Индустриальные информационные системы - 2013

г. Новосибирск, 24-28 сентября 2013 г.

Матюшин В.Г.  

Разработка сенсорных элементов системы мониторинга взаимодействий химических веществ и биополимеров

Разработка сенсорных элементов системы мониторинга взаимодействий химических веществ и биополимеров

Матюшин В.Г.1

1Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН. E-mail: VDB-CV@yandex.ru

   В работе представлена разработка компонентов сенсорных элементов для мониторинга и анализа взаимодействий макромолекул, включая нуклеиновые кислоты, белки, полимеры и химические вещества. Сенсорные элементы дают возможность зафиксировать взаимодействие молекул с помощью оптического сигнала, при этом работа элементов основана на эффекте электронного плазмонного резонанса. В конструкции элемента использованы металлические нанопленки и нанокластеры. Представленные сенсоры нацелены на детекцию как взаимодействий, так и функциональных химических реакций.
    Новизна технологии состоит в том, что удалось показать предпосылки создания элементов высокопроизводительной и портативной системы мониторинга взаимодействий. Компонентами разрабатываемого элемента являются чип для нанесения проб, лиганд для специфической специфического взаимодействия с веществом-мишенью и связанные с ними нанокластеры металла для получения оптического сигнала. Размеры каждого элемента масштабируемы. В результате возможно масштабировать всю конструкцию сенсора и перешагнуть от анализа одного сенсорного элемента к анализу множества элементов на поверхности одного чипа. Данное решение позволит перейти к высокопроизводительному анализу пробы на множество мишеней одновременно. Также возможно создание портативной системы мониторинга в реальном времени на присутствие специфических молекул или веществ, например потенциально химически или биологически опасных агентов. Это определило важное направление исследований – разработку метода анализа оптического сигнала, генерируемого сенсорным элементом.
      Начальным этапом создания сенсорного элемента стала разработка конструкции чипа, способного передать происходящее связывание лиганда с мишенью в виде оптического сигнала.  С учетом исследованных параметров оптического сигнала была разработана оптимальная конструкция чипа. Значительный объем представленной работы посвящен технологии создания сенсорного элемента и анализу его характеристик. 
       Результатом работы стали испытания модели единичного сенсорного элемента и массива элементов на чипе. Проведены тестовые испытания по анализу взаимодействий макромолекул, показавшие применимость элемента в качестве передатчика оптического сигнала как в видимом, так и в УФ спектре. Проведена качественная оценка сенсорного элемента, показана возможность оценки специфических биологических взаимодействий. Проведено тестирование элемента для детекции функциональных химических реакций.