16.740.11.0020

Аннотация
НИР по ГК № 16.740.11.0020 "Планарная технология создания микро и
наноразмерных преобразователей электрохимического типа, многоканального матричного
преобразователя и системы подачи растворов к ним для определения соединений физикохимическими методами с применением биоматериала"
Ключевые слова: микро- и наноразмерные преобразователи; топология
наноструктур; биоматериал; иммобилизация; сканирующая зондовая микроскопия;
молекулярный транзистор.
Цель работы была направлена на создание основ конструирования микро- и
наносенсоров электрохимического типа. Рассматривалось сопряжение созданных
сенсоров с биологическим материалом – ферментом глюкозооксидазой. Разработанная
система сенсоров/биосенсоров предполагает интегрирование с адаптированной для
измерений системой подачи растворов. Для успешного достижения цели исследований в
соответствии с Календарным планом решались следующие задачи: Разработка макета
наноэлектронного трансдьюсера на основе планарной наноструктуры со встроенными
молекулами ферментов; разработка ТЗ на матричный pH-датчик.
Методы, использованные при выполнении отдельных видов работ по
Государственному контракту:
Сканирующая зондовая микроскопия;
Электронная сканирующая микроскопия;
Фотонанолитография;
Метод двухтеневого напыления;
Электронно-лучевая нанолитография;
Электрохимическое травление;
Метод разрыва нанопроводника с использованием эффекта электромиграции;
Напыление и отжиг золотых пленок с целью получения атомарно гладких
поверхностей;
Осаждение наночастиц с использованием методики химической самосборки через
дитиольные линкеры;
Механическое или химическое закрепление нанообъектов в нанозазоре
молекулярного транзистора;
Амперометрическая детекция сигналов электродов;
Химическая модификация поверхности двуокиси кремния эпоксисиланом;
1
Ковалентная пришивка фермента глюкозооксидазы на поверхность кристалла;
Исследование проводимости объектов при сканирующей туннельной микроскопии.
Инструментарий, использованный при выполнении отдельных видов работ (этапов)
по Государственному контракту:
Установка термического напыления ВУП-5; сканирующий туннельный микроскоп
Digital Instruments Nanoscope I; электронные микроскопы Cambridge Instruments
Stereoscan-200 и Carl Zeiss SUPRA 40 FEСЭМ; установка ВЧ магнетронного распыления
Leybold Z-400; высоковакуумная напылительная установка Leybold L-560; установка для
контролируемого разрыва закоротки между наноэлектродами; пикоамперметр;
оборудование для формирования пленок Ленгмюра-Блоджетт; оптические микроскопы;
гальваностат-потенциостат IPCmicro.
Были получены следующие результаты при выполнении работ по 5-му этапу
Государственного контракта "Разработка модели нанобиосенсора, включающего
наноэлектронный трансдьюсер, способный регистрировать аналитический сигнал,
генерируемый отдельными молекулами или группами молекул фермента, и систему
доставки растворов"
- разработана методика изготовления планарной наноструктуры для
наноэлектронного трансдьюсера
- разработана методика регистрации сигналов планарной наноструктуры для
наноэлектронного трансдьюсера
- осуществлена модификация поверхности двуокиси кремния планарной
наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера линкерными молекулами,
содержащими эпоксигруппировки
- осуществлена иммобилизация фермента глюкозооксидазы на поверхности
планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера через линкерные
молекулы
- толщина иммобилизованного слоя молекул фермента представляет монослой, что
следует из методики иммобилизации белка
- получены АСМ – изображения молекул иммобилизованного фермента
- получены вольт-амперные характеристики ферментного препарата, отражающие
его нативное функциональное состояние и свидетельствующие о возможности
регистрации аналитического сигнала
- разработан вариант ТЗ на матричный рН-датчик, который может служить основой
для выполнения НИР по созданию матричного рН-датчика на основе полевых транзисторов.
2
Полученные результаты являются новыми и актуальными. Результаты найдут
применение в аналитической биотехнологии для создания биосенсоров нано-размеров; в
клинической медицине для создания миниатюрных биосенсоров с целью постоянного
мониторинга глюкозы в крови человека; в области аналитической и инженерной
биотехнологии для создания нового класса миниатюрных биотопливных элементов,
преобразующих энергию окисления органических соединений в электрическую энергию.
В выполнении НИР заключительного этапа приняли участие 7 молодых
сотрудников, из них студентов 2 чел., аспирантов 2 чел. По данным исследования
опубликовано всего 9 статей с участием молодых сотрудников в журналах, указанных в
списке ВАК; разработан курс лекций для студентов университетов; принята для
публикации в монографии глава, посвященная электрохимической детекции ДНК;
получено 2 патента по тематике исследования, написано 2 учебных пособия. Защищена
одна кандидатская диссертация, для защиты подготовлены одна кандидатская
диссертация и две докторские диссертации.
Исследование выполнено в соответствии с Календарным планом. Достигнута
основная цель проекта - разработан макет наноэлектронного трансдьюсера на основе
планарной наноструктуры со встроенными молекулами фермента глюкозооксидазы,
относящийся к новым, не описанным ранее структурам; исследованы его характеристики.
Руководитель работ по проекту
Заведующий лаборатории
проф., доктор химических наук
Решетилов Анатолий Николаевич
3