Разработка высокочувствительных нано-биосенсоров для качественного и количественного экспресс-анализа микроорганизмов, а также маркеров социально-значимых заболеваний

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 проекта 20-12-00297

НазваниеРазработка высокочувствительных нано-биосенсоров для качественного и количественного экспресс-анализа микроорганизмов, а также маркеров социально-значимых заболеваний

Руководитель Осминкина Любовь Андреевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова Оптические сенсоры; гигантское комбинационное рассеяние; биосенсор; наноструктуры кремния; наночастицы серебра и золота; микрофлюидные чипы; биомаркеры

Код ГРНТИ76.13.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время быстрого развития науки и техники остро встает вопрос на направленность применений передовых достижений для целей здравоохранения, а именно для перехода к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения. В связи с этим актуальной является задача разработки высокочувствительных нано-биосенсоров для качественного и количественного экспресс-анализа микроорганизмов, а также маркеров социально-значимых заболеваний: от низкомолекулярных до белков, вирусов и бактерий в биологических жидкостях. Серьёзный прорыв в области биосенсорики сейчас ожидается от применения для этих целей оптического неинвазивного метода гигантского комбинационного рассеяния (ГКР), поскольку он характеризуется высокой чувствительностью, специфичностью и быстротой получения отклика. Метод ГКР заключается в усилении интенсивности (в миллиарды раз) оптического сигнала комбинационного рассеяния света (КРС) от молекул анализируемого вещества при использовании для регистрации сигнала особых ГКР-активных подложек, содержащих частицы благородных металлов (как правило, золото, серебро, медь). Чувствительность метода напрямую зависит от морфологических особенностей используемых подложек: огромное значение имеет не только форма и размер частиц металлов, но и их расположение в твердотельной матрице - основе сенсорного слоя. Невозможно создать одну универсальную подложку, одинаково “хорошо” усиливающую сигнал различных аналитов (так кратко принято называть анализируемое вещество – от молекул до биообъектов). Поэтому для каждого определенного аналита необходимо создать свою подложку – биосенсор, обладающую необходимой для его идентификации ГКР-активностью. Основными требованиями к ГКР-активным наноструктурам являются их химическая инертность (подложки должны давать аналитический отклик только на определяемые вещества и не вносить свой вклад в анализируемый спектр), высокая чувствительность, воспроизводимость как по отношению к аналитам, так и от сенсора к сенсору, простота получения, стабильность при хранении. Селективность таких подложек во многом обусловлена селективностью используемого метода: разные молекулы анализируемых веществ имеют разный сигнал в спектре ГКР (так называемый “отпечаток пальца” – пик на определенной частоте в спектре). Кроме того, для селективной сорбции аналита, содержащегося в биологической жидкости, поверхность сенсоров может быть покрыта антителами, обеспечивающими комплементарное связывание. Такой подход часто используется при создании микрофлюидных ячеек, где анализ происходит in-situ. Настоящий проект направлен разработку методов получения и изучение физико-химических свойств различных ГКР-активных композитных сенсорных наноматериалов на основе наноструктур кремния с внедренными частицами плазмонных металлов (серебро или/и золото), которые могут применяться для комплексного безметочного определения метаболитов патогенных бактерий, для диагностики вирусов и бактерий в образцах биологических жидкостей, для изучения внутриклеточных процессов, а также определения онкомаркеров. Для каждого исследуемого аналита будет синтезирована и подобрана уникальная ГКР-активная подложка - биосенсор, обеспечивающая его эффективную специфическую сорбцию и максимальное усиление сигнала. На каждом этапе работ будет проведен подробный теоретический анализ механизмов усиления оптических сигналов аналитов, полученных с использованием различных композитных наноструктур. Наличие задействованной на всех этапах работ по проекту мультидисциплинарной научной группы, состоящей из физиков, химиков и биологов - мотивированных студентов и аспирантов, а также опытных сотрудников, обеспечит оптимальное достижение поставленных в проекте инновационных научных задач.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Светлана Н. Агафилушкина, Ольга Жуковская, Сергей А. Дьяков, Карина Вебер, Владимир Сиваков, Юрген Попп, Дана Сиала-Мэй, Любовь А. Осминкина Raman Signal Enhancement Tunable by Gold-Covered Porous Silicon Films with Different Morphology MDPI Multidisciplinary Digital Publishing Institute (год публикации - 2020)
10.3390/s20195634

2. Карташова А.Д., Алексеева Е.А., Божьев И.В., Гончар К.А., Осминкина Л.А. Композитные наноструктуры Au@SiNWs для молекулярной сенсорики с использованием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света ПРОГРАММА 63-й Всероссийской научной конференции МФТИ 23–29 ноября 2020 (год публикации - 2020)

3. Гончар К.А., Моисеев Д.В., Божьев И.В., Агафилушкина С.Н., Осминкина Л.А. Взаимодействие вируса гриппа H1N1 с пористым слоем кремниевых нанонитей НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ Секция физики Октябрь 2020 года Сборник тезисов докладов (год публикации - 2020)

4. Алексеева Е.А., Карташова А.Д., Гончар К.А., Осминкина Л.А. Gold‐coated silicon nanowire arrays for molecular sensing using surface‐ enhanced Raman spectroscopy 9th European Nanoanalysis Symposium "Nano-scale materials characterization - Advances in data acquisition and data analysis" Abstract booklet (год публикации - 2020)

5. Карташова А.Д., Алексеева Е.А. Композитные наноструктуры кремниевые нанонити / наночастицы золота для молекулярной сенсорики с использованием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света Научная программа Всероссийской школы молодых ученых «КоМУ-2020» (год публикации - 2020)

6. Моисеев Д.В., Гончар К.А., Божьев И.В., Осминкина Л.А. Structural and photoluminescent properties of porous silicon nanowires fabricated by metal-assisted chemical etching: influence of H2O2 concentration 9th European Nanoanalysis Symposium "Nano-scale materials characterization - Advances in data acquisition and data analysis" Abstract booklet (год публикации - 2020)

7. Карташова А.Д., Гончар К.А., Чермошенцев Д.А., Алексеева Е.А., Гонгальский М.Б., Божьев И.В, Елисеев А.А., Самсонова Ж.В., Осминкина Л.А. Surface-Enhanced Raman Scattering-Active Gold-Decorated Silicon Nanowire Substrates for Label-Free Detection of Bilirubin ACS Biomaterials Science & Engineering, CS Biomater. Sci. Eng. 2021 (год публикации - 2021)
10.1021/acsbiomaterials.1c00728

8. Гончар K.A., Моисеев Д.В, Божьев И.В., Осминкина Л.A. Influence of H2O2 concentration on the structural and photoluminescent properties of porous silicon nanowires fabricated by metal-assisted chemical etching Materials Science in Semiconductor Processing, 125, 105644 (год публикации - 2021)
10.1016/j.mssp.2020.105644

9. Осминкина Л.А., Агафилушкина С.Н., Кропоткина Е.А., Саушкин Н.Ю., Божьев И.В., Абрамчук С.С., Самсонова Ж.В., Гамбарян А.С. Antiviral adsorption activity of porous silicon nanoparticles against different pathogenic human viruses Bioactive Materials, Volume 7, Pages 39-46 (год публикации - 2021)
10.1016/j.bioactmat.2021.06.001

10. Осминкина Л.А. SERS-active substrates based on Au/Ag-decorated silicon nanostructures for the rapid detection of chemical and biomolecules ALT`21 International conference Advanced Laser Technologies, ALT`21 INTERNATIONAL CONFERENCE Advanced Laser Technologies BOOK OF ABSTRACTS, p.159 (год публикации - 2021)

11. Осминкина Л.А., Карташова А.Д., Гончар К.А., Божьев И.В., Гонгальский М.Б., Самсонова Ж.В. ГКР-активные нитевидные наноструктуры кремния, декорированные золотыми наночастицами, для безметочного обнаружения билирубина НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ Секция физики, Сборник тезисов конференции "НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ Секция физики" 2021, стр.100-102 (год публикации - 2021)

12. Гончар К.А., Моисеев Д.В., Божьев И.В., Шалыгина О.А., Елисеев А.А., Осминкина Л.А. Структурные и оптические свойства нитевидных кремниевых наноструктур, полученных методом МСХТ с участием наночастиц золота НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ Секция физики, Сборник тезисов конференции "НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ Секция физики" 2021, стр.23-25 (год публикации - 2021)

13. Карташова А.Д. Алексеева Е.А. Детектирование молекул билирубина с использованием ГКР-активных композитных наноструктур кремний/золото Сборник тезисов конференции Ломоносов 2021, секция физика, подсекция Медицинская физика., Сборник тезисов конференции Ломоносов 2021, секция физика, подсекция Медицинская физика. (год публикации - 2021)

14. А.Д. Карташова, Е.А. Алексеева, И. В. Божьев, М.Б. Гонгальский, К.А. Гончар, Ж.В. Самсонова, Л.А. Осминкина Композитные ГКР-активные наноструктуры кремний/золото для детектирования молекулы билирубина 64-я Всероссийская научная конференция МФТИ, 64-я Всероссийская научная конференция МФТИ (год публикации - 2021)

15. Карташова А.Д., Алексеева Е.А., Божьев И.В., Гонгальский М.Б., Гончар К.А., Самсонова Ж.В., Осминкина Л.А. Композитные ГКР-активные наноструктуры кремний/золото для детектирования молекулы билирубина Конференция СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ,11-13 ноября 2021, Сириус, Конференция СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ,11-13 ноября 2021, Сириус (год публикации - 2021)

16. К.А. Гончар, Е.А. Алексеева, О.Д. Гюппенен, И.В. Божьев, Е.В. Калинин, С.А. Ермолаева, Л.А. Осминкина Оптический экспресс-мониторинг белка интерналина Б патогенной бактерии Listeria monocytogenes с использованием ГКР-активных кремниевых нанонитей, декорированных серебром Оптика и Спектроскопия, том 130, выпуск 11 (год публикации - 2022)
10.21883/OS.2022.11.53784.4037-22

17. Осминкина Л.А., Карташова А.Д., Гюппенен О.Д., Божьев И.В., Гончар К.А., Самсонова Ж.В., Первушин Н.В., Евстратова Я.В., Кудрявцев А.А., Елисеев А.А. Композитные наноструктуры кремния и частиц благородных металлов для высокочувствительной биосенсорики методом гигантского комбинационного рассеяния Воронеж : Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2022., Высокоточная диагностика функциональных материалов: лабораторные и синхротронные исследования : сборник тезисов II Всероссийской молодежной конференции (г. Воронеж, 12— 17 сентября 2022 г.), стр. 35 (год публикации - 2022)

18. К.А. Гончар, И.В. Божьев, О.А. Шалыгина, Л.А. Осминкина Оптические свойства кремниевых нанонитей, полученных методом металл-стимулированного химического травления с использованием золотых наночастиц Письма в ЖЭТФ (JETP Letters) (год публикации - 2022)

19. Осминкина Л.А., Карташова А.Д., Божьев И.В., Первушин Н.В., Евстратова Я.В., Кудрявцев А.А., Елисеев А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО СОСТАВА РАКОВЫХ КЛЕТОК ИММОБИЛИЗОВАННЫХ НА ГКР-АКТИВНЫХ КОМПОЗИТНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ КРЕМНИЕВЫЕ НАНОНИТИ, ДЕКОРИРОВАННЫЕ ЗОЛОТЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ Научная конференция «ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ». Секция физики. Апрель 2022. Сборник тезисов докладов (2022 г.), Научная конференция «ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ». Секция физики. Апрель 2022. Сборник тезисов докладов (2022 г.) (год публикации - 2022)

20. Карташова А.Д., Гончар К.А., Чермошенцев Д.А., Алексеева Е.А., Гонгальский М.Б., Божьев И.В., Дьяков С.А., Самсонова Ж.В., Осминкина Л.А. SERS-ACTIVE GOLD-DECORATED SILICON NANOWIRE SUBSTRATES FOR LABEL-FREE DETECTION OF BILIRUBIN Porous Semiconductors Science and Technology Conference – PSST 2022, Lido di Camaiore, Italy, Abstract Book, 2022, Porous Semiconductors Science and Technology Conference – PSST 2022, Lido di Camaiore, Italy, Abstract Book, 2022 (год публикации - 2022)

21. Осминкина Л.А. Study of the molecular composition of cancer cells immobilized on SERS-active composite plasmonic nanostructures Abstracts of the 29th International Conference on Advanced Laser Technologies , 2022., ALT`22, International Conference Advanced Laser Technologies, BOOK OF ABSTRACTS, page 181 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-35039-2022-22-181-181

22. Гончар К.А., Карташова А.Д., Саушкин Н.Ю., Самсонова Ж.В., Елисеев А.А., Осминкина Л.А. КРЕМНИЕВЫЕ НАНОНИТИ ДЕКОРИРОВАННЫЕ ЗОЛОТОМ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВИРУСА ГРИППА H1N1 Научная конференция «ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ». Секция физики. Апрель 2022. Сборник тезисов докладов, Научная конференция «ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ». Секция физики. Апрель 2022. Сборник тезисов докладов, стр. 179-182 (год публикации - 2022)

Публикации