Ученые Лаборатории нано-биоинженерии ИФИБ НИЯУ МИФИ возглавили международный проект «Энант-ГКР»

Ученые Лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИ вместе с ирландскими коллегами по проекту «Энант-ГКР» начали разработку прототипов энантиоселективных субстратов, которые позволят обнаруживать хиральные молекулы методом гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Реализация проекта откроет прямой путь к созданию устройств быстрой медицинской диагностики.

Началась реализация совместного российско-ирландского проекта «Прототипирование энантиоселективных субстратов для быстрого детектирования биологически-активных молекул методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света (Энант-ГКР)».

Грант на исследование получен по итогам конкурса международных проектов совместных научных исследований научных центров России и Северной Европы.

В проекте «Энант-ГКР» участвуют научные группы ЛНБИ ИФИБ НИЯУ МИФИ и Школы химических наук Тринити-колледжа (Дублин, Ирландия).

Участники проекта займутся разработкой прототипов системы экспресс-детектирования биологически-активных молекул методом спектроскопии ГКР света с применением энантиоселективных субстратов — плазмонных наноструктур из благородных металлов, функционализированных хиральными лигандами.

Энантиомеры — это стереоизомеры сложных органических молекул, которые представляют собой зеркальные отражения друг друга, не совмещаемые в трехмерном пространстве. Такие молекулы (называемые хиральными) обладают оптической активностью — способностью поворачивать плоскость поляризации света, причем два энантиомера вращают ее в противоположных направлениях.

Хорошо известные примеры хиральных молекул, это практически все известные аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, сахара, а также многие лекарственные препараты и другие биологически-активные соединения.

С практической точки зрения важно то, что биологическая активность двух энантиомеров может значительно различаться. Поэтому хиральность является одним из главных факторов биомолекулярного распознавания, дифференциация энантиомеров играет очень важную роль в химии, биологии, фармакологии и медицине, а методы, способные анализировать точный состав смеси хиральных молекул и разделять энантиомеры, чрезвычайно востребованы.

Созданию систем энантиоселективного детектирования и посвящен проект «Энант-ГКР». Метод спектроскопии ГКР, используемый в этой системе, выбран из-за своей способности быстрого получения результатов и чрезвычайно высокой чувствительности — вплоть до обнаружения гликопротеинов оболочки вируса в количестве, соответствующем их содержанию в единичных вирионах.

Анализируемое вещество будет адсорбироваться на ГКР-активной поверхности плазмонных наноструктур золота и серебра, поскольку под воздействием сильных локальных полей эффект комбинационного рассеяния на таких структурах может быть усилен в 10⁴–10¹⁰ раз. Для придания энантиоселективности, поверхность плазмонных наноструктур будет модифицирована хиральными лигандами.

Завершится проект изготовлением прототипов энантиоселективных субстратов для быстрого детектирования хиральных биологически-активных молекул методом ГКР и валидацией этих прототипов. У авторов проекта уже есть наработки в области синтеза хиральных наноматериалов, а также селективного детектирования энантиомеров аминокислот и нуклеиновых кислот с помощью хиральных квантовых точек.

Руководитель проекта с российской стороны – к.хим.н., руководитель группы нанохимии ЛНБИ ИФИБ НИЯУ МИФИ Павел Самохвалов.

В круг задач российской исследовательской группы входят изготовление плазмонных наноматериалов, их первичная модификация и характеризация, хиральная модификация наноструктур Au/Ag, изготовление прототипов системы экспресс-детектирования, а также моделирование эффективности ГКР.

Ирландской группой руководит ведущий исследователь Центра изучения адаптивных наноструктур и наноустройств (Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices) Тринити-колледжа (Дублин) профессор Юрий Гунько.

Ирландские коллеги будут исследовать характеристики наноструктур Au/Ag применительно к ГКР, проводить тестирование и валидацию системы экспресс-детектирования хиральных биомолекул в резонаторах на основе серебряных наноструктур и органических молекул методом спектроскопии ГКР.

Результаты проекта «Энант-ГКР» должны оказать существенное влияние на развитие наук о материалах и биотехнологии. Будут получены новые теоретические знания и разработаны методы синтеза и модификации поверхности плазмонных наноструктур, совместимых с биологическими средами.

Разработка прототипов энантиоселективных субстратов для обнаружения хиральных молекул методом ГКР откроет прямой путь к созданию устройств быстрой медицинской диагностики.