Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Поставленные в Проекте цели на 2024 год полностью достигнуты. В ходе выполнения Проекта получены результаты по всем основным его направлениям. Разработаны протоколы сборки биораспознающих слоев на основе низко- и высокомолекулярных типов ДНК для определения антрациклиновых препаратов, отличающихся строением и липофильностью, и регистрации факта термического и/или химического повреждения ДНК. Для модификации поверхности сенсоров использовали покрытия на основе электрополимеризованных из сред глубоких эвтектических растворителей фенотиазиновых, феноксазиновых и акридиновых красителей. Отрицательно заряженную ДНК иммобилизовали на положительно заряженных полимерных покрытиях за счет электростатических взаимодействий. Включение непроводящих молекул ДНК регистрировали методами вольтамперометрии, потенциометрии, пьезокварцевого микровзвешивания, сканирующей электронной микроскопии или спектроскопии электрохимического импеданса. Успешная иммобилизация ДНК приводила к снижению регистрируемых токов на вольтамперограммах и увеличению сопротивления переноса заряда и емкости на диаграммах Найквиста. Включение ДНК практически не влияло на потенциал ДНК-сенсора и не меняло морфологию покрытий на изображениях сканирующей электронной микроскопии. Показано, что при сорбции ДНК на политионине в режиме пьезокварцевого микровзвешивания в потоке более высокомолекулярная ДНК из эритроцитов цыпленка сорбировалась хуже, чем ДНК из тимуса теленка. Показано, что при сборке сенсоров реализуется зарядовый контроль. Для всех сенсоров были определены области проявления максимальной электрохимической активности полиэлектролитных комплексов «электроактивный полимер/ДНК». Разработаны протоколы сборки ДНК-сенсоров при одностадийной электрополимеризации из ГЭР на основе композитов полипрофлавина с ЭХВОГ и поли(Нейтрального красного) с углеродными наноматериалами. Показано, что одностадийная электрополимеризация обеспечивала лучшие электрохимические параметры полученных покрытий в сравнении с послойным нанесением УНМ и полимера. Оценены операционные характеристики сенсоров. Сенсоры использованы для определения цитостатических препаратов (импедиметрия) и регистрации повреждения ДНК (вольтамперометрия). Проведен выбор мономеров (Азур С и тионин), сред для получения импринтированных полимеров (релин, ЛКГВ) и молекул-темплатов (допамин, эпинефрин). Оптимизированы условия электрополимеризации: диапазон потенциала, скорость сканирования, число циклов, концентрация мономера и темплата. Показано значимое различие морфологии покрытий методом сканирующей электронной микроскопии. Изучено влияние природы и кислотности среды раствора на эффективность отмывки темплата. Для покрытия импринтированного политионина оценена стабильность сигнала полученных покрытий и установлена возможность определения эпинефрина в присутствии структурно близких норэпинефрина и серотонина. Режимы циклической и дифференциально-импульсной вольтамперометрии не обеспечили необходимую селективность определения эпинефрина, поэтому исследования проводили в режиме спектроскопии электрохимического импеданса. Включение молекул эпинефрина в соответствующие полости в полимерном покрытии меняло распределение заряда и проницаемость поверхностного слоя сенсора, увеличивало сопротивление переноса заряда и снижало емкость за счет сдвига редокс-равновесия полимера. Покрытия обладали достаточной стабильностью и воспроизводимостью для применения в составе электрохимических сенсоров. Покрытие молекулярно импринтированного поли(Азура С) было чувствительно к допамину на уровне микромолярных концентраций в универсальном буферном растворе, рН 8.0, в потенциометрическом режиме определения. Присутствие сильных восстановителей, таких как аскорбиновая кислота и гидрохинон, оказывало мешающее влияние на сигнал сенсора, смещая редокс-равновесие ПАС. Разработаны методики определения антрациклиновых препаратов на стандартных образцах с использованием вышеупомянутых ДНК-сенсоров. Показано влияние функциональных группировок и гидрофильно-гидрофобных свойств цитостатиков на чувствительность определения: более липофильный пирарубицин определяли в меньших концентрациях, чем более полярные эпирубицин и доксорубицин. Для всех сенсоров на антрациклиновые препараты построены градуировочные зависимости, определен коэффициент корреляции. Разработаны сенсоры для определения противораковых препаратов эпирубицина, доксорубицина, валрубицина и пирарубицина в диапазоне от фемтомолярных до миллимолярных концентраций. Использование композитов с углеродными наноматериалами улучшало аналитические характеристики определения цитостатиков. Изучено влияние активных форм кислорода на сигнал ДНК-сенсоров на основе электроактивных полимеров и их композитов с углеродными наноматериалами, полученных из ГЭР. Показана возможность дискриминации нативной, термически денатурированной и химически окисленной ДНК по сигналам биосенсоров в методах вольтамперометрии и спектроскопии электрохимического импеданса. Результаты исследований были представлены на всероссийских и международных научных мероприятиях в рамках 6 устных и стендовых докладов («ЭМА-2024», «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения», XХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, «ЛОМОНОСОВ-2024»). Проведены дополнительные эксперименты по скринингу мономеров и сред ГЭР с наибольшей эффективностью электрополимеризации и изучению электрохимических характеристик покрытий. Изучена электрополимеризация Азура Б и профлавина в МКГВ, Акридинового оранжевого и 2,3 -диаминофеназина в глицелине, Бриллиантового крезилового синего в оксалине. Показано значимое различие электрохимических характеристик для покрытий, полученных из водных растворов и ГЭР. Изучены особенности сорбции и диффузии мономеров в средах ГЭР, поскольку эти процессы влияют на эффективность электрополимеризации. Установлены особенности электрохимического поведения мономерного Азура С при его адсорбции из релина или ФБ и возможность получения устойчивого вольтамперометрического сигнала красителя. Изучены электрохимические характеристики сорбированных слоев. Показано, что различия в поведении сорбированного Азура С из ФБ и релина и различный контроль лимитирующей стадии электродного процесса связаны с изменением степени агломерации красителя и его гидратации. Показано влияние адсорбции нативной и денатурированной ДНК на сигнал сорбированного красителя.