ИСТИНА

Цель проекта состоит в создании новой оригинальной цифровой платформы бионаноскопии для решения фундаментальных и практических задач медицинской физики и лабораторной медицинской диагностики. Задачами проекта являются фундаментальные исследования с помощью разрабатываемой платформы в следующих выбранных направлениях: 1) Раннее обнаружение вирусных агентов в жидких средах, определение характера связывания вирусных частиц с рецепторами в биосенсорах. 2) Реализация тест-системы на устойчивость бактерий к антибиотикам. 3) Установление связи между топографией сети нейронных клеток с функционированием этой сети (передачи сигналов, запоминания информации, формирования алгоритмов обработки нервных импульсов, роста в процессе функционирования).

Observation of nature life with nanometer spatial resolution is of primary importance for understanding many fundamental processes, for example, the functioning of networks of living neurons, bacterial antibiotic resistance, the interaction of viruses with molecular receptors. To obtain complete and reliable information requires a combination of highly informative methods, which include optical and scanning probe microscopy. In the project, with the help of new equipment created on the basis of these methods, a wide class of objects will be studied, which includes biopolymer films and membranes, viruses and bacteria, living cells of higher organisms. Particular attention will be paid to at least three issues of modern biomedicine: 1) determining the nature and mechanisms of interaction of viruses with molecular receptors of cells, 2) antibiotic resistance of bacterial cells, checking the effectiveness of antibiotics, 3) the relationship of topology with the passage of intercellular signals in networks of living neurons. The proposed hardware solution is based on a combination of innovative microlens optics, which overcome the diffraction limit, and a set of high-speed probe microscopy methods, including atomic force microscopy, scanning capillary microscopy, and electrochemical microscopy.

Разработка платформы бионаноскопии на основе инвертированного оптического микроскопа Nikon Ti-U с установленной матрицей микролинз и многофункциональным сканирующим зондовым микроскопом со следующими параметрами: - оптическое разрешение микролинз – 45 нм, не хуже - разрешение атомно-силового микроскопа – 0,1 нм, не хуже - разрешение сканирующего капиллярного и электрохимического микроскопов – 5 нм, не хуже - временное разрешение оптического и атомно-силового микроскопов – 0,3 мксек, не хуже - минимальный объем реагента, доставляемого в локальную область – 10Е-15 мкл

У научной группы есть успешный опыт выполнения крупных проектов под руководством профессора И.В.Яминского. Среди них: 1. Проект "Расширение производства аналитических приборов для исследований в материаловедении, биологии и медицине". Общий бюджет проекта – 387 млн руб. Финансирование при поддержке АО "РОСНАНО" и собственных средств Заявителя. Расширение производства высокочувствительных сенсоров для анализа химических и биологических веществ. В результате выполнения проекта был совершен в 2012 году первый успешный выход компании из инвестиционного проекта РОСНАНО, https://www.rusnano.com/about/press-centre/news/75745 2. Проект "Кантилеверные биосенсоры". Объем финансирования 600 тыс. долл. США. Заказчик – LG Electronics (Южная Корея). 2012–2015 гг. Успешно выполнен. Разработаны биосенсоры для применения в бытовой технике: кондиционерах, системах очистки воды, холодильниках и пр. 3. В 2019 году осуществлена поставка девяти многофункциональных сканирующих зондовых микроскопов "ФемтоСкан" в Федеральное государственное автономное учреждение "Фонд новых форм развития образования" (г. Москва), тер. Инновационного центра "Сколково", Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М.Горбатова РАН, ФГБОУ ВО "Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия". Бюджет проекта – 24,5 млн руб. В 2018 году сканирующий зондовый микроскоп "ФемтоСкан" получил Гран-при и золотую медаль международного форума-выставки "РосБиоТех-2018". В настоящее время многофункциональный сканирующий зондовый микроскоп "ФемтоСкан" и программное обеспечение "ФемтоСкан Онлайн" успешно работают более чем в 100 организациях – научных центрах, университетах и коммерческих компаниях. Сотрудники лаборатории регулярно принимают участие в ведущих конференциях и выставках.

В результате выполнения научного исследования будет создана экспериментальная платформа биоананоскопии, позволяющая проводить: 1) оптические наблюдения с разрешением вплоть до 40-50 нм и временным интервалом в доли миллисекунды; 2) регистрацию топографии биологических объектов и их характерного движения в жидкости и на воздухе с разрешением в доли нанометра с временным разрешением на уровне долей миллисекунды; 3) локальное воздействие химическими реагентами в область нанометрового размера с контролем за дозой препарата, при этом объем доставляемой дозы может доходить до уровня 10Е-15 микролитра и менее; 4) определение картины распределения электрического потенциала по поверхности объекта; 5) наблюдение прохождения электрических сигналов вдоль выбранных траекторий. Разработанная платформа бионаноскопии позволит осуществить: 1) Определение эффективности конструируемых рецепторных поверхностей к конкретному штамму вируса. Демонстрация возможностей будет проведена на вирусе гриппа А и различных модельных растительных вирусах (вируса табачной мозаики, вируса картофеля и пр.). 2) Реализацию способа проверки устойчивости бактерий к данному типу антибиотика за время проведения теста длительностью не более 20 мин. 3) Определение роли дендритных отростков нейрона в формировании нервных импульсов нейронной сети, связь их топологии с функциями нейронных сетей.