CC BY
7ВКВО-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС
СПЕКТРОСКОПИЯ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ В РАЗВИТИИ БИОАНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
1 2* 1 1 Курочкин И.Н. ' , Еременко А.В. , Васильева А.Д. ,
2 12 Сиголаева Л.В. , Евтушенко Е.Г. '
'Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской Академии наук», 119334, Москва 2Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет, 119991, Москва e-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-113-114
В докладе рассмотрены новые материалы на основе плазмонных резонаторов, несущие в себе потенциал усиления на несколько порядков сигналов гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Обсуждается использование двух основных типов: твердые носители, содержащие металлические наноструктуры, и золи металлических наночастиц. Первые представляют собой материал (планарная поверхность, волокнистые структуры и т.д.), на котором уже сформированы металлические наноструктуры в конфигурации, обеспечивающей плазмонное усиление сигнала КР. При использовании на такой субстрат наносят анализируемый раствор и либо высушивают, либо производят измерение под слоем жидкости, иногда в проточной ячейке. Способ использования золей золотых или серебряных наночастиц (в том числе нанообъектов несферической формы) подразумевает формирование усиливающих структур в ходе анализа. Золь смешивают с анализируемым раствором, происходит связывание интересующих молекул с поверхностью металла. Затем частицы агрегируют, т.к. именно в зазорах между частицами формируются т.н. «горячие точки» - области дополнительного усиления электрического поля за счет взаимодействия плазмонов отдельных частиц. Сигнал ГКР регистрируют непосредственно с суспензии агрегатов наночастиц.
Обсуждаются варианты существенного улучшения аналитических возможностей биосенсорного анализа за счет применения полимеров для эффективной модификации поверхности плазмонных структур для иммобилизации ферментов. В этой связи рассмотрены возможности метода самосборки полимеров на поверхности твёрдого тела. Изучены физико-химические закономерности включения белковых молекул в состав плёнок полиэлектролитов, диблок-сополимеров, микрогелей. Выявлена роль структурных особенностей этих полимерных структур и условий формирования таких плёнок и покрытий в проявлении сенсорной активности.
В рамках данного изложения рассмотрено активно развивающееся в настоящее время направление иммуноферментного анализа с ГКР регистрацией, основанное на непосредственной регистрации спектров ГКР продуктов ферментативной реакции. Этот вариант представляется наиболее перспективным, т.к. при помощи подбора пары субстрат-продукт ферментативной реакции возможно сочетание двух последовательных систем усиления. Во-первых, под действием фермента-метки происходит генерация большого числа молекул продукта. Во-вторых, продукт с высокой чувствительностью может быть зарегистрирован при помощи спектроскопии ГКР за счет высокого сечения КР и высокого сродства к поверхности металла (наночастиц серебра в рассматриваемом случае). Использование ГКР позволяет примерно на 2 порядка улучшить предел обнаружения широко используемой в ИФА пероксидазной ферментативной метки.
Достигаемое в результате усиление сигнала комбинационного рассеяния с использование рассмотренных материалов позволяет говорить о новой высокочувствительной биоаналитической ГКР-платформе, предназначенной для биозондирования важнейших метаболических показателей (уровень гликированных белков крови, уровень кардиомаркеров и концентрации активных метаболитов современных антитромботических препаратов), экотоксикантов, бактерий, вирусов и других биологических агентов.
Особое внимание в докладе уделено рассмотрению принципов анализа посттрансляционных модификаций белков (ПТМ) с использованием метода ГКР в тандеме с ферментативным гидролизом исследуемых биомакромолекул и применению методов машинного обучения для анализа получаемой многомерной спектральной информации. Для решения задачи создания высокочувствительного метода для определения уровней ПТМ белков на основе ГКР был использован подход, основанный на предварительном ферментативном гидролизе исследуемых белков с последующим анализом пептидной смеси. В рамках представляемой работы был исследован один из основных белков системы гемостаза - фибриноген, окислительные ПТМ которого ассоциированы с развитием ряда заболеваний и могут иметь диагностическую значимость, в том числе, на ранних стадиях патогенеза.
ВКВО-2023- РАДИОФОТОНИКА И ФИС
Кроме того, в докладе приведены примеры использования полученных достижений для создания систем для анализа устойчивости к действию антибиотиков и безамплификационной детекции транскриптов и вирусной РНК.
Представленные результаты получены в рамках бюджетного финансирования по темам 122041400080-0, 121041500039-8, при финансовой поддержке РНФ, проект № 22-14-00213 и РФФИ, проект № 20-08-00657. В работе использовали оборудование, приобретенное по Программе развития МГУ.
