ИСТИНА

Решение задачи перехода к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения за счет рационального применения лекарственных препаратов невозможно без развития методов контроля их содержания в различных объектах. В современных условиях при выборе метода химического анализа большое значение имеет его ресурсоэффективность. В этом аспекте приоритетным направлением исследований в аналитической химии является разработка и апробация методов анализа, позволяющих проводить определение лекарственных веществ с минимальными затратами материальных, финансовых, кадровых и временных ресурсов, при этом, по возможности, оказывая минимальное негативное воздействие на экологию. Большую роль также играет доступность этих методов для массового использования, в том числе людьми, не являющимися профессиональными аналитиками. Предлагаемый проект имеет своей целью создание экологически целесообразных миниатюрных систем химического анализа. В качестве экологически безопасной основы для таких систем будет использована бумага (бумажные микрофлюидные аналитические системы). Бумага является исключительно дешевой и доступной основой, давно и хорошо зарекомендовавшей себя для производства тест-средств. Вместе с тем, возможность обеспечения самопроизвольного движения по ней жидкости за счет капиллярных сил открывает широкие перспективы для создания проточных систем химического анализа, не требующих использования насосного оборудования. Такие системы сочетают преимущества динамических аналитических процедур, например онлайн пробоподготовку, динамическое смешение с реагентами, мультисенсорное детектирование, с дешевизной, миниатюрностью, простотой и минимальным экологическим воздействием за счет малого объема реагентов и наносимой пробы. К настоящему моменту предложено большое число бумажных микрофлюидных аналитических систем для решения различных задач химического анализа, однако практически не освещен вопрос возможности применения в них наночастиц. Между тем, успехи в сфере нанотехнологий свидетельствуют о значительном потенциале наночастиц как аналитических реагентов. Благодаря высокой чувствительности при малом расходе, а также визуальным эффектам, легко детектируемым даже невооруженным глазом, нанореагенты открывают, на наш взгляд, путь для разработки ресурсоэффективных методов химического анализа. В ходе реализации проекта в этом направлении, предполагается создать новые микрофлюидные системы на основе бумаги с использованием наночастиц серебра в роли аналитических реагентов. Ожидается, что данное сочетание позволит разработать дешевые методики упрощенного определения содержания флавоноидов при анализе проб малого объема.

Solving the problem of transition to personalized medicine, high-tech healthcare and health-saving technologies through the rational use of drugs is impossible without the development of methods for monitoring their content in various objects. In modern conditions, when choosing a method of chemical analysis, its resource efficiency is of great importance. In this aspect, a priority direction of research in analytical chemistry is the development and verification of analytical methods that allow for the determination of medicinal substances with minimal consumption of material, financial, human and time resources, while, if possible, having a minimal negative impact on the environment. The availability of these methods for the large-scale use, including by people who are not professional analysts, also plays an important role. The proposed project is be devoted to the development environmentally friendly miniature chemical analysis systems. Paper will be used as an environmentally friendly basis for such systems (microfluidic paper-based analytical devices, µPADs). Paper is an exceptionally cheap and affordable basis for the production of test tools. At the same time, the possibility of spontaneous movement of liquid through it due to capillary forces opens up broad prospects for creating flow systems for chemical analysis that do not require the use of pumping equipment. Such systems combine the advantages of dynamic analytical procedures, such as online sample preparation, dynamic mixing with reagents, and multisensor detection, with low cost, small size, simplicity, and minimal environmental impact due to the small volumes of reagents and samples applied. Many microfluidic paper-based analytical systems have been proposed to solve various analytical problems. Still, the possibility of using nanoparticles in them needs to be elucidated. Meanwhile, the advances in the field of nanotechnology indicate the significant potential of nanoparticles as analytical reagents. Due to their high sensitivity at low consumption as well as visual effects that are easily detected even by the naked eye, nanoreagents open the way for the development of resource-efficient methods of chemical analysis. During implementation of the project in this direction, it is planned to create new paper-based microfluidic systems using silver nanoparticles as analytical reagents. It is expected that this combination will allow for the development of low-cost methods of simplified determination of flavonoids content in the analysis of small-volume samples.

По итогам выполнения проекта будут: – разработана концепция сборных микрофлюидных систем на основе бумаги, которая подразумевает конструирование микрофлюидных систем той или иной архитектуры из заранее приготовленных отдельных бумажных частей на адгезивной подложке. Разработка данной концепции должна заложить основу технологии простого и экономически эффективного массового промышленного производства микрофлюидных систем на основе бумаги. – детально изучены возможности использования наночастиц благородных металлов в качестве сенсорных элементов сборных микрофлюидных систем на основе бумаги. Эти данные могут быть востребованы в качестве отправных при моделировании и создании микрофлюидных аналитических систем нового поколения, использующих принципы нанохимии. – предложены новые сборные микрофлюидные системы на основе бумаги, модифицированной наночастицами серебра различной морфологии, для определения биологически активных веществ класса флавоноидов и выбраны стратегии использования этих систем в химическом анализе. Это позволит применить выявленные закономерности для создания новых оптимизированных подходов к решению задач определения лекарственных веществ. – выявлены основные механизмы управления проявлением значимых с точки зрения аналитической химии эффектов в сборных микрофлюидных системах на основе бумаги. Это сделает возможной разработку оптимизированных микрофлюидных сенсорных систем для решения конкретных практических задач. – получены подробные данные о возможностях и ограничениях использования бытовых цветорегистрирующих устройств (в частности, калибраторов мониторов) для целей цветометрического анализа. Эти результаты важны для понимания, в каких случаях дорогостоящее профессиональное оборудование, требующее обслуживания квалифицированным персоналом, может быть заменено на простые в обращении, дешевые и доступные приборы. – разработаны оригинальные методики определения флавоноидов в различных объектах (лекарственные препараты, продукты питания и др.) с помощью предложенных ресурсоэффективных подходов.

Руководитель проекта работает в области спектрофотометрического и твердофазно-спектрометрического определения органических соединений в течение ряда лет. Основные члены коллектива имеют богатый опыт работы с наночастицами различной природы и геометрии. Ранее эти наночастицы были успешно использованы для разработки спектрофотометрических методик определения различных соединений, а также для целей разделения и концентрирования. К настоящему моменту научный задел по теме проекта состоит в том, что разработаны новые способы синтеза наночастиц серебра, в частности, наночастиц сферической и тригонально-призматической морфологии. В плане использования бытовых цветорегистрирующих устройств для аналитических целей был проведен ряд исследований по применению калибратора мониторов в качестве альтернативы спектрометру диффузного отражения. Выявлены некоторые особенности химии наночастиц в растворе и на поверхности пенополиуретана, в частности особенности формирования, разрушения и агрегации в присутствии различных веществ. Предложен ряд новых реагентов на основе наночастиц для целей химического анализа и разработаны способы определения некоторых органических веществ и катионов.