Портативні прилади допоможуть перевірити воду, повітря, продукти
Людина щодня контактує з біологічними та хімічними речовинами і, на жаль, ці контакти можуть бути небезпечними. Науковці намагаються унеможливити загрози й розробляють прилади для моніторингу довкілля, систем безпеки, перевірки продуктів, біотехнологій тощо. Ці прилади допоможуть виявити наркотичні і вибухові речовини, перевірити якість води і повітря, безпечність сільгосппродукції тощо.
Саме такі прилади на основі електрохімічних біосенсорів розробляє команда науковців Інституту молекулярної біології і генетики НАН України, яка за кошти грантового фінансування Національного фонду досліджень України виконує проєкт «Дослідження особливостей формування сучасних біоселективних елементів на основі наноматеріалів різної природи для електрохімічних біосенсорів та сенсорних масивів із заданими та керованими властивостями».
Проєкт мав фінішувати у 2022 році, але фінішує – у 2023, календарні плани затримала (але не зірвала!) війна.
У чому ж особливість цього дослідження?
Керівник проєкту, член-кореспондент НАН України, заступник директора з наукової роботи Інституту молекулярної біології і генетики НАН України, Сергій Дзядевич розповів, що електрохімічні біосенсори можуть бути успішною альтернативою традиційним методам аналітичної хімії. «Біосенсорика — це сучасна галузь аналітичної біотехнології, яка розвивається на стику багатьох наук: біології, фізики, хімії, математики, інформатики, матеріалознавства, радіотехніки, електроніки, поєднує їх знання і є прикладом того, як високі технології втілюються в життя», – зазначив він.
Наприклад, тисячі людей сьогодні користуються портативними глюкометрами, – ці прилади пройшли шлях від лабораторних прототипів розміром з валізу до девайсів, які можна покласти в кишеню. Стрімко зростає й кількість розробок біосенсорів з використанням нанотехнологій. Втім, за словами пана Сергія, більшість цих робіт є емпіричними (отриманими експериментальним шляхом для окремих типів перетворювачів та біосенсорів). «Як правило, розробники обирають наноматеріал без ґрунтовного аналізу можливостей різних систем перетворення сигналу, специфічних особливостей перетворювачів та біоселективного матеріалу. Тобто використовують біосенсори не надто ефективно», – наголосив науковець.
Команда, яка виконує проект, прагне змінити цю ситуацію. Науковці впевнені: знання особливостей формування біоселективних елементів на основі наноматеріалів різної природи допоможе створити максимально ефективні прилади.
– Покращити аналітичні характеристики біосенсорів можна різними шляхами: наноматеріали можна коіммобілізувати (закріпити на твердому носії) разом із біологічною складовою, або ж інтегрувати в структуру перетворювача, – продовжив розповідь Сергій Дзядевич. – Деякі наночастинки можна застосовувати самостійно, як селективний елемент хемосенсорів. Тобто аналітичні характеристики біосенсорних пристроїв можна вдосконалювати чи змінювати. Якщо говорити просто – можна підібрати відповідний матеріал, розробити процедуру його застосування, і прилад допоможе вирішувати саме ті завдання, які потрібно.
Важливо також, щоб і в лабораторії, і в реальних умовах, прилад працював однаково ефективно. Над цим також працюють виконавці проєкту.
Чи реальні ці цілі? Які конкурентні переваги мають українські дослідники?
Керівник проєкту пояснив: різні наукові групи у світі вивчають певні (конкретні) перетворювачі та біоселективні елементи. Але дослідники з Інституту молекулярної біології і генетики НАН України мають конкурентну перевагу: у відділі біомолекулярної електроніки є всі можливі варіанти перетворювачів та біоелементів. І, що не менш важливо, вчені мають великий досвід роботи з цими системами.
Що вже зроблено?
Вчені модифікували поверхню електрохімічних перетворювачів наноматеріалами (цеолітами, каліксаренами, вуглецевими та металевими наночастками, нанорозмірними додатковими шарами), провели іммобілізацію низки ферментів (глюкозооксидази, лактатоксидази, уреази, ацетилхолінестерази, бутирилхолінестерази, глутаматоксидази, аргінази тощо) з використанням наночастинок. Потім провели теоретичний та експериментальний аналіз роботи електрохімічних перетворювачів, переконалися, що аналітичні характеристики біосенсорів вдалося покращити.
Науковці впевнені: ця керована зміна властивостей біосенсорів дасть змогу розробляти прилади з заданими параметрами під конкретні практичні задачі. Головне – правильно вибрати біологічно-чутливі елементи та перетворювачі, а також тип реакції (прямий чи інгібіторний аналіз). «Такий комплексний підхід дасть змогу зекономити час, зусилля та кошти при розробці нових типів портативних біосенсорних приладів», – наголошує Сергій Дзядевич.
За результатами роботи опубліковано 12 статей, із них 8 – в журналах бази даних Scopus (квартилі Q1-Q2) та один розділ в книзі видавництва CRC Press.
Проєкт виконує фахова і дружна команда. Під час паузи з фінансуванням НФДУ науковці «не чекали з моря погоди», а продовжили наукову роботу (за кошти гранту фонду Simons (CША) та європейського гранту з біосенсорики). Про свої успіхи розповідають на міжнародних наукових конференціях, навіть, якщо інтернет доводиться «ловити» у метро. Саме так, наприклад, вони приєдналися до конференції у Франції під час блек-ауту в листопаді 2022 року. У команді немає звичаю жалітися на скрутні обставини, – кожен робить, що може, з упевненістю, що вийде все якнайкраще.
Світлана ГАЛАТА
