ИСТИНА

Наночастицы оксида цинка (ZnO) – перспективный материал для создания биосенсоров ввиду его полупроводниковых свойств, нетоксичности, химической стабильности, легкости получения частиц различной морфологии, сравнительной простоты модификации поверхности. При создании биосенсоров, основанных на явлении поверхностного плазмонного резонанса (ППР), в последние годы применяется сэндвичевая схема определения, которая обеспечивает усиление аналитического сигнала за счет использования конъюгатов наночастиц с антителами, связывающими аналит. Настоящая работа предполагает реализацию сэндвичевой схемы ППР-биосенсора для определения С-реактивного белка и, потенциально, других белков с помощью конъюгатов ZnO с антителами. В работе будут использованы наночастицы ZnO различной морфологии – наностержни и сферические наночастицы, будет проконтролирована стабильность суспензий частиц на всех стадиях модификации, определено количество антител на С-реактивный белок, присоединенных к наночастицам, изучено влияние морфологии и проводимости наночастиц на сигнал ППР и чувствительность определения аналита. Эти исследования, как и само использование наночастиц ZnO для определения С-реактивного белка, будут проведены впервые.

Zinc oxide (ZnO) nanoparticles are the perspective material for biosensor creation due to ZnO semiconductive properties, non-toxicity, chemical stability, ease of different morphology particle production, relative simplicity of surface modification. Creating surface plasmon resonance based biosensors a sandwich scheme of detection is applied in recent years, which provides signal amplification due to the use of nanoparticle-antibody conjugates, binding to analyte. The present work suggests the realization of sandwich scheme of SPR biosensor for C-reactive protein and, potentially, other proptein, detection using ZnO-antibody conjugates. Different types of morphology - nanorods and spherical nanoparticles - will be used, stability of nanoparticle suspension will be controlled during all modification steps, nanoparticle morphology and conductivity influence on SPR signal and analyte detection sensitivity will be studied. These investigations, as well as ZnO nanoparticle usage for C-reactive protein detection will be conducted for the first time.

Будут получены наночастицы оксида цинка с размерами, позволяющими использовать их для приготовления устойчивых коллоидных суспензий. Частицы будут исследованы с помощью РЭМ и ПЭМ. Диаметр сферических наночастиц ZnO не должен превышать 200 нм, средняя длина наностержней ZnO, синтезированных из солевых матриц, должна находиться в пределах от 300 до 500 нм. Модификация состава ZnO приведет к возможности регулирования проводимости наночастиц. Исследование наночастиц ZnO с анионным и катионным допированием будет осуществлено с помощью изучения спектров поглощения и люминесценции, РФА, EXAFS-спектроскопии. Допирование позволяет регулировать проводимость наночастиц в широком диапазоне от диэлектрической до металлической, и, тем самым, влиять на свойства поверхностного плазмона на границе металл-диэлектрик. Следует отметить, что возможность допирования выгодно отличает ZnO от использованных ранее материалов. Модификация наночастиц ZnO различными методами позволит оценить влияние полиэтиленимина на седиментационную устойчивость коллоидного раствора наночастиц в сравнении с наночастицами, модифицированными с помощью АПТЭС и глутаральдегида. Мы предполагаем, что использование полиэтиленимина позволит получить стабильную суспензию наночастиц не только в воде, но и в фосфатном буфере. Последовательность присоединения линкеров будет подтверждена с помощью ИК-спектроскопии. Поверхность модифицированных частиц должна продемонстрировать способность присоединять более 50% антител, присутствующих в растворе, что будет подтверждено методом Брэдфорд. Измерения спектра ППР для определения С-реактивного белка должны показать увеличение чувствительности и снижение предела обнаружения аналита с помощью конъюгатов ZnO–антитела по сравнению с собственным сигналом С-реактивного белка. Кроме того, будет получен ответ на фундаментальные вопросы спектроскопии ППР, касающиеся влияния размера, проводимости и морфологии наночастиц на изменение чувствительности и предела обнаружения аналита.

Разработаны или воспроизведены методы получения наночастиц оксида цинка: синтез наностержней оксида цинка из солевой матрицы, синтез сферических наночастиц оксида цинка в диэтиленгликоле и из спиртовых растворов. Разработана схема кондуктометрического биосенсора на основе массива наностержней оксида цинка. Прототип устройства на основе массива наностержней ZnO, позволяющего проводить определение органических веществ, впервые освещен в литературе. Результаты работы опубликованы, подходы, используемые в ней (модификация наноструктур оксида цинка, иммобилизация антител) будут впервые использованы для наночастиц ZnO, не закрепленных на подложке.

Синтезированы наночастицы ZnO различной морфологии - наностержни и наносферы. Фазовый состав был подтвержден методом РФА. Длина наностержней составляет 460 ± 220 нм, диаметр - 50 ± 20 нм, диаметр наносфер - 140 ± 35 нм. Модификация поверхности наночастиц была проведена с использованием различных стратегий с помощью АПТЭС, глутаральдегида, цитрата натрия и полиэтиленимина. Присоединение различных модификаторов к поверхности ZnO было подтверждено методом ИК-спектроскопии. Исследование конъюгатов методом Брэдфорд показало, что модифицированные наночастицы могут присоединять до 80% антител, присутствующих в растворе. Изучено влияние полиэтиленимина на устройчивость коллоидной системы методом ДРС и показано, что наночастицы, модифицированные с помощью полиэтиленимина, образуют устойчивую коллоидную систему в фосфатном буфере. Проведены эксперименты с модификацией золотой пластины с помощью цис-протеина G, бычьего сывороточного альбумина и антител на С-реактивный белок для дальнейшего проведения аналитических измерений с конъюгатами ZnO-антитела.