Министерством образования и науки РФ ... химии СГУ признан победителем конкурсного ...

Министерством образования и науки РФ проект коллектива сотрудников Института
химии СГУ признан победителем конкурсного отбора проектов на проведение
прикладных научных исследований, направленных на создание продукции и технологий,
по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» в рамках
реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по
приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на
2014 - 2020 годы»
Ученые под руководством доктора хим. наук Горячевой И.Ю. проведут научное
исследование по теме: «Разработка высокочувствительных биосенсорных систем для
осуществления эффективного оперативного контроля выбросов промышленных
предприятий в водные среды».
Эта работа проводится в партнерстве и при участии Общества с ограниченной
ответственностью «Производственно – технологический центр «УралАлмазИнвест»,
заинтересованного в производстве разработанных в этой НИР биосенсорных систем,
имеющих мировой уровень новизны.
Цель проекта Исследование и разработка комплекса научно-технических решений
направленных на создание высокочувствительных биосенсорных систем для
осуществления эффективного оперативного контроля выбросов промышленных
предприятий в водные среды. Разработка одноразовых тест-систем для детектирования
низких концентраций токсикантов. Разработка методики аппаратного детектирования
содержания определяемого компонента в пробе с помощью разработанного
экспериментального
образца
мобильного
устройства-ридера.
Проведение
исследовательских испытаний по определению содержания выбранных загрязнителей в
образцах сточных вод.
Основные результаты 1 этапа проекта (2014 год)
Проведен анализ литературы, в ходе которого показано, что не существует
универсального метода, позволяющего количественно во внелабораторных условиях
определять низкие концентрации токсикантов в водных средах.
В соответствии с техническим заданием, разработаны методики получения конъюгатов
квантовых точек с иммунореагентами и их выделения (очистки) из реакционной смеси для
использования в качестве люминесцентных меток при разработке тест-метода.
Показано, что формирование и рост структур квантовых точек (КТ) происходит во
времени. Показано, что природа пекурсора селена влияет на динамику роста КТ. Несмотря
на идентичность всех остальных условий синтеза характер кривых очень различается. В
обоих случаях в начальный момент КТ растут быстро, по мере расходования прекурсоров
рост КТ замедляется. В случае применения триоктилфосфин селена (ТОРSe) хорошо
сформированные кристаллы образуются уже спустя 10 сек после внесения прекурсора
селена, что видно на основе смещения полос в спектре поглощения. При этом после 10
мин синтеза смещения в спектре поглощения практически не происходит, что
свидетельствует об остановке роста. В случае раствора Sе в октедецене (ОДЕ)
нанокристаллы продолжают расти за счёт прекуросоров из раствора и возможно
получение КТ с диаметром более 5 нм. Относительный квантовый выход (КВ)
полученных КТ составляет не более 1.5%. Показано, что при использовании октадецена в
качестве среды для проведения синтеза увеличение температуры и времени синтеза
приводят к такому положительному эффекту как существенное снижение интенсивности
люминесценции, вызванной дефектами квантовых точек. Кроме того, рост температуры
синтеза приводит к снижению разброса частиц по размерам. КВ и стабильность КТ CdSe
были повышены традиционным путём: покрытием нанокристаллов слоем более
широкозонного полупроводника.
Для применения в качестве биометок квантовые точки, полученные в органической фазе,
переводили в водорастворимую форму с помощью амфифильного полимера. Для этого
была использована модификации поли(малеиновый ангидрид – октадецен 1) с
молекулярной массой 30 000-50 000 г/моль (ПМАО, Aldrich) использовали ПЭГ с
концевой метильной группой и Джеффамин М1000.
Для конъюгирования полученных КТ через карбоксильные группы ПМАО с антителами и
белками использовали карбодиимидный метод. Установлены оптимальные соотношения
N-гидроксисукцинимида (НГС), 1-этил-3-(3-диметиламинопрпил)карбодиимида (ЭДК),
квантовых точек и белка(антител).
Для отделения квантовых точек с антителами от исходных квантовых точек и белков
(антител) использовали гель-электрофорез в геле на основе агарозе. Разделение проводили
в электрофоретической ванне для горизонтального электрофореза Helicon SE-2 в
сочетании с источником тока Эльф-4 (ДНК-технология, Россия). Были установлены
оптимальные условия разделения.
Основные результаты 2 этапа проекта (1 января – 30 июня 2015 года)
Проведено тестирование конъюгатов квантовых точек в качестве источника сигнала
люминесценции (люминесцентных меток) с помощью твердофазного иммуноанализа на
микропланшетах;
Осуществлены исследовательские испытания комплектующих для изготовления тестсистем на созданном стенде;
Синтезированы иммунореагенты для определения токсикантов;
Испытаны иммунореагенты для определения токсикантов;
Разработана оптическая схема экспериментального образца мобильного устройстваридера с помощью созданного стенда;
Разработана электрическая схема мобильного устройства-ридера с помощью созданного
стенда;
Разработан лабораторный технологический регламент получения образцов тест-систем
для определения содержания загрязнителей в природных и сточных водах на примере
полициклических ароматических углеводородов.
Разработана методика тестирования и калибровки источников излучения для
экспериментального образца мобильного устройства-ридера;
Проведено тестирование и калибровка источников излучения для экспериментального
образца мобильного устройства-ридера;
Разработана методика тестирования и калибровки приемников излучения для
экспериментального образца мобильного устройства-ридера;
Проведено тестирование и калибровка приемников излучения для экспериментального
образца мобильного устройства-ридера.
Основные результаты 3 этапа проекта (1 июля – 31 декабря 2015 года)
Разработаны тест-методы с люминесцентным детектированием для определения
полициклических ароматических углеводородов (индикатор – бензо[a]пирен), стойких
органических загрязнителей.
Проведена корректировка по результатам испытаний электрических и оптических
решений с целью оптимизации массо-габаритных характеристик и параметров
энергопотребления, компоновки оптических, оптоэлектронных и электронных узлов.
Разработан программный модуль для компьютера, обеспечивающего связь с
контроллером устройства-ридера для настройки параметров процедуры измерения.
Разработан алгоритм для прошивки контроллера с программируемой логикой,
управляющего работой устройства-ридера.
Разработана программная документация на разработанное программное обеспечение,
обеспечивающее работу устройства-ридера (программный модуль для компьютера,
алгоритм для прошивки контроллера).
Разработана методика пробоподготовки тест-систем для измерения на экспериментальном
образце мобильного устройства-ридера.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец
мобильного устройства-ридера, предназначенного для количественного определения
содержания загрязнителей в природных и сточных водах.
Разработаны, изготовлены, проведен монтаж и испытания печатных плат для
экспериментального образца мобильного устройства-ридера.