ИСТИНА

Цель исследования – определение биофизических принципы обнаружения вирусов, бактерий и белков с помощью пьезокерамических биочипов, установление процессов, происходящих на поверхности биочипа, приводящих к изменению физико-химических свойств этих пленок. Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач: • Теоретический расчет чувствительности биосенсора при разной геометрии биочипа. • Расчет оптимальных условий для регистрации изменения резонансной частоты. • Разработка метода изготовления микрокантилеверного пьезокерамического биочипа для обнаружения биологических объектов. • Разработка подхода селективной адсорбции антител с целью создания функциональных сенсорных слоев. • Проверка сенсорных слоев для детектирования биомишеней. • Метрологическая проверка чувствительности предлагаемого метода. Научная новизна исследования состоит в дизайне молекулярной структуры рецепторного слоя с высокой чувствительностью и избирательностью, выборе оптимальной геометрии биочипа при достижении минимальных размеров.

The creation of a highly sensitive, selective, compact and mobile biosensor for biological agents (viruses and bacteria), biomarkers, proteins, hormones is a neccessary task for personalized medicine and can often help prevent disease. One of the main advantages of cantilever sensors is that they provide direct analysis without the need for additional tags. This makes it possible to simplify the sample preparation procedure as much as possible and to conduct continuous monitoring in real time. In this work, we will solve the problems of substantiating and experimentally testing a resonant-type cantilever biosensor for detecting biological targets in the liquid medium (influenza A virus, microalbumin, and E. coli). Laboratory studies in air and in vacuum have shown that cantilever biosensors can detect single protein molecules, viruses, bacteria and cells. However, with such uniqueness in sensitivity, there are many unresolved issues and limitations for use in personalized medicine.

Будет проведен теоретический расчет чувствительности биосенсора при различной геометрии биочипа. Будет разработана схемотехника электронной системы регистрации отклика пьезоэлектрического кантилеверного биочипа при связывании вируса гриппа А, микроальбумина и кишечной палочки. Будет создана экспериментальная установка для проверки технических параметров биосенсора при регистрации вируса гриппа, микроальбумина и кишечной палочки в различной концентрации. Предполагаемая чувствительность по регистрации вируса гриппа А в лабораторных условиях на уровне 1000 единиц в мл. Предполагаемая чувствительность измерений микроальбумина от 1000 мг/л. Время измерений – 15 мин. Будут определены основные факторы, способствующие эффективному молекулярному связыванию вируса гриппа А с рецепторным слоем на основе сиаловых кислот. Будут определены основные факторы, влияющие на формирование аналитического сигнала при присоединении мишени к рецептору биочипа.

Электромеханические сенсоры на основе кантилеверов можно условно поделить на два режима работы: статический (на основе отклонения) и динамический (на основе резонанса), а также по типам обнаружения на оптический или электрический [1, 2]. Как в статическом, так и в динамическом режиме для проведения измерений требуется контрольный кантилевер, который не реагирует на мишень и с которого снимается контрольный сигнал. Статические системы, как правило, представляют собой консоль кантилевера, зажатую на одном конце в держателе. Биологические объекты связываются с сенсорным слоем на поверхности кантилевера, вследствие чего поверхностное напряжение изменяется. Изменение изгиба кантилевера приводит к отклонению лазерного луча вверх или вниз на регистрирующей площадке фотодиода пропорционально количеству осевших мишеней. 1. Д. Колесов, И. Яминский, А. Ахметова, О. Синицына, Г. Мешков. Кантилеверные биосенсоры для обнаружения вирусов и бактерий. Наноиндустрия, 66(4):26–35, 2016. 2. Д. Колесов, А. И. Ахметова, И. В. Яминский, О. В. Синицына, Г. Б. Мешков. Кантилеверные биосенсоры для обнаружения вирусов и бактерий. Наноиндустрия, 67(5):90–98, 2016.

Основной результат проекта – установление закономерностей формирования двойного слоя рецептор-мишень на поверхности пьезокерамического биочипа и их сопоставление с экспериментальными данными по обнаружению биомишеней на примере вируса гриппа А, микроальбумина и кишечной палочки. Важный ожидаемый практический результат – разработка рекомендаций по созданию надежного, компактного, полностью автоматизированного и простого в использовании биосенсора для обнаружения вирусов, бактерий и белков с чувствительностью на уровне единичных патогенов в одном миллилитре.