Аннотация НИР по ГК № 16.740.11.0020 "Планарная технология создания микро и наноразмерных преобразователей электрохимического типа, многоканального матричного преобразователя и системы подачи растворов к ним для определения соединений физикохимическими методами с применением биоматериала" Ключевые слова: микро- и наноразмерные преобразователи; топология наноструктур; биоматериал; иммобилизация; сканирующая зондовая микроскопия; молекулярный транзистор. Цель работы была направлена на создание основ конструирования микро- и наносенсоров электрохимического типа. Рассматривалось сопряжение созданных сенсоров с биологическим материалом – ферментом глюкозооксидазой. Разработанная система сенсоров/биосенсоров предполагает интегрирование с адаптированной для измерений системой подачи растворов. Для успешного достижения цели исследований в соответствии с Календарным планом решались следующие задачи: Разработка макета наноэлектронного трансдьюсера на основе планарной наноструктуры со встроенными молекулами ферментов; разработка ТЗ на матричный pH-датчик. Методы, использованные при выполнении отдельных видов работ по Государственному контракту: Сканирующая зондовая микроскопия; Электронная сканирующая микроскопия; Фотонанолитография; Метод двухтеневого напыления; Электронно-лучевая нанолитография; Электрохимическое травление; Метод разрыва нанопроводника с использованием эффекта электромиграции; Напыление и отжиг золотых пленок с целью получения атомарно гладких поверхностей; Осаждение наночастиц с использованием методики химической самосборки через дитиольные линкеры; Механическое или химическое закрепление нанообъектов в нанозазоре молекулярного транзистора; Амперометрическая детекция сигналов электродов; Химическая модификация поверхности двуокиси кремния эпоксисиланом; 1 Ковалентная пришивка фермента глюкозооксидазы на поверхность кристалла; Исследование проводимости объектов при сканирующей туннельной микроскопии. Инструментарий, использованный при выполнении отдельных видов работ (этапов) по Государственному контракту: Установка термического напыления ВУП-5; сканирующий туннельный микроскоп Digital Instruments Nanoscope I; электронные микроскопы Cambridge Instruments Stereoscan-200 и Carl Zeiss SUPRA 40 FEСЭМ; установка ВЧ магнетронного распыления Leybold Z-400; высоковакуумная напылительная установка Leybold L-560; установка для контролируемого разрыва закоротки между наноэлектродами; пикоамперметр; оборудование для формирования пленок Ленгмюра-Блоджетт; оптические микроскопы; гальваностат-потенциостат IPCmicro. Были получены следующие результаты при выполнении работ по 5-му этапу Государственного контракта "Разработка модели нанобиосенсора, включающего наноэлектронный трансдьюсер, способный регистрировать аналитический сигнал, генерируемый отдельными молекулами или группами молекул фермента, и систему доставки растворов" - разработана методика изготовления планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера - разработана методика регистрации сигналов планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера - осуществлена модификация поверхности двуокиси кремния планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера линкерными молекулами, содержащими эпоксигруппировки - осуществлена иммобилизация фермента глюкозооксидазы на поверхности планарной наноструктуры для наноэлектронного трансдьюсера через линкерные молекулы - толщина иммобилизованного слоя молекул фермента представляет монослой, что следует из методики иммобилизации белка - получены АСМ – изображения молекул иммобилизованного фермента - получены вольт-амперные характеристики ферментного препарата, отражающие его нативное функциональное состояние и свидетельствующие о возможности регистрации аналитического сигнала - разработан вариант ТЗ на матричный рН-датчик, который может служить основой для выполнения НИР по созданию матричного рН-датчика на основе полевых транзисторов. 2 Полученные результаты являются новыми и актуальными. Результаты найдут применение в аналитической биотехнологии для создания биосенсоров нано-размеров; в клинической медицине для создания миниатюрных биосенсоров с целью постоянного мониторинга глюкозы в крови человека; в области аналитической и инженерной биотехнологии для создания нового класса миниатюрных биотопливных элементов, преобразующих энергию окисления органических соединений в электрическую энергию. В выполнении НИР заключительного этапа приняли участие 7 молодых сотрудников, из них студентов 2 чел., аспирантов 2 чел. По данным исследования опубликовано всего 9 статей с участием молодых сотрудников в журналах, указанных в списке ВАК; разработан курс лекций для студентов университетов; принята для публикации в монографии глава, посвященная электрохимической детекции ДНК; получено 2 патента по тематике исследования, написано 2 учебных пособия. Защищена одна кандидатская диссертация, для защиты подготовлены одна кандидатская диссертация и две докторские диссертации. Исследование выполнено в соответствии с Календарным планом. Достигнута основная цель проекта - разработан макет наноэлектронного трансдьюсера на основе планарной наноструктуры со встроенными молекулами фермента глюкозооксидазы, относящийся к новым, не описанным ранее структурам; исследованы его характеристики. Руководитель работ по проекту Заведующий лаборатории проф., доктор химических наук Решетилов Анатолий Николаевич 3