Лазерные методы создания высокочувствительных биосенсорных платформ с управляемой адресной локализацией аналита

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 21-79-10304

НазваниеЛазерные методы создания высокочувствительных биосенсорных платформ с управляемой адресной локализацией аналита

Руководитель Жижченко Алексей Юрьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-711 - Методы наноструктурирования (нанолитография и сопутствующие процессы)

Ключевые слова Лазерная нанофабрикация, Лазерная абляция в жидкости, Наночастицы, Супергидрофобные поверхности, Концентрирование аналита, Оптические сенсоры, Поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние света

Код ГРНТИ29.31.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Надежная экспресс-идентификация различных органических веществ, содержащихся в жидкостях в сверхмалых концентрациях, является ключевой задачей в таких актуальных областях как анализ качества питьевой воды, чистоты и качества лекарственных препаратов и т.д. В частности, среди таких новых органических загрязнителей можно выделить различные широко распространенные медицинские препараты (антибиотики, антигистаминные препараты и т.д.), обнаруженные недавно в питьевой воде в концентрациях, которые с течением времени могут оказать негативное влияние на здоровье людей, в том числе, ввиду стимулирования выработки бактериальной резистентности. Для решения задач идентификации различных органических загрязнителей широкое распространение получили неинвазивные и универсальные методы спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) с использованием усиливающих сигнал нанотекстурированных сенсорных подложек. Наряду с расширением функционала и улучшением характеристик самих КРС-активных подложек (вследствие сложности детектирования реальных аналитов), а также поиском эффективных и дешевых методов их производства (вследствие необходимости одноразового использования для точных измерений), проблема адресной доставки молекул анализируемого вещества к КРС-активному элементу является основополагающей для реализации эффективных сенсорных платформ, пригодных для сверхчувствительных экспресс-измерений в отсутствии условий чистых помещений и имеющих фемтомолярный порог обнаружения без использования сверхчувствительных спектроскопических устройств. В рамках предлагаемого проекта на основе высокопроизводительных лазерных методов - лазерной абляции в жидкости и прямой импульсной лазерной печати - предлагается впервые реализовать гибридную сенсорную платформу с аттомолярным порогом идентификации и активным электростатическим управлением процесса осаждения аналита на чувствительном элементе, сформированным диспергированными полифункциональными наночастицами. Основой проекта станут фундаментальные исследования характера смачивания поверхности и возможности удержания капли жидкости, содержащей сенсорный наноматериал и аналит, в неоднородном электростатическом поле. Практическая реализация данных исследований откроет перспективы для существенного (как минимум на порядок) уменьшения области осаждения аналита, в сравнении со всеми существующими аналогами, а также позволит увеличить количество осажденных в заданной области молекул. Успешное использование активного электростатического контроля смачивающими характеристиками капли в сенсорной платформе позволит продвинуться еще дальше, а именно, к дополнительному управлению процессом агломерации и направленного осаждения аналита и полифункциональных КРС-активных наночастиц за счёт теплового, лазерного и магнитного воздействия. Ключевым направлением проекта также станет разработка эффективных и высокопроизводительных лазерных методов синтеза многофункциональных (КРС- и фотокаталитически активных) наноматериалов, а также детальные проведенные на уровне единичных наночастиц исследования влияния их химического состава и морфологии на обеспечиваемое усиление характеристических КРС сигналов от присоединенных молекул аналитов. Результаты, полученные при выполнении проекта, найдут широкое применение в задачах манипуляции жидкостью на микромасштабе, обеспечивая существенное расширение функционала разработанной сенсорной платформы, а также открывая возможности построения новых активных сенсорных платформ для химической идентификации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Павлюк Г., Жижченко А., Витрик О. Electrically Controlled Enrichment of Analyte for Ultrasensitive SERS-Based Plasmonic Sensors nanomaterials, 12 (5), 844. (год публикации - 2022)
10.3390/nano12050844

2. Жижченко А., Шабалина А., Альжулаих А., Гурбатов С., Кучмижак А., Ивамори С., Кулинич С. Stability of Octadecyltrimethoxysilane-Based Coatings on Aluminum Alloy Surface Materials, 15(5), 1804. (год публикации - 2022)

3. Павлюк Г., Жижченко А., Витрик О. Multifunctional Superhydrophobic Platform for Control of Water Microdroplets by Non-Uniform Electrostatic Field Chemosensors, Т. 11. – №. 2. – С. 120. (год публикации - 2023)
10.3390/chemosensors11020120

4. Гурбатов С., Пузиков В., Стороженко Д., Модин Е., Мицай Е., Черепахин А., Шевлягин А., Герасименко А., Кулинич С., Кучмижак А. Multigram-Scale Production of Hybrid Au-Si Nanomaterial by Laser Ablation in Liquid (LAL) for Temperature-Feedback Optical Nanosensing, Light-to-Heat Conversion, and Anticounterfeit Labeling ACS Appl. Mater. Interfaces, 15, 2, 3336–3347 (год публикации - 2023)
10.1021/acsami.2c18999

5. Гурбатов С.О., Жижченко А.Ю., Нестеров В.Ю., Модин Е.Б., Заботнов С.В., Кучмижак А.А. Au−Si Nanocomposites with High Near-IR Light-to-Heat Conversion Efficiency via Single-Step Reactive Laser Ablation of Porous Silicon for Theranostic Applications ACS Applied Nano Materials, Vol. 7, Is. 9, Pp. 10779–10786 (год публикации - 2024)
10.1021/acsanm.4c01289

6. Гурбатов С.О., Шевлягин А.В., Жижченко А.Ю., Модин Е.Б., Кучмижак А.А., Кудряшов С.И. Фототермическая конверсия и лазерно-индуцированные трансформации в сплавных кремний-германиевых наночастицах Письма в ЖЭТФ (год публикации - 2024)

7. Павлюк Г.П., Жижченко А.Ю., Витрик О.Б. Methodology for Localization of Nanoparticles Obtained by Laser Ablation in Liquid Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, Suppl. 3, pp. S429–S432 (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873823705974

Публикации