13 сентября 2021

В лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ приступили к разработке микрофлюидных сенсоров нового поколения

Ученые лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) НИЯУ МИФИ начинают реализацию трехлетнего международного проекта MINARECO по разработке микрофлюидных сенсоров нового поколения. Проект «Микрофлюидные сенсоры на основе самонесущих неорганических наногелей, содержащих биораспознающие комплексы, специфичные к антителам, антибиотикам или активным формам кислорода (MINARECO)» Международной коллаборации лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ одержал победу в конкурсе Международных проектов на предоставление субсидий из федерального бюджета Российской Федерации для проведения научных исследований и технологических разработок, выполняемых российскими научными центрами в сотрудничестве с партнерами из Европейского Союза в рамках международной инициативы ERA.Net Plus (программа «Горизонт-2020»).

Цель проекта MINARECO — разработка нано- и микро-биотехнологических подходов к созданию инновационной микрофлюидной наносенсорной платформы. Она будет представлять собой универсальную систему биосенсинга для быстрого и высокочувствительного выявления прогностических биомаркеров в медицинской диагностике, а также при мониторинге состояния окружающей среды. Основой платформы являются наногели, оптически кодированные, с помощью флуоресцентных нанокристаллов, и функционализированные распознающими молекулами, способные менять оптический сигнал в присутствии аналита.

Наногели будут представлять собой пористые матричные структуры, сформированные из малотоксичных коллоидных квантовых точек — флуоресцентных нанокристаллов, ядро которых состоит из сульфида меди-индия или сульфида серебра-индия, и покрыто оболочкой из сульфида цинка, а в качестве распознающих молекул будут использованы антитела, антигены или ферменты. Преимущества использования наногеля в качестве матрицы заключаются в его способности к самоорганизации, приводящей к тесному контакту распознающих молекул с молекулами аналита и с квантовыми точками при детекции.

В ходе проекта будут созданы сенсоры, выявляющие антитела (для диагностики аутоиммунных заболеваний и аллергий), антибиотики (для их обнаружения в биологических пробах или в окружающей среде), а также активные формы кислорода, рост уровня которых в организме связан с целым рядом патологий.

Новая платформа будет универсальна и послужит основой для разработки многопараметрических сенсоров нового поколения. Очень большая площадь поверхности и хорошо развитая пористость наногеля позволят инкапсулировать значительное количество распознающих молекул в точно определенные точки, обеспечивая тем самым конкурентные преимущества в чувствительности и ранее недостижимое пространственное разрешение. Конструктивные особенности наносенсоров решат фундаментальную проблему разработки общего подхода к обнаружению молекул заданного размера или массы — от высокомолекулярных антител, до низкомолекулярных активных форм кислорода. Возможность адаптации размеров мезо- и макропор наногелей для детекции конкретных аналитов делает возможной создание экономичных и чувствительных многопараметрических наносенсоров для решения самых различных задач.

В Международный консорциум проекта входит ЛНБИ под руководством профессора Игоря Набиева, группа из Дрезденского технического университета (Германия) под руководством профессора Николая Гапоника, а также лаборатория Университета Билькент (Турция) под руководством профессора Хилми Волкана Демира.

Реализация проекта MINARECO позволит получить новые теоретические знания и разработать методы эффективного синтеза и модификации различных форм биосовместимых нанокристаллов и их самосборки в гибридные наногели, содержащие биораспознающие молекулы. Результаты проекта откроют путь к разработке инновационных многоканальных биосенсеров, фотодетекторов и оптических сетей и найдут применение в медицине, биологии и разработке новых материалов.