Метрологическое обеспечение био- и нанотехнологий Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

УДК 681.20:665.5

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БИО- И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Геннадий Владимирович Шувалов

ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, кандидат технических наук, директор, тел. (383)210-17-26, e-mail: shuvalov@sniim.ru

Игорь Владиленович Минин

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры специальных устройств инноватики и метрологии, тел. (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com

Олег Владиленович Минин

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры специальных устройств инноватики и метрологии, тел. (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com

Владимир Михайлович Генералов

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», 630559, Россия, Новосибирская область, р.п. Кольцово, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник отдела биофизики и экологических исследований, тел. (383)363-47-00 (доб. 25-22), e-mail: general@vector.nsr.ru

Маргарита Витальевна Кручинина

Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины СО РАН. 630089, Россия, Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1, доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории гастроэнтерологии, тел. (913)728-17-02, e-mail: kruchmargo@yandex.ru

Александр Сергеевич Сафатов

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», 630559, Россия, Новосибирская область, р.п. Кольцово, доктор технических наук, зав. отделом биофизики и экологических исследований, тел. (383)363-47-00 (доб. 26-20), e-mail: safatov@vector.nsc.ru

В статье рассмотрены вопросы метрологического обеспечения био- и нанотехнологий.

Ключевые слова: метрологическое обеспечение, биотехнологии, нанотехнологии.

METROLOGICAL SUPPORT OF BIOT- AND NANOTECHNOLOGIES

Gennady V. Shuvalov

Federal State Unitary Enterprise «SNIIM», 4, Prospect Dimitrov St., Novosibirsk, 630004, Russia, Ph. D., Director, phone: (383)210-17-26, e-mail: shuvalov@sniim.ru

Igor V. Minin

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, D. Sc., Professor, Department of Special-purpose Devices, Innovatics and Metrology, phone: (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com

Oleg V. Minin

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, D. Sc., Professor, Department of Special-purpose Devices, Innovatics and Metrology, phone: (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com

Vladimir M. Generalov

Federal Budgetary Research Institution "State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being, Koltsovo, Novosibirsk region, 630559, Russia, D. Sc., Leading Scientist, Department of Biophysics and Ecological, phone: (383)363-47-00 (add. 25-22), e-mail: general@vector.nsr.ru

Margarita V. Kruchinina

Research Institute of Internal and Preventive Medicine - Branch of the Institute of Cytology and Genetics SB RAS, 175/1, B. Bogatkova St., Novosibirsk, 630089, Russia, D. Sc., Leading Scientist, Gastroenterology Laboratory, phone: (913)728-17-02, e-mail: kruchmargo@yandex.ru

Alexander S. Safatov

Federal Budgetary Research Institution "State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being, Koltsovo, Novosibirsk region, 630559, Russia, D. Sc., Head of Department of Biophysics and Ecological, phone: (383)363-47-00 (add. 26-20), e-mail: safatov@vector.nsc.ru

In article questions of metrological support bio - and nanotechnologies are considered.

Key words: metrological support, biotechnologies, nanotechnologies.

Успешное освоение био- и нанотехнологий невозможно без подготовленной измерительной инфраструктурной и нормативно-методической базы.

В этой связи на базе Сибирского государственного научно-исследовательского института метрологии (ФГУП «СНИИМ») был создан Центр метрологического обеспечения нанотехнологий в Сибирском федеральном округе и проводятся работы по решению этих задач совместно с рядом учреждений СО РАН, Росстандарта и Роспотребнадзора.

Одно из направлений Центра - разработка эталонной установки для измерения электрической поляризуемости биологических частиц и клеток крови (эритроцитов) для метрологического обеспечения биотехнологий.

Цель этой работы - обеспечение единства измерений электрической поляризуемости биологических частиц и клеток крови (эритроцитов).

Актуальность данной работы заключается в том, что клетки крови (эритроциты) обеспечивают транспорт кислорода в организме. Различные вирусные и другие заболевания сказываются на способности эритроцита проникать в капилляры и, как следствие, приводят к нарушению кислородного обмена в органах и тканях. В итоге возникают условия для таких серьезных заболеваний как инфаркт миокарда, ишемия, инсульт, некроз, атеросклероз, тромбоз и др. Наличие вирусных и других заболеваний можно определить по изменению электрической поляризуемости эритроцитов [1-13].

Для измерения электрической поляризуемости клеток крови в клинической практике Федеральным государственным учреждением науки «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» (ФГУН ГНЦ ВБ «ВЕКТОР») используются измерительные комплексы для измерения электрической поляризуемости эритроцитов, которые метрологически не обеспечены, в связи с тем, что до настоящего времени не разработаны эталонные средства измерений электрической поляризуемости биологических частиц и клеток, в том числе эритроцитов крови (рис. 1).

Рис. 1. Проведение измерений электрической поляризуемости эритроцитов

В этой связи была разработана эталонная установка для измерения электрической поляризуемости биологических частиц и клеток крови (эритроцитов) для метрологического обеспечения биотехнологий (рис. 2).

Оценка составляющих стандартной неопределенности эталонного измерительного комплекса для определения поляризуемости биологических частиц (эритроцитов) по типу В приведена в табл. 1.

Таким образом, стандартная неопределенность по типу В, иВ, % отн. составляет 14 %.

Стандартную неопределенность результата единичного измерения по типу А оценивают по формуле

иА = V

1 п

ЧгХ(^ - **)2

(п -1) Тл

(1)

Метрологические характеристики разработанного опытного образца эталона для измерения величины поляризуемости биологических частиц приведены в табл. 2.

у 'И ^r

щ

а) б)

Рис. 2. Эталонный измерительный комплекс для определения поляризуемости биологических частиц (эритроцитов):

а) конструкция измерительной ячейки установки для измерения электрической поляризуемости биологических частиц и клеток крови: 1 - основание; 2 - электрод 2; 3 - прижим; 4 - электрод; 5 - шайба электрода 3; 6 - предметное стекло; 7 - электрод 3; 9 - винт; б) эталонная установка «БИОЭЛ» на основе микроскопа Olympus СХ41ЯБ и видеокамеры EE5100M

Таблица 1

Составляющие стандартной неопределенности по типу В

Входная величина Значение Погрешность Станд. отн. неопреде- леность, % Коэффициент влияния Станд. неопределенность с коэфф. влиян., % Вклад станд. неопред. в суммарную, %

Радиус (2-10) мкм 0,5 мкм 3 - 12 1 12 75

Вязкость 1 мПас 0,003 мПас 0,17 1 3 5

Скорость (0,5-25) мкм/с (0,015- 0,075) мкм/с 1,7 1 1,7 2

Градиент квадрата напряженности электрического (105-106) В/м (2103 -2104) В/м 1,1 3 3,3 7

поля

Температура (20-24) °C 4°C 12 0,4 4,8 11

Таблица 2

Метрологические характеристики разработанного опытного образца эталона

Наименование характеристик Значение

Диапазон измерения объемной поляризуемости, м3 от 10-14 до 10-16

Стандартная неопределенность по типу А, иА, % отн. 3

Стандартная неопределенность по типу В, иВ, % отн. 14

Суммарная стандартная неопределенность , ис, % отн. 15

Расширенная неопределенность, Цо, % отн. (к=2) 30

Кроме того, на базе Сибирского государственного научно-исследовательского института метрологии был создан Центр метрологического обеспечения нанотехнологий в Сибирском федеральном округе, основной целью которого является обеспечения единства измерений (включая информационно-техническое) на предприятиях в регионе. Создание и практическая деятельность Центра метрологического обеспечения нанотехнологий в Сибирском федеральном округе показало высокую эффективность такой организационной формы развития инфраструктуры при решении задач метрологического обеспечения био- и нанотехнологий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Verpoorte E. Microfluidic chips for clinical and forensic analysis // Electrophoresis. 2002. V. 23, № 5. P. 677-712.

2. Landers J. P. Molecular Diagnostic Analysis Using Electrophoretic Microchips. // Anal. Chem. 2003. v. 75, № 12. p. 2919-2927.

3. Morko9 H., Ozgur U. Zinc oxide fundamentals. Materials and device technology. -Weinheim: Wiley-VCH, 2009. 488 p.

4. Серхачева Н. С. Синтез композитных микросфер на основе полистирола и наноча-стиц оксида цинка: магистр. дис. - М. : МИТХТ, 2011. - 110 с.

5. Dazhi S., Minhao W., Luyi S., Yuntao L., Nobuo M., Hung-Jue S. Purification and stabilization of colloidal ZnO nanoparticles in methanol //J. Sol-Gel Technol. 2007. V. 43. Р.237-243.

6. Matei A., Cernica I., Cadar O., Roman C., Schiopu V. Synthesis and characterization of ZnO - polymer nanocomposites //Int. J. Mater Form. 2008. V. 1. P. 767-770.

7. Hong R., Pan T., Qian J., Li H. Synthesis and surface modification of ZnO nanoparticles // Chem. Eng. J. 2006. V. 119. P. 71-81.

© Г. В. Шувалов, И. В. Минин, О. В. Минин, В. М. Генералов,

М. В. Кручинина, А. С. Сафатов, 2018