ЛАБОРАТОРИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

ЛАБОРАТОРИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА
Созданная в 1970-х гг. группа кинетических
методов анализа в 1989 г. была преобразована
в лабораторию. С момента основания
и до 2005 г. ее возглавляла
Инга Федоровна Долманова
Заведующая лабораторией
профессор, доктор химических наук
Татьяна Николаевна Шеховцова
Группа ферментативных методов
Группа кинетических методов
Доцент, к.х.н.
Ирина
Анатольевна
Веселова
(комн. 363)
Вед. научн. сотр., д.х.н.
Михаил
Константинович
Беклемишев
(комн. 572)
Доцент, к.х.н.
Светлана
Валентиновна
Мугинова
(комн. 469)
Основное направление :
Основное направление :
изучение аналитических перспектив использования ионных жидкостей
(ИЖ) в ферментативных методах определения биологически активных
органических соединений. Гидрофильные ИЖ применяли в качестве
реакционной среды для превращения и определения ограниченно
растворимых в воде субстратов ферментов, а также в качестве растворителя
целлюлозы для создания биочувствительных элементов оптических
сенсоров в виде целлюлозных пленок с включенными в них ферментами.
создание и применение в практике химического анализа биокаталитических
и биосенсорных технологий на основе природных биополимеров ферментов,
полисахаридов,
способных
образовывать
высокоорганизованные
надмолекулярные
структуры.
Такие
биокаталитические системы, распознающие поверхности, мембраны нового
поколения обладают уникальной чувствительностью, селективностью,
высокой воспроизводимостью получаемых результатов, а также
стабильностью в различных средах, в том числе водно-органических.
Основные задачи:
Достижения:
изучение каталитических свойств ферментов (пероксидаз), выделенных из
различных источников, в среде гидрофильных ИЖ и полярных молекулярных
органических
растворителей
(МОР)
для
выбора
оптимальных
биокатализатора и растворителя для определения нерастворимых и мало
растворимых в воде субстратов;
получение с использованием гидрофильных ИЖ целлюлозных пленок с
включенными
пероксидазами;
разработка
на
их
основе
спектрофотометрических и флуоресцентных сенсорных систем для
определения органических субстратов (фенолов, катехоламинов, красителей
и антималярийных эндопероксидов).
созданы фотометрические и флуоресцентные биосенсоры на основе
чувствительных пленок состава {фермент (пероксидаза, тирозиназа,
лакказа) –полиэлектролит хитозан}, позволяющие анализировать
сложные объекты (продукты пищевой, косметической, фармацевтической
промышленности) без предварительного отделения компонентов
матрицы, т.е. без пробоподготовки образцов;
разработаны
с
использованием
приема
ферментативной
дериватизации новые ферментсодержащие детектирующие системы,
позволяющие определять маркеры заболеваний в биологических
объектах на фемто- и наномолярных уровнях;
для усиления аналитических сигналов, регистрируемых различными
методами (спектрофотометрии, флуоресценции, ИК-спектроскопии)
применены новые подходы: использование мицеллярных растворов,
наночастиц металлов;
разрабатываются простые, экспрессные биосенсорные системы для
определения биологически активных веществ (фенолов различного
строения, нейролептиков, нейромедиаторов, витаминов, маркеров
качества дизельного топлива,
пищевых продуктов, лекарственных
препаратов) в разных по составу объектах.
Достижения:
применение гидрофильных ИЖ в катализируемых растительными
пероксидазами реакциях окисления фенольных соединений обеспечивает
важное преимущество перед МОР: сохранение каталитической активности
ферментов при значительно бóльших содержаниях ИЖ по сравнению с МОР
(70-80 об.% вместо 25-40 об.%);
с использованием ИЖ получены высокоактивные, стабильные, гибкие и
оптически прозрачные целлюлозные пленки с включенными в них
пероксидазами.
Перспективы:
Перспективы:
расширение круга ИЖ и индикаторных ферментативных систем для
прогнозирования характера и степени влияния ИЖ на активность
биокатализаторов при решении конкретных задач химического анализа;
разработка подходов к чувствительному и селективному определению
органических субстратов различной природы с использованием пленок
{целлюлоза – ИЖ – пероксидаза}.
• создание новых аналитических систем для высокочувствительного и
селективного определения белков и ферментов в клеточных
структурах и биологических жидкостях методами комбинационного
рассеяния, в том числе SERS;
• расширение круга определяемых соединений за счет
антибиотиков, витаминов, катехоламинов различного строения.
Основные задачи:
создание способов селективного концентрирования низкомолекулярных
органических
аналитов,
основанных
на
принципах
самоорганизации (молекулярный импринтинг, МИ):
импринтинг методом полимеризации, в том числе в наноструктурах
(порах трековых мембран, наночастицах);
импринтинг в "готовые" полимеры (слои полиэлектролитов);
разработка способов формирования оптического сигнала in situ (в том
числе в МИ-структурах); создание нанокомпозитных оптических
сенсоров. Поиск подходов к созданию способов визуализации малых
молекул в клетках, тканях и организмах.
развитие методов определения водорастворимых полимеров
(кинетических,
вольтамперометрических
с
использованием
модифицированных мембран).
Достижения:
заложены основы нового сорбционно-кинетического метода анализа,
основанного на проведении индикаторных реакций на поверхности
носителей. Сочетание сорбционного концентрирования аналитов с их
определением непосредственно на носителе предложено использовать
как общий подход к повышению селективности и чувствительности
кинетических методов анализа;
предложен
способ
получения
молекулярных
отпечатков
в
полиэлектролитных
мультислоях,
основанный
на
впервые
реализованном нами осаждении полиэлектролитов на носитель из
органического растворителя в присутствии ИЖ; способ не требует
сшивки мультислоев и позволяет импринтировать полярные
соединения с ионизующимися группами (пенициллин, родамин);
обнаружено, что МИ мембраны целесообразно получать методом
фотополимеризации акриловых мономеров на трековой мембране.
Мембраны, полученные в присутствии солей переходных металлов,
обладают высокой диффузионной проницаемостью, позволяют
выделять отдельные биофлавоноиды не только из органических, но и
водно-органических и водных сред – например, кверцетин с факторами
разделения кверцетин / рутин и кверцетин / нарингенин до 12–15,
что выше, чем в известных системах.
Результаты исследований лаборатории опубликованы в:
•
Журнале Аналитической Химии 2008. Т. 63. №№ 7; 10; 2010. Т.65. №№1; 4; 7)
•
Journal of Membrane Science. 2009. V. 330. №1-2.
•
Advances in Chitin Sciences. 2011. V.XI.
Talanta. 2011. V. 84; 2012. V.102.
•
Curr. Top. Anal. Chem. 2011. V. 8.
Sep. Sci. Technol. 2012. V. 47. № 12.
•
Mendeleev Communications. 2011. V. 21; 2013. V. 23. №3.
•
Прикладная биохимия и микробиология. 2009. Т.45. № 2.
•
Успехи современной биологии. 2013. Т.133. №1.
•
Глава «Новые подходы в ферментативных методах определения субстратов
оксидоредуктаз» в сборнике «Проблемы аналитической химии», Изд-во МАИК
НАУКА, 2011.
Гранты лаборатории последних лет
За 5 лет сотрудники и аспиранты выступили
с 50 докладами (26 устными и 24 стендовыми)
на 24 конференциях
2010-2012 РФФИ Распознающие мембраны на основе полиэлектролитных
мультислоев для разделения и концентрирования физиологически активных
органических соединений при их определении оптическими методами.
2009-2011 РФФИ Дизайн среды как средство направленного изменения
аналитических
характеристик
ферментативных
методов
определения
биологически активных субстратов и эффекторов пероксидаз в водноорганических растворах.
2012-2014 РФФИ «Оптические сенсоры на основе полифункциональных пленок,
включающих природные полимеры, ферменты и ионные жидкости, для
определения органических биологически активных соединений в матрицах
сложного состава»
2011-2012 Госконтракт Министерства образования и науки «Оптические
сенсоры на основе распознающих мембран и каталитических систем».
2011-2012 Госконтракт Министерства образования и науки «Новые
аналитические системы для определения фенольных и сернистых соединений».
2012-2013 Госконтракт Министерства образования и науки «Разработка,
исследование и применение наноматериалов для химического анализа
2012-2013 Госконтракт Министерства образования и науки «Создание
оптических мицеллярных биосенсорных аналитических систем нового типа для
высокочувствительного и селективного определения биологически активных
соединений в объектах сложного состава».
Основные цели исследований в последние 5 лет:
1 докторская диссертация
2011 - Беклемишев М.К. «Новые индикаторные системы в кинетических методах анализа.
Сорбционно-кинетический метод».
5 кандидатских диссертаций
2009 – Кирейко А.В. «Пероксидаза в полиэлектролитном комплексе и
мицеллах поверхностно-активных веществ для определения ее
субстратов и эффекторов в водно-органических средах»
2010 – Яблоцкий К.В. «Новые аспекты применения нативной и
иммобилизованной пероксидазы хрена для определения ее
ингибиторов и субстратов»
2011 – Поляков А.Е. «Определение фенольных и эндопероксидных
соединений с использованием пероксидаз хрена и сои в водных,
водно-органических средах и гидрофильных ионных жидкостях»
2013 – Малинина Л.И. «Оптические биосенсоры для определения фенольных соединений и
органических пероксидов».
2013 – Борзенкова Н.В. «Подходы к твердофазному биокаталитическому определению трудно- и
среднеокисляемых серосодержащих органических соединений с использованием матриц на
основе хитозана и его модифицированных производных»
Защищены 16 дипломных и ~80 курсовых работ по аналитической и физической
химии
расширение возможностей кинетических
и ферментативных методов анализа
Повышение чувствительности
и селективности определения
соединений за счет:
расширения круга методов детектирования сигнала
и подходов к его усилению
Расширение круга
определяемых соединений:
плохо и средне окисляемых
субстратов ферментов
мембранного концентрирования
о
За 5 лет аспирантами и сотрудниками лаборатории защищены
использования ферментов различного пр исхождения
определение малорастворимых
в воде соединений
в органических растворителях и ИЖ
введения молекулярных распознающих элементов
молекулярного импринтинга
Повышение каталитической активности
и стабилизация белков и ферментов
в реакциях в водно-органических,
мицеллярных средах и ИЖ
Создание новых аналитических систем,
спектрофотометрических и флуоресцентных сенсоров
с заданными свойствами под конкретные задачи и объекты анализа
http://analyt.chem.msu.ru/kinetics/
http://kinetchem.ko3.ru/
International Conference “Chimia - 2009. New trends in applied chemistry",
Constanta, Romania.
Международная конференция «Биокатализ-2009: теоретические и
прикладные аспекты», Архангельск.
International
Conference
“Euroanalysis
2009”.
Innsbruck.
Austria;
«Euroanalysis-2011». Belgrade, Serbia.
Всероссийской конференции с международным участием "Аналитика
России 2009". Краснодар.
Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech-2009» Москва.
International Conference «Instrumental Methods of Analysis. Modern Trends and
Applications». IMA-09”, Greece, Iraklion.
The 13th Annual Meeting of the Israel Analytical Chemistry Society “Isranalytica2010”. Теl Aviv, Israel.
Съезд аналитиков России «Аналитическая химия – новые методы и
возможности». Москва, 2010.
«Biomaterials and bionanomaterials: Recent advances and safety – toxicology
issues». Heraklion, Crete,
Greece, 2011.
International Congress on Analytical Sciences ICAS-2011. Japan. Kyoto.
10th International Conference of the European Chitin Society. St.Petersburg,
Russia, 2011.
XIX International Conference on Bioencapsulation. Amboise, France, 2011.
International Symposium on Polymers ISP-2012. Switzerland. Losanna.
Всероссийская конференция с международным участием по аналитической
спектроскопии. Краснодар, 2012.
3d Symposium on Enzymes & Biocatalysis SEB Xi’an, China, 2012.
МIP2012 - 7th International Conference on Molecularly Imprinted
Polymers. Paris, 2012.
Премии
I премия ХVI Международной научной конференции молодых
ученых «Ломоносов-2009» – Веселова И.А.
Диплом ХVI Международной научной конференции студентов
«Ломоносов-2009» – Родионов П.В.
Диплом III степени Всероссийской конференции «Научный
потенциал – XXI» (2008) – Олейник Л.И.
Диплом II Международного конкурса научных работ молодых
ученых в области нанотехнологий (2009) – Олейник Л.И.
Диплом I степени V Всероссийской конференции «Химия в
современном мире» (2010) – Родионов П.В.
Премия академика И.П. Алимарина молодым ученым (2012 г.)
– Родионов П.В.