Проект № 20-57-18012 «Исследование процесса осаждения нанобиопленок Ленгмюр-Блоджетта и их взаимодействия с различными типами акустических волн в пьезоэлектрических структурах»
Руководитель: Горбачев И.А.
Целью совместного с лабораторией Нанонауки и нанотехнологии Болгарского университета архитектуры, строительства и геодезии междисциплинарного Проекта является создание и исследование новых сенсорных покрытий на основе композитных биопленок, получаемых методом Ленгмюра-Блоджетт, для биосенсоров нового поколения. В рамках проекта предполагается изучение и поиск новых подходов к созданию сенсорных покрытий на основе пленок Ленгмюра-Блоджетт с биологически активными ферментами для использования их при разработке биосенсоров нового поколения.
Задачи проекта:
1. Формирование и исследование упорядоченных слоев гибридных структур на основе фосфолипидов и молекул ферментов (глюкозооксидаза и алкогольоксидаза) получаемых методом Ленгмюра-Блоджетт и перенос их на пьезоэлектрическую подложку.
2. Исследование взаимодействия биопленок Ленгмюра-Блоджетт с акустическими волнами различного типа в пьезоэлектрических структурах.
3. Формирование и исследование прототипа искусственной клеточной мембраны на основе смешанного монослоя фосфолипидных молекул и мембранных фракций бактериальных клеток Gluconobacter oxydans для мультисенсорных покрытий.
4. Исследование электрофизических и биохимических свойств разработанных сенсорных покрытий на основе композитных биопленок.
5. Взаимная работа российской и болгарской команд по исследованию свойств полученных ЛБ пленок и анализу возможности их применения для создания акустоэлектронных биосенсоров нового поколения.
Практическое значение результатов Проекта заключается в создании ферментных электродов для целей молекулярной биосенсорики, электрохимической энергетики при преобразовании химической энергии в электрическую, а также аналитических сенсорных устройств, отличающихся высокой селективностью в биомедицинской диагностике.
Разработанные сенсорные покрытия позволят создать биосенсоры нового поколения с использованием амперометрических, потенциометрических и акустоэлектронных технологий для аналитического экспресс определения метаболитов, поллютантов, суперэкотоксикантов.
В результате реализации первого года проекта были получены следующие результаты:
-Было проведено исследование влияния состава и соотношения компонентов в смешанных монослоях жирных кислот (липидов) и фосфолипидов на динамику адсорбции молекул ферментов (глюкозооксидазы и аклогольоксидазы) в ЛБ-пленке.
-Было проведено исследование влияния характеристик водной субфазы и концентрации водорастворимых ферментов в ней на процесс иммобилизации ленгмюровского монослоя фосфолипидных молекул.
-Было проведено исследование процесса формирования смешанных монослоев на основе нерастворимых в воде полимерных и фосфолипидных молекул и водорастворимых ферментов.
-Было проведена отработка технологии формирования прототипа искусственной мембраны на основе смешанного монослоя фосфолипидных молекул и мембранных фракций бактериальных клеток Gluconobacter oxydans.
-Было проведена отработка технологии переноса ленгмюровских монослоев, иммобилизированных молекулами ферментов, на твердые подложки различного типа, в том числе из пьезоэлектрических материалов.
-Было проведено исследование состава, структуры и морфологии, созданных российской командой биопленок Ленгмюра-Блоджетт, перенесенных на твердые подложки, методами микроскопии и спектроскопии.
-Было проведено исследование состава, структуры и морфологии, созданных болгарской командой биопленок Ленгмюра-Блоджетт, перенесенных на твердые подложки, методами микроскопии и спектроскопии.
За первый год были опубликованы следующие печатные работы:
- Gorbachev Ilya A. Smirnov Andrey V., Glukhovskoy Evgeny G., Kolesov Vladimir V., Ivanov George R., Kuznetsova Iren E. Morphology of Mixed Langmuir and Langmuir–Schaefer Monolayers with Covered CdSe/CdS/ZnS Quantum Dots and Arachidic Acid Langmuir 2021, 37 (48), P.14105-14113 DOI (CrossRef): 10.1021/acs.langmuir.1c02345
- Gorbachev I. A. Smirnov A. V., Shamsutdinova E. S., Kashin V. V., Yudin S. G., Anisimkin V. I., Kolesov V. V., Kuznetsova I. E. Studying the Structural and Piezoelectric Properties of PVDF Films Obtained Using Langmuir‒Blodgett Technology Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics 2021, 85 (6), P.603-607 DOI (CrossRef): 10.3103/S1062873821060101
- И.А. Горбачев М.М. Серебров, А.В. Смирнов, В.В. Колесов Модернизация Установки Для Формирования Монослоев Методом Ленгмюра-Блоджетт Математические методы в технологии и технике, 2021, В.1, С.20-23
- Ivanov George R. Gorbachev Ilya A., Amova Anna Electrical Properties of Langmuir-Blodgett Nano Thin Biofilms from a Fluorescently Labelled Phospholipid for Biosensor Applications 2021 XXXI International Scientific Symposium Metrology and Metrology Assurance (MMA) 2021, P.1-4.
- И.А. Горбачев А.В. Смирнов , В.В. Колесов , И.Е. Кузнецова Формирование сенсорных покрытий на основе молекулярных пленок ленгмюра-блоджетт с иммобилизованными ферментами 2021 Сборник тезисов конференции VII Международная конференция «Супрамолекулярные системы на поверхности раздела» 2021, С.68-69
- Горбачев И.А., Смирнов А.В., Колесов В.В. Фотосенсоры на основе молекулярных пленок Ленгмюра — Блоджетт фталоцианина меди СВЧ техника и телекомуникационные технологии 2021 С.242-243