«Приоритет 2030»: молодой ученый Московского Политеха усовершенствует диагностическую биосенсорную систему
Продолжаем рассказывать об исследованиях молодых ученых, выигравших в третьем грантовом конкурсе имени П.Л. Капицы. Конкурс проходит в рамках реализации федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». В этой программе Московский Политех участвует с проектом «Доступный электромобиль».
Александр Ким, выпускник МГУ, кандидат биологических наук, более 10 лет проработал в Институте теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук. В Московский Политех на Факультет химической технологии и биотехнологии он пришел с исследованием «Разработка электрохимической биосенсорной системы для мониторинга концентрации лактата и глюкозы в клинической медицине». Исследование соответствует одному из приоритетных направлений научно-технологического развития вуза — «технологии сенсорики».
По словам ученого, точный и регулярный мониторинг глюкозы и лактата (молочная кислота) необходим для оптимального лечения пациента в стационаре и контроля его состояния в домашних условиях и при наличии хронических патологий. Если у человека есть диагнозы диабетический кетоацидоз и лактоацидоз, острые сердечно-сосудистые состояния, хронические заболевания печени, ряд редких генетических заболеваний, то ему необходимо быть в курсе своего состояния.
Существующие сейчас методы для определения концентрации глюкозы и лактата, например, с применением свободного фермента, достаточно дороги, потому что фермент быстро расходуется. Для удешевления процедуры фермент можно иммобилизовать (фиксировать) на поверхности, чтобы использовать его многократно. В том числе на поверхности электродов. Однако, у этой технологии есть недостатки: один электрод способен определить один аналит; ферменты теряют свою активность на 70% уже через месяц; ионная сила, pH и другие компоненты среды влияют на сигнал биосенсора.
«Я предлагаю инкапсулировать (поместить в оболочку) ферменты раздельно в полиэлектролитные микрокапсулы (ПМК). Оболочка ПМК защищает фермент от агрессивных компонентов среды плюс на один электрод можно поместить капсулы, содержащие разные ферменты, что позволит определять концентрацию нескольких аналитов. Согласно уже проведенным исследованиям, инкапсулированный фермент спустя пять месяцев применения теряет активность всего на 20%», — говорит Александр Ким.
В рамках гранта ученый планирует разработать диагностическую систему на базе помещенных в капсулу ферментов лактатдегидрогеназа и глюкозооксидаза, закрепленных на трехконтактном печатном электроде. Система позволит определять концентрацию глюкозы и лактата электрохимическим способом с выводом цифрового сигнала за счет вольтамперметра. Также планируется создать многоразовый биосенсор для определения концентрации лактата и глюкозы в растворе. Чувствительность биосенсора будет сохраняться несколько месяцев и будет устойчива к агрессивным условиям среды.
Результаты исследования могут использоваться в клинической медицине для определения концентрации лактата и глюкозы в крови и моче. Этот проект совместно с проектом Егора Мусина, также ставшего постдоком Московского Политеха, «Разработка электрохимической биосенсорной системы для мониторинга концентрации этанола и альдегида в рамках клинической медицины» позволит разработать универсальную диагностическую сенсорную систему, которая в перспективе позволит определять концентрацию сразу 3-4 аналитов.
