации поверхности алмаза предпочтителен недеструктивный метод иммобилизации нанозимов путем их адсорбции: такой подход позволяет сохранить химический состав поверхности. Линейный диапазон определяемых концентраций H2O2 для ДБА-Н электродов, модифицированных различными способами, охватывает четыре порядка величины: от 1∙10-7 до 1∙10-3 М. При этом наибольший коэффициент чувствительности достигается для покрытий с максимальной электрохимической константой в реакции восстановления пероксида водорода: для интерфейса ДБАǀнанозимы коэффициент чувствительности в режиме проточно-инжекционного анализа составляет 0.14 A∙M-1∙см-2. С одной стороны, возможность селективного низкопотенциального определения Н2О2 в присутствии кислорода на поверхности берлинской лазури, с другой стороны, высокие перенапряжения фоновых реакций на ДБА, позволили разработать сенсор с улучшенным соотношением сигнал/фон. Интерфейсы ДБА-Нǀнанозимы обеспечивают двадцатикратное снижение токов восстановления кислорода, что приводит к десятикратному увеличению отношения сигнал/фон соответствующих модифицированных электродов, по сравнению с датчиками на основе графитовых электродов. Разработаны высокостабильные интерфейсы ДБА-Нǀнанозимыǀгексацианоферрат никеля. Применение каталитически неактивного, но изоструктурного берлинской лазури стабилизирующего покрытия обеспечивает сохранение 80% первоначального оклика на 50 мкМ Н2О2 в режиме проточно-инжекционного анализа в течение около 10.5 часов, то есть в 5-6 раз дольше, чем для сенсора на основе нестабилизированных нанозимов. 3. С целью создания безреагентных электрохимических ДНК/РНК-сенсоров синтезированы нанозимы-метки: функционализированные азидо-группами наночастицы берлинской лазури. Клик-реакцией азид-алкинового циклоприсоединения получены биоконъюгаты нанозимов с олигонуклеотидными последовательностями с различной удаленностью каталитической метки «искусственная пероксидаза» от 5′ конца (от 5 до 70 нуклеотидов). Методом флуориметрии установлено, что на один нанозим приходится в среднем 10-15 олигонуклеотидных фрагментов. Исследована электроактивность как нанозимов (композитных наночастиц берлинская лазурь/азидометил-ПЭДОТ), так и конъюгатов. Установлено, что доля электроактивной берлинской лазури в составе иммобилизованных НЧ с азидо-группами достигает 50 %, а для иммобилизованных биоконъюгатов фракция электроактивной берлинской лазури – не более 15%. Методами ЦВА и квадратно-волновой вольтамперометрии установлено, что удаленность нанозима-метки от 5′ конца незначительно влияет на электроактивность конъюгата. С целью создания универсальной основы для электрохимических ДНК-сенсоров, разработаны интерфейсы на основе проводящих полимерных покрытий азидометил-ПЭДОТа, обеспечивающие возможность ковалентной пришивки заданных олигонуклеотидных последовательностей клик-реакцией, а также эффективную регистрацию электрохимического сигнала. Химический состав полимерного покрытия исследован методами спектроскопии комбинационного рассеяния и спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) в инфракрасной области с преобразованием Фурье (ИКФС). Подтверждено наличие азидо-функциональности на поверхности полимера. Установлено, что модификация электродов азидометил-ПЭДОТом способствует повышению электроактивности положительно и отрицательно заряженных редокс-медиаторов в широком диапазоне pH (от 1.0 до 7.0). Наиболее значимым оказалось увеличение электрохимической константы скорости в нейтральных рН – по сравнению с немодифицированным графитовым электродом, k0 для [Fe(CN)6]3-/4- возросла более чем в 2000 раз и составила 2.3∙10-2 см∙с-1. Эффект увеличения электроактивности иона гексацианоферрата позволяет достичь высокой электроактивности поликристалла, структурным фрагментом которого он является – гексацианоферрата железа (берлинской лазури). Чувствительность определения нанозимов «искусственная пероксидаза» на основе берлинской лазури на разработанных электродах в режиме квадратно-волновой вольтамперометрии улучшена до 200 раз (по сравнению с графитовыми электродными структурами). Клик-реакцией азид-алкинового циклоприсоединения (реакция Хьюсгена) осуществлена конъюгация олигонуклеотидных последовательностей, комплементарных HULC (Highly Up-regulated in Liver Cancer). Продемонстрировано, что нанозим «искусственная пероксидаза» в составе биоконъюгата может выступать в качестве как электроактивной, так и электрокаталитической метки. Установлено, что предельные электрокаталитические токи, генерируемые иммобилизованными конъюгатами в стационарном режиме, не уступают таковым для неконъюгированных наночастиц БЛ/азидометил-ПЭДОТ: коэффициент чувствительности достигает 0.41 А∙М-1∙см-2. Разработан прототип электрохимического ДНК-сенсора. В качестве универсальной основы такого сенсора выступает электродный интерфейс, модифицированный проводящим функционализированным полимером, который может быть конъюгирован с заданными олигонуклеотидными последовательностями (в зависимости от конфигурации изготавливаемого сенсора – с детектируемыми или комплементарными). Аналитический сигнал сенсора генерируется нанозимами-метками в составе конъюгата с олигонуклеотидом, гибридизованным с последовательностями на поверхности электрода (напрямую или по «сэндвич»-схеме). Редокс (за счет собственной электроактивности берлинской лазури) или электрокаталитический (электрокаталитическое восстановление пероксида водорода) отклик, генерируемый нанозимами на поверхности сенсора, пропорционален количеству гибридизованных цепочек и концентрации детектируемых последовательностей в растворе. Установлено, что применение покрытий на основе замещенного ПЭДОТа, помимо возможности конъюгации по клик-механизму, за счет π-сопряженной электронной системы основной цепи обеспечивает отталкивание отрицательно заряженных олигонуклеотидных цепочек и препятствует адсорбции и неспецифическому связыванию. Исследованы аналитические характеристики ДНК-сенсоров для низкопотенциальной (0 В) детекции олигонуклеотидов HULC, меченных электрокаталитическими метками-нанозимами «искусственная пероксидаза». Установлено, что минимальная детектируемая концентрация конъюгатов ДНК-нанозим в растворе – 0.1 нМ. По тематике Проекта выполнены дипломные работы студентов 6 курса химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Галушина А.А. на тему «Электрохимический интерфейс на основе допированного бором алмаза и берлинской лазури для высокоэффективных сенсоров», Анндреевой К.Д. на тему «Электрохимические биосенсоры энзим-нанозим: оксидаза-искусственная пероксидаза», а также Шавокшиной В.А. на тему «Электрохимические сенсорные платформы на основе поли(3,4-(1-азидометилэтилен)диокситиофена) для детекции олигонуклеотидов». Исследование электрокаталитических свойств нанозимов, в том числе селективности в реакции восстановления гидропероксидов различной природы, а также синтез и характеризация (физико-химические свойства, каталитическая активность) композитных нанозимов-меток проведены в рамках научно-исследовательской работы студентом третьего курса химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Зарочинцевым А.А. Все студенты прияли участие в подготовке научных публикаций по тематике Проекта в высокорейтинговых журналах и являются соавторами опубликованных статей. Зарочинцев А.А. – в 2021 г. победитель университетского конкурса на соискание премии И.В. Березина. Галушин А.А. (в 2021 г., весенний семестр) и Зарочинцев А.А. (в 2020 г., осенний сесестр) – получали повышенную государственную академическую стипендию за научные достижения. По результатам второго этапа Проекта подготовлены и опубликованы 2 научные статьи: в журнале ChemElectroChem (топ-25%): Komkova M.A., Andreeva K.D., Zarochintsev A.A., Karyakin A.A. Nanozymes ‘Artificial Peroxidase’ – Enzymes Oxidases Mixtures for Single‐Step Fabrication of Advanced Electrochemical Biosensors, ChemElectroChem, 2021, vol. 8(6), pp. 1117-1122. DOI: 10.1002/celc.202100275. Shavokshina V.A., Komkova M.A., Aparin I.O., Zatsepin T.S., Karyakin A.A., Andreev E.A. Improved Electroactivity of Redox Probes onto Electropolymerized Azidomethyl-PEDOT: Enabling Click Chemistry for Advanced (Bio)Sensors, ACS Applied Polymer Materials, 2021, vol. 3(3), pp. 1518-1524. DOI: 10.1021/acsapm.0c01371. Результаты работ представлены на конференциях. 1. Komkova M.A., Zarochintsev A.A., Galushin A.A., Shavokshina V.A., Karyakin A.A. Catalytically Synthesized Prussian Blue Based Nanozymes Defeating Peroxidase: New Horizons for Electroanalysis (Oral) // 71st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Белград, Сербия, 30 августа – 4 сентября 2020. 2. Комкова М.А., Зарочинцев А.А., Галушин А.А., Карякин А.А. Электрохимические (био)сенсоры на основе нанозимов с пероксидазной активностью (Устный доклад) // Х Юбилейная Всероссийская конференция по электрохимическим методам анализа «ЭМА-2020», Казань, Россия, 16-20 ноября 2020. 3. Зарочинцев А.А., Комкова М.А., Шавокшина В.А., Андреева К.Д., Карякин А.А. Электрокаталитические свойства нанозимов на основе берлинской лазури (Стендовый доклад) // Юбилейная Всероссийская конференция по электрохимическим методам анализа «ЭМА-2020», Казань, Россия, 16-20 ноября 2020. 4. Zarochintsev A.A., Komkova M.A., Shavokshina V.A., Andreeva K.D., Karyakin A.A. Prussian Blue based nanozymes: electrocatalytic properties and applications for electrochemical (bio)sensors (Poster)// European Biosensor Symposium "EBS 2021 online", Вильдау, Германия, 9-12 марта 2021. 5. Шавокшина В.А., Андреев Е.А., Зарочинцев А.А., Комкова М.А. Универсальные платформы для электрохимических ДНК-сенсоров на основе поли(3,4-(1-азидометилэтилен)диокситиофена) (Устный доклад) // XXVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов 2020", Москва, Россия, 10-27 ноября 2020. 6. Галушин А.А., Комкова М.А. Электроды на основе допированного бором алмаза и берлинской лазури для высокочувствительного и селективного определения H2O2 (Устный доклад) // XXVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов 2020", Москва, Россия, 10-27 ноября 2020.

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".