Соглашение ERA.Net Rus Plus (№ 14.587.21.0047)

Моделирование и дизайн сенсорной платформы на основе тройных точек для мультиплексного анализа клеток

Соглашение № 14.587.21.0047 поддержано Министерством науки и высшего образования РФ и выполняется в рамках трехстороннего проекта (ERA.NET RUS) совместно с Федеральным институтом исследования и тестирования материалов (ВАМ, Германия) и Швейцарской высшей технической школой Цюриха (ETH, Швейцария).

 

Руководитель проекта с российской стороны: профессор Баранов Александр Васильевич, д.ф-м.н.

Руководитель проекта с германской стороны: доктор Ута Реш-Генгер (Dr. Ute Resch-Genger), Ph.D.

Руководитель проекта со швейцарской стороны: профессор, доктор Петра С. Дитрих (Prof. Dr. Petra S. Dittrich), Ph.D.

 

Цель проекта:

Научно-технической целью проекта является разработка не имеющей аналогов по селекции и чувствительности универсальной сенсорной платформы на основе полимерных микрочастиц, легированных нетоксичными квантовыми точками полупроводников AgInS (AIS) и CuInS (CIS), для мультиплексного люминесцентного анализа лизатов и патогенов одиночных клеток в микрофлюидных проточных цитометрах.

Задачи:

- моделирование влияния химического состава, размера ядра и оболочки на энергетическую структуру, спектральные и кинетические параметры фотолюминесценции (ФЛ) квантовых точек (AIS) и (CIS) типа ядро-оболочка (т-КТ) для целенаправленного синтеза т-КТ с заданными спектральными и кинетическими параметрами оптических переходов;

- моделирование процесса замедленного по времени безызлучательного переноса энергии (Time-Resolved FRET, TR-FRET) от т-КТ (донор) к одному или нескольким акцепторам,

- синтез лабораторных образцов полимерных микрокапсул, легированных люминесцирующими т-КТ с разными временами жизни люминесценции;

- разработку методики измерения и обработки данных для селекции слабо люминесцирующих

меток по времени жизни люминесценции;

- разработку методик биоконъюгации полимерных микрокапсул, кодированных т-КТ, и белковых

биомаркеров, секретируемых или высвобождаемых при лизисе клеток или экспрессируемых из

клеток бактерий;

- разработку метода реализации FRET и TR-FRET от т-КТ к органическим молекулам - люминесцентным меткам;

- синтез лабораторных образцов сенсорной платформы - люминесцирующих полимерных

микрокапсул, биоконъюгированных с тестовыми мишенями;

- разработку схемы и методики детектирования в микрофлюидных устройствах люминесценции

микрокапсул, а также их биоконъюгатов;

- разработка метода детектирования люминесценции микрокапсул, в схемах с проточным

цитометром при одновременном детектировании времен затухания и интенсивности

люминесценции.

 

Исполнители-участники с российской стороны:

  • Баранов Михаил Александрович, инженер, Университет ИТМО
  • Богданов Кирилл Вадимович, к.ф.-м.н., научный сотрудник, Университет ИТМО
  • Вовк Илья Александрович, студент, Университет ИТМО
  • Гунько Юрий Кузьмич, к.х.н., Университет ИТМО
  • Дубовик Алексей Юрьевич, к.х.н., старший научный сотрудник, Университет ИТМО
  • Кормилина Татьяна Константиновна, студент, Университет ИТМО
  • Куршанов Даниил Александрович, студент, Университет ИТМО
  • Громова Юлия Александровна, к.ф.-м.н., научный сотрудник, Университет ИТМО
  • Тепляков Никита Владимирович, студент, Университет ИТМО
  • Перезябова Татьяна Павловна, аспирант, Университет ИТМО
  • Осипова Виктория Александровна, студент, Университет ИТМО
  • Миропольцев Максим Андреевич, студент, Университет ИТМО
  • Ушакова Елена Владимировна, к.ф.-м.н. доцент, Университет ИТМО
  • Федоров Анатолий Валентинович, д. ф.-м.н., профессор, Университет ИТМО
  • Черевков Сергей Александрович, к.ф.-м.н., научный сотрудник, Университет ИТМО

 

 

Важные события  в рамках проекта

22 января 2018 на сайте ITMO.NEWS размещена статья о получении совместного гранта учеными Университета ИТМО с коллегами из Швейцарии и Германии в рамках европейской программы ERA.Net RUS Plus.

7 марта 2018 в интерью ITMO.NEWS Ирина Мартыненко (ВАМ, Германия) рассказывет о своей научной карьере, а также о работе в рамках гранта по программе Евросоюза ERA.Net RUS Plus.

2-3 мая 2018 в Берлине состоялась встреча руководителей проекта с российской (А.В. Баранов), германской (Ута Реш-Генгер) и швейцарской (Петра С. Дитрих) стороны для обсуждения и согласования плана работы в рамках совместного проекта.

 

Июнь 2018 (Санкт-Петербург) Ута Реш-Генгер приняла участие в качестве приглашенного спикера в международной конференции PSNSPA 2018. В рамках конференции Ута Реш-Генгер выступила с докладом “Spectroscopic Characterization of Semiconductor and Lanthanide-Based Nanocrystals with Vis and NIR Emission”

 

 

В ходе выполнения 1 этапа проекта в 2018 году были получены следующие основные результаты: Составлен аналитический обзор информационных  сточников с использованием баз данных Scopus, Web of Science, РИНЦ по тематике проекта, подтверждающий актуальность тематики проекта.  Проведены патентные исследования по теме проекта, показывающие большую вероятность получения охраноспособных РИД при выполнении проекта. С использованием
современных теоретических методов физики наноструктур проведено моделирование энергетической структуры тройных квантовых точек (т-КТ) полупроводников I-III-VI, предполагающую наличие нескольких люминесцирующих центров внутри объема одной КР с энергиями фотонов люминесценции внутри запрещенной зоны, и ее вклад в формирование спектральных и кинетических параметров фотолюминесценции в КТ. Проведено моделирование
влияния химического состава (соотношения содержания Ag/In) в AgInS/ZnS КТ типа ядро/оболочка на их оптические свойства. Проведено моделирование процессов безызлучательного резонансного переноса энергии в донор/акцепторных системах, в которых времена затухания люминесценции донора более, чем на порядок превышают времена жизни люминесценция акцептора, в том числе и для доноров с энергетическими электронными состояниями внутри
запрещенной зоны. Разработаны методики синтеза гидрофобных т-КТ Ag(InS, CuInS, CuIuS/ZnS и AgInS/ZnS, методики замены гидрофобных лигандов на поверхности КТ гетеробифункциональные лиганды, обеспечивающие растворимость т-КТ в воде и их конъюгирование с биолигандами, и проведен синтез образцов т-КТ с гетеробифункциональными лигандами на поверхности. С использованием современной техники абсорбционной спектроскопии, конфокальной
люминесцентной микроскопии, в том числе и с временным разрешением, а также атомно-силовой микроскопии и просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии с возможностью элементного анализа образцов проведена характеризация морфологических и оптических параметров синтезированных образцов т-КТ, необходимых для дальнейшей работы по проекту в 2019 году. Разработана уникальная методика синтеза полимерных микрокапсул,
легированных наночастицами, включая т-КТ, методом послойного нанесения полиэлектролитов. Предложена и использована новая методика измерения и обработки данных для селекции слабо люминесцирующих меток на основе донорно/акцепторных систем по времени жизни люминесценции. Иностранными партнерами проекта разработана и протестирована методика синтеза гидрофильных AIS/ZnS и AgInS/ZnS т-КТ в водном растворе с использованием
водорастворимых реагентов. Проведена характеризация морфологических параметров синтезированных т-КТ и их элементного состава. с использованием техники оптической и электронной микроскопии. Проведена оптимизация измерения спектрально-кинетических параметров люминесценции КТ в условиях микропроточных устройств, которые предполагается использовать на следующем этапе проекта.
 
Все результаты получены в соответствии с планом работ по 1 этапу проекта в 2018 году, который выполнен полностью. Полученные результаты являются новыми и соответствуют мировому уровню. Часть из них уже опубликована в 2018 году в трех статьях в журналах Optics and Spectroscopy и Nanomaterials, индексируемых Web of Sci и Scopus, три статьи с результатами работ по проекту в 2018 году находятся в редакциях журналов Nanotechnology, Nanoscale и Journal of Physical Chemistry C, прошли стадию первоначального рецензирования с минорными замечаниями и с большой вероятностью будут опубликованы в 2019 году.
 

Опубликованные статьи:

1. A. Zukova,A. Teiserskis,Y. Rohava,A. Baranov,S.van Dijkenand and Y. Gun'ko. Deposition of magnetite nanofilms by pulsed injection MOCVD in magnetic field. Nanomaterials 2018, 8, 1064; IF: 3.504 (2017), Q1. doi:10.3390/nano8121064.

2. S. Stafford, C. Garnier and Y.K. Gun’ko. Polyelectrolyte-Stabilised Magnetic-Plasmonic Nanocomposites. Nanomaterials 2018, 8, 1044. IF: 3.504 (2017), Q1. doi:10.3390/nano8121044.

3. D. A. Kurshanov, Yu. A. Gromova, S. A. Cherevkov, E. V. Ushakova, T. K. Kormilina, A. Dubavik, A. V. Fedorov, and A.V. Baranov. "Non-toxic ternary quantum dots AgInS2 and AgInS2/ZnS: synthesis and optical properties //Optics and Spectroscopy, 2018, Vol. 125, No. 6, pp. 1041–1046. IF: 0.854 (2017), Q3. doi: 10.1134/S0030400X1812010X