Основное направление работы:
создание и применение в практике химического анализа биокаталитических и биосенсорных технологий на основе природных биополимеров - ферментов, полисахаридов, способных образовывать высокоорганизованные надмолекулярные структуры. Такие биокаталитические системы, распознающие поверхности, мембраны нового поколения обладают уникальной чувствительностью, селективностью, высокой воспроизводимостью получаемых результатов, а также стабильностью в различных средах, в том числе водно-органических.
Достижения:
- созданы фотометрические и флуоресцентные биосенсоры на основе чувствительных пленок состава {фермент (пероксидаза, тирозиназа, лакказа) – полиэлектролит хитозан}, позволяющие анализировать сложные объекты (продукты пищевой, косметической, фармацевтической промышленности) без предварительного отделения компонентов матрицы, т.е. без пробоподготовки образцов;
- разработаны с использованием приема ферментативной дериватизации новые ферментсодержащие детектирующие системы, позволяющие определять маркеры заболеваний в биологических объектах на фемто- и наномолярных уровнях;
- для усиления аналитических сигналов, регистрируемых различными методами (спектрофотометрии, флуоресценции, ИК-спектроскопии) применены новые подходы: использование мицеллярных растворов, наночастиц металлов.
Одним из направлений исследований лаборатории является создание новых оптических мультисенсорных устройств и твердофазных спектрофотометрических и флуоресцентных индикаторных систем для экспрессного, чувствительного и селективного определения комплекса маркеров окислительного стресса и антиоксидантов, а также маркеров нейромедиаторного обмена в биологических объектах.
На основе новых оригинальных приемов разработаны флуоресцентные индикаторные системы для экспресс-определения антиоксидантов - флавоноидов, как в растворе, так и в твердофазном варианте. Один из приемов заключается в получении интенсивно флуоресцирующих производных флавоноидов в результате взаимодействия продуктов их пероксидазного окисления с ароматическим амином - 1,2-дифенилэтилендиамином (ДЭД). Предложенный прием позволяет определять флавоноиды на микромолярном уровне концентраций и одновременно за 15-30 мин анализировать до 20 образцов проб в ячейках полистирольного планшета с иммобилизованной в прозрачной пленке хитозана пероксидазой.
При использовании вместо пероксидазы ее миметика - комплекса железа(III) с тетрамидомакроциклическим лигандом (ТАМЛ) образуется такой же продукт дериватизации флавоноидов, что и в присутствии пероксидазы, однако чувствительность методик определения флавоноидов ниже. Предложенные индикаторные системы могут быть использованы для экспрессного, высокочувствительного, селективного и воспроизводимого определения кверцетина, эпикатехина, кофейной кислоты и таксифолина в диапазонах концентраций 0.1-5, 1-10, 0.1-10, 0.5-5 мкM соответственно. Те же системы можно применять для флуориметрического детектирования флавоноидов после их разделения методом ВЭЖХ в диапазонах концентраций 0.16 - 2.5, 0.17 - 2.6, 0.06 – 4.2 мкM, а также хроматографически анализировать объекты с неизвестным заранее сочетанием флавоноидов. Разработанные методики успешно применены для анализа различных фармацевтических препаратов, содержащих флавоноиды, и для анализа растительного сырья.
Реакции дериватизации продуктов ферментативного окисления флавоноидов - кофейной кислоты и эпикатехина с ДЭД в присутствии пероксидазы либо ее миметика – комплекса Fe(III) с ТАМЛ использованы для определения 5-100 мкМ окислителей продукта дериватизации - неорганического и органических пероксидов в целях экспресс-диагностики окислительного стресса, кардиозаболеваний по их содержанию в крови. Другой перспективной системой для определения пероксидов водорода, мочевины и кумола, 2-бутанонпероксида, трет-бутилгидропероксида (ПО 2 - 250 мкМ) оказалась реакция образования флуоресцирующего комплекса Eu(III)-тетрациклин, интенсивность флуоресценции которого возрастает при присоединении к нему пероксида. Эта реакция изучена не только в водной среде, но и в присутствии органических растворителей - ацетона, этанола, ацетонитрила, ДМСО, а также ПАВ - ТВИН 80, ТРИТОН Х-100, ДДС и ЦТАБ. Выяснено, что гидропероксиды целесообразно определять только в среде ацетона. Предложенные флуоресцентные индикаторные системы для определения гидропероксидов апробированы в анализе биологических объектов (плазме крови мышей и в клетках аденокарциномы толстой кишки человека).
Статьи
Определение пероксида водорода и органических пероксидов в мицеллярных и водно-органических средах с использованием спектрофотометрического биосенсора на основе пероксидазы из корней хрена. Родионов П.В., Алиева Е.А., Сергеева Е.А., Павлова М.Е., Веселова И.А., Шеховцова Т.Н. Журнал аналитической химии, 2016. Т. 71. № 9. С. 971-982.
Для одновременного мультиплексного высокоселективного определения маркеров нейромедиаторного обмена катехоламинов (допамина, адреналина, норадреналина) и их метаболитов (гомованилиновой и ванилилминдальной кислот) впервые использовано сочетание дериватизации продуктов их ферментативного окисления одновременно с двумя различными ароматическими аминами - бензиламином (БА) и 1,2- дифенилэтилендиамином (ДЭД) с обработкой спектров (для повышения их разрешения) образующихся интенсивно флуоресцирующих производных методами производной флуориметрии первого и второго порядков. Флуоресценцию измеряли в 96-луночном планшете, в ячейках которого помещен биочувствительный полимерный слой хитозана с иммобилизованной пероксидазой. Мультиплексное определение катехоламинов и их метаболитов одновременно из одной пробы достигается за счет направленного регулирования длин волн возбуждения и испускания (в интервалах 300 - 356 и 425 – 480 нм, соответственно). Разработанные сенсорные системы и методики на их основе, адаптированные под серийное оборудование, обеспечивают высокочувствительное (в диапазоне концентраций 3–200 нM), селективное и воспроизводимое (Sr ≤ 0.01, n = 5) определение катехоламинов и их метаболитов. Они успешно применены для экспрессного анализа (20 образцов за 15–30 мин) мочи человека и плазмы крови мышей. Методики позволяют селективно определять одни катехоламины на фоне других, что позволяет применять их для экспресс-диагностики таких катехоламин-продуцирующих заболеваний, как карциноид, феохромоцитома и нейробластома.
Статьи
- Методы определения маркеров нейромедиаторного обмена в целях клинической диагностики. Веселова И.А., Сергеева Е.А., Македонская М.И., Еремина О.Е., Калмыков С.Н., Шеховцова Т.Н. Ж. аналит.химии, Москва. 2016. Т.71, № 12, С. 1235-1249.
- Патент. Тест-система для определения низкомолекулярных маркеров нейромедиаторного обмена в образцах биологических жидкостей, способ ее получения и способ определения катехоламинов и их метаболитов с ее использованием. Македонская М.И., Еремина О.Е., Веселова И.А., Шеховцова Т.Н. №2017133992, 29 сентября 2017 г.
Тезисы докладов на конференциях
- Мультиплексный контроль за изменениями нормативных показателей маркеров нейромедиаторного обмена в результате воздействия ионизирующего излучения. Еремина О.Е., Македонская М.И., Сидоров А.В., Шеховцова Т.Н., Веселова И.А., Калмыков С.Н. /Сборник «XIV Курчатовская междисциплинарная молодежная научная школа», место издания НИЦ "Курчатовский институт" Москва, С. 127.
- Detection and determination of neuromediator’s exchange markers for prognostics and diagnostics of neurodegenerative diseases in result of radiotherapy. Makedonskaya M.I., Veselova I.A., Bayzhumanov A.l,, Kalmykov S.N., Shekhovtsova T.N. 5th International Conference on Bio-Sensing Technology, Riva del Garda, Italy. 2017.
В случае биохимических и медицинских исследований, экологического мониторинга объектов окружающей среды спектроскопия ГКР незаменима, так как она дает возможность анализа сложных многокомпонентных смесей, а также определение в них веществ, близких по строению и свойствам без сложной пробоподготовки образцов, а в ряду случаев in vivo.
Важной задачей современной науки является экспрессное, высокочувствительное, селективное и мультиплексное определение in vivo с последующей или симбатной визуализацией катехоламинов и их метаболитов, являющихся маркерами различных патологических процессов: нейродегенеративных деменций и нейроэндокринных опухолей, заболеваний сердечно-сосудистой системы, стресса и гибели.
В лаборатории решается новая комплексная задача, а именно, создание 2D и 3D биосовместимых матриц на основе природных полимеров и белков (хитозана, коллагена, альгината, желатина и др.), которые бы являлись основой твердофазных индикаторных систем для мультиплексного определения in vivo катехоламинов и их метаболитов методами оптической визуализации (твердофазной флуоресцентной спектроскопии, флуоресцентной микроскопии и спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР-спектроскопии).
Также в лаборатории разрабатываются ГКР- сенсорные системы для определения загрязнителей окружающей среды – ксенобиотиков, экотоксикантов, которые обладают потенциальными мутагенными и канцерогенными свойствами, а также являются маркерами качества продуктов нефтеперерабатывающей промышленности. Примерами таких соединений являются полиароматические гетероциклические серосодержащие углеводороды (ПАГСУ), полиароматические углеводороды (ПАУ) и фенольные соединения, определение которых в объектах окружающей среды с полярной и неполярной матрицей является важной задачей химического анализа.
Статьи
- Polymer - coated SERS substrates for enhanced optical analysis. Sidorov A.V., Eremina O.E., Veselova I.A., Goodilin E.A. Mendeleev Communications. (25) 6. Р. 460-462.
- Chimie douce preparation of reproducible silver coatings for SERS applications. Sidorov A.V., Grigorieva A.V., Goldt A.E., Eremina O.E., Veselova I.A., Savilov S.V., Goodilin E.A. 2016. Functional Materials Letters. (9) 1. P. 1650016-1650020.
- Вioprotective polymer layers for surface enhanced Raman spectroscopy of proteins. Sergeeva E.A., Eremina O.E., Sidorov A.V., Shekhovtsova T.N., Goodilin E.A., Veselova I.A. Materials Technology: Advanced Performance Materials. 2017. 32 (14) P. 881-887.
- Novel multilayer nanostructured materials for recognition of polycyclic aromatic sulfur pollutants and express analysis of fuel quality and environmental health by surface enhanced Raman spectroscopy. Eremina O.E., Sidorov A.V., Shekhovtsova T.N., Goodilin E.A., Veselova I.A. 2017. ACS Applied Materials & Interfaces (9)17. P. 15058-15067.
Патенты
- Планарный твердофазный оптический сенсор для определения белковых соединений методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния, применение сенсора для детектирования белковых соединений. Веселова И.А., Гудилин Е.А., Сергеева Е.А., Еремина О.Е., Семенова А.А., Сидоров А.В., Шеховцова Т.Н. № 2016148003, 7 декабря 2016 г.
Тезисы докладов на конференциях
- Novel multisensing optical nanomaterials and indicator systems for fluorescent and SERS-determination of neurotransmitter metabolism indicators in biological samples. Veselova I.A., Makedonskaya M.I., Eremina O.E., Sidorov A.V., Goodilin E.A., Shekhovtsova T.N. Тезисы докладов международной конференции «Biosensors 2016», 26th Anniversary World Congress on Biosensors, Goteborg, Швеция. 2016.
- Оптические сенсорные системы для определения маркеров нейромедиаторного обмена. Веселова И.А., Македонская М.И., Еремина О.Е., Мясникова Д.А., Хаяши Ш., Фукуда Ю., Гудилин Е.А., Шеховцова Т.Н. 3-й съезд аналитиков России, Москва. 2017.
- Simultaneous multiplex fluorescent determination of catecholamines and their metabolites in biological samples. Veselova I.A., Makedonskaya M.I., Eremina O.E., Goodilin E.A., Shekhovtsova T.N. Euroanalysis 2017, Стокгольм, Швеция. 2017.
- The solid-phase optical sensor films for fluorescent and SERS-recognition and determination of neurotransmitters in biomaterials. Veselova I.A., Makedonskaya M.I., Eremina O.E., Sidorov A.V., Kalmykov S.N., Shekhovtsova T.N., Goodilin E.A. European materials research society. Spring meeting, Страсбург, Франция. 2017.