ДР № 0118U000297. Терміни виконання НДР: 2018-2020 рр.
Науковий керівник: Волошанська С.Я., канд. біол. наук, доцент.
Фактичний обсяг фінансування за період виконання:
із загального фонду держбюджету МОНУ – 2722,2 тис. грн., у 2020 р. – 926,8 тис. грн.
Cекція: Наукові проблеми матеріалознавства
Категорiя науково-дослідної роботи: Прикладне дослідження
Одержаний науковий результат, його новизна, науковий рівень, значимість
та практичне застосування
Розроблено новий метод формування золотих наночастинок на поверхні робочих торцевих карбонових та планарних золотих електродів методом in situ. За використання сканувальної електронної мікроскопії, рентгеноспектрального аналізу та атомно-силової мікроскопії проведено фізико-хімічну і структурну характеристику отриманих наноматеріалів. На основі очищених препаратів флавоцитохрому b2 та наночастинок золота сконструйовано лабораторний прототип електрохімічного ферментного біосенсора «третього покоління» для кількісного визначення вмісту L-лактату. Доведено, що використання наношару золота у порівнянні із варіантом без використання Au-НЧ забезпечує значне підвищення чутливості безмедіаторного біосенсора (більш ніж на порядок) і покращує афінність до L-лактату (у 1,2 рази).
Вперше сконструйовано та охарактеризовано безмедіаторний біосенсор «третього покоління» для кількісного визначення вмісту L-лактату на основі наночастинок золота синтезованих безпосередньо на поверхні робочих електродів методом in situ та флавоцитохрому b2, виділеного із рекомбінантних клітин метилотрофних дріжджів Ogataee polymorpha. Розроблений біосенсор не має відомих аналогів в Україні та світі.
Проведено конструювання біонанозимних електродів на основі карбонізованої целюлози, модифікованої геміном і наночастинками благородних металів (Au-NP та Pt-NP) та мікробних оксидаз (алкогольоксидази, глюкозооксидази та лактатоксидази). Іммобілізація усіх каталітичних компонентів (нанозимів та ферментів) проводилась із використанням Нафіону, що забезпечувало формування надійної біонанозимної-полімерної плівки з високою проникною здатністю для цільових субстратів/аналітів.
Досліджено біоаналітичні характеристики ензим-нанозимних електродів, створених на основі штучних пероксидаз різної природи та мікробних оксидаз. Виявлено, що у випадку використання алкогольоксидази та глюкозооксидази поєднаних із нанозимом на основі золота (CF-H-Au) спостерігались найкращі операційні параметри відповідних біонанозимних електродів. У випадку ж використання лактатоксидази – оптимальним нанозимом виявився CF-H-Pt. Розроблені біонанозимні електроди для аналізу етанолу, глюкози та L-лактату було протестовано на реальних зразках виноматеріалу та вина. Кореляційний зв’язок між результатами визначення вмісту етанолу, глюкози та L-лактату в реальних зразках різними підходами становив R = 0,999, що демонструє велику точність і надійність аналізу за допо-могою створених біонанозимних електродів.
Високий науковий рівень проведених досліджень відображається кількістю та рівнем публікацій за проектом, а також тим, що за матеріалами представлених досліджень успішно захищено докторську дисертаційну роботу.
Розроблений біосенсор спрощує та покращує процедуру виявлення молочної кислоти – біомаркера найбільш поширених захворювань людини та не має світових аналогів. Прогнозована ціна розробленого біосенсора є суттєво нижчою, у порівнянні із відомими комерційними підходами аналізу L-лактату, що відкриває перспективу його широкого впровадження на практиці. Завдяки залученню для проведення більшості наукових досліджень студентів, аспірантів та молодих вчених, робота має значний соціально-виховний вплив та створює сприятливі умов для набуття молоддю важливого наукового-практичного досвіду. Деякі із розроблених підходів включено в навчально-методичні посібники із матеріалознавства для практичних занять студентів ЗВО.
Кількісні показники результатів дослідження
– Статті у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або Web of Science Core Collection – 16;
– Публікації у матеріалах конференцій, тезах доповідей та виданнях, що не включені до переліку наукових фахових видань України – 6;
– Монографії та розділи монографій, опубліковані за рішенням Вченої ради закладу вищої освіти – 2;
– Монографії та розділи монографій, опубліковані (або підготовлені і подані до друку) в іноземних видавництвах – 5.
– Патенти – 1;
– Захищено докторських дисертацій – 1.