КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-23-00215
НазваниеИоноселективная кулонометрия с генерацией последовательности вторичных сигналов: способ повышения чувствительности, точности и надежности анализа медико-биологических жидкостей с помощью ионоселективных электродов
РуководительМихельсон Константин Николаевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов
Ключевые словаИоноселективные электроды, ионофоры, хроноамперометрия, кулонометрия, вторичные сигналы, слюна,сыворотка крови, ионы кальция, калия, натрия и лития.
Код ГРНТИ31.15.33
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках перехода к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям сбережения здоровья актуальной задачей является разработка методов высокочувствительного количественного определения ионного состава биологических жидкостей (крови или ее сыворотки, мочи, слюны, пота, слез). Такие методы и устройства необходимы при проведении профилактических обследований, диагностики целого ряда заболеваний и мониторинга состояния пациентов в ходе их лечения. Содержание натрия, калия и кальция в крови имеет значение в плане сердечно-сосудистых заболеваний, знание концентрации лития необходимо при диагностике окислительного стресса, не говоря уже о контроле лития в ходе терапии психических заболеваний. Преимуществом анализа электролитного состава слюны по сравнению с анализом крови является неинвазивность, поэтому анализу слюны уделяют все большее внимание.
В настоящее время для определения ионного состава биологических жидкостей широко применяются ионоселективные электроды (ИСЭ) с полимерными пластифицированными мембранами на основе ионофоров. Измерения с ИСЭ проводятся в потенциометрическом режиме. Серьезным недостатком этого подхода является недостаточная чувствительность: порядка 2-4% относительного изменения концентрации однозарядных ионов и 4-8% в случае двухзарядных. Такой чувствительности часто бывает недостаточно для анализа биологических жидкостей ввиду узости диапазона изменений их состава. Предложенный несколько лет назад метод ионоселективной кулонометрии при постоянном потенциале позволяет повысить чувствительность анализа с помощью ИСЭ до долей процента. Этот метод состоит в том, что потенциал ИСЭ как целого поддерживается неизменным с помощью потенциостата, тогда как потенциал на границе этого электрода с образцом откликается на изменение состава образца по закону Нернста. При изменении состава образца через ИСЭ протекает ток, пиковое значение которого соответствует моменту изменения состава, после чего величина тока постепенно снижается до нуля. Интегрирование хроноамперометрического отклика по времени позволяет получить накопленный заряд, величина которого используется как аналитический сигнал.
Актуальность проекта обусловлена тем, что метод ионоселективной кулонометрии при постоянном потенциале позволяет повысить чувствительность анализа с помощью ИСЭ с единиц процентов до долей процента относительного изменения концентрации аналита.
Научная новизна проекта связана с дополнительным существенным достоинством метода ионоселективной кулонометрии при постоянном потенциале, впервые в мире обнаруженном в научной группе заявителя. Показана возможность генерации последовательности практически одинаковых сигналов (вместо одного сигнала) от одного и того же образца. Предварительные данные показывают, что таким образом, путем усреднения как тока, так и накопленного заряда, полученных при «первичном» (в ответ на изменение состава образца) и нескольких «вторичных» откликах, можно дополнительно повысить точность и надежность измерений.
Ввиду социальной значимости медико-биологических задач проект нацелен на повышение чувствительности анализа именно биологических жидкостей (слюна, сыворотка крови). В исследованиях на начальном этапе будут применяться электроды, селективные к ионам кальция, а далее также сенсоры ионов калия, натрия и лития.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будет разработан метод ионоселективной кулонометрии с генерацией набора последовательных хроноамперометрических и кулонометрических сигналов ионоселективных электродов (вместо одного сигнала) от каждого образца. Осязаемым результатом выполнения проекта будет платформа ионоселективных электродов пригодных для регистрации малых изменений концентраций ионов в биологических жидкостях, с повышенной точностью и надежностью.
Первоначально, работы по проекту будут сфокусированы на высокочувствительном определении ионизированного кальция в слюне, что важно диагностики и терапии таких состояний как гипер- и гипопаратиреоз, синдром сухого рта, гипер- и гипокальцемия.
Далее по ходу выполнения проекта, техника генерации последовательностей сигналов от ИСЭ будет применена для повышения чувствительности, точности и надежности количественного определения ионов калия, натрия и лития в слюне и сыворотке крови. В дальнейшем, знания, полученные в ходе выполнения проекта, отработанные подходы и методики могут быть распространены на анализ других биологических жидкостей (моча, пот, слезы).
Техника проведения измерений и обработки полученных результатов, отработанная на примере электродов, селективных к ионам кальция, калия, натрия и лития, в дальнейшем может быть использована при работе с сенсорами тяжелых металлов и фармакологически-активных ионов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ