Розробка вбудованої системи плазмонного біосенсорного аналізатора
Автор: Дулька Іван Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні апарати та засоби
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дулька І.В., Заячук Д.М.. (керівник). Розробка вбудованої системи плазмонного біосенсорного аналізатора. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Об’єкт дослідження - вбудована система плазмонного біосенсорного аналізатора. Предмет дослідження – прогнозування можливості забезпечити автоматизований плазмонний біосенсорний аналіз. Мета дослідження: вивчення можливості створити технічний засіб – вбудовану систему плазмонного біосенсорного аналізатора, яка дозволить автоматизувати процес біосенсорного дослідження. Він дозволить замінити на деяких етапах рутинну роботу лаборанта. В сучасній медицині та біотехнологіях є актуальною проблема виявлення, ідентифікації та кількісної оцінки різних біоматеріалів у виді макромолекул. До них належать різні білки, ДНК, віруси тощо. Для цього використовуються різні види аналізу – імуноферментний, аналіз на основі полімерно-ланцюгової реакції, електрофоретичний та ін. Існує потреба пошуку нових методів аналізу, які можуть бути більш простими та ефективними. Особливо це важливо на теперішній час в умовах пандемії спричиненої появою нового коронавірусу. Враховуючи тенденції до широкого розвитку і впровадження біосенсорних методів аналізу, перспективним може бути плазмонний біосенсорний аналіз. Він базується на явищі поверхневого плазмонного резонансу (SPR). Можливість використання явища поверхневого плазмонного резонансу для виявлення та кількісного аналізу біологічних макромолекул (різні види білків, ДНК тощо). Суть методу полягає в наступному. На скляну призму наносять тонкий шар золотого плівкового покриття. Коли направляти світло (видиме або ближньочервоне) через скляну призму під певним кутом, міняючи кут або довжину хвилі можна спонукати появу поверхневого плазмонного резонансу. Якщо появився поверхневий плазмонний резонанс оптична відбивна здатність золотого плівкового покриття змінюється дуже чутливо при наявності на поверхні різних біологічних макромолекул. Висока оптична реакція на різні макромолекули зумовлена ефективним груповим збудженням електронів провідності поблизу золотої поверхні. Для підвищення чутливості та селективності до різних біологічних макромолекул визначається оптична реакція при взаємодія досліджуваних біологічних макромолекул з референсними макромолекулами (лігандом). Для цього ліганд імплантується на поверхню золотої плівки. Ця поверхня з лігандом утворює тонку проточну комірку через яку протікає досліджуваний біоматеріал у виді досліджуваних біологічних макромолекул розміщених у буферному розчині. Таким чином побудований чутливий елемент плазмонного біосенсора в якому вимірюється оптична реакція що виникає при виявленні тих чи інших біологічних макромолекул. Переваги плазмонного біосенсора полягають в тому що в ньому використовується метод безпосереднього виявлення певних макромолекул шляхом оцінки оптичної реакції без застосування флуоресцентного або іншого маркування біологічних матеріалів, він має високу чутливість, точність та швидкість визначення макромолекул. В типовому плазмонному біосенсорі вимірюється та аналізується оптична реакція на досліджуваний біоматеріал протягом заданого часу. Спочатку проводиться вимірювання сліпої проби – буфера з дистильованою водою. Через 100 с замість неї вводиться досліджуваний зразок. Вимірювання проводиться протягом 300 с. Після цього проточна камера промивається чистим буфером протягом 420 – 520 сек., а поверхня з лігандом регенерується за допомогою використання послідовності відповідних реагентів. Процес аналізу за допомогою плазмонного біосенсора має певний алгоритм виконання послідовності етапів в режимі реального часу. Ці етапи здебільшого виконуються в лабораторних умовах лаборантами і носять рутинний характер. Вбудована система складається з процесора та його зовнішніх пристроїв – сенсорів та виконавчих органів (крокових двигунів з механічними виконавчими пристроями). Процесор та його виконавчі пристрої автоматизують процеси аналізу: промивання, калібрування сліпим буферним розчином, вимірювання буферним розчином з аналітом, обробка результатів вимірювання і представлення результатів на екрані дисплея. Етапи аналізу проводяться з виведенням на екран дисплея підказок для лаборанта щодо дій, які потрібно виконати у ручному режимі. Лаборант може міняти режими в процесі аналізу і задавати форми представлення одержаної інформації. Ключові слова: плазмонний біосенсор, ліганд, вбудована система, кроковий двигун. Перелік використаних літературних джерел. 1. Шеллер Ф., Кирштайн Д., Шуберт Ф. Ферменты в электрохимических биосенсорах// Электрохимия. 1993. 29. № 12. С. 1522-1527. 2. Lorrain J.M., Fortune C.R., Dellinger B. Sampling and ion chromatographic determination of formaldehyde and acetaldehyde // Anal. Chem. – 1981. – V. 53. – P. 1302-1305. 3. ВТ. Білінський, В.П. Гондюл, А.Б. Грозін, К.Б. Круковський - Синевич, Ю.Л. Мазор "Практичний посібник по навчальному конструюванню РЕ А" - Київ: Вища школа 1992. 4. Smutok O., Ngounou B., Pavlishko H., Gayda G., Gonchar M., Schuhmann W. A reagentless bienzyme amperometric biosensor based on alcohol oxidase/peroxidase and an Os-complex modified electrodeposition paint // Sensors Actuators B: Chem. - 2006. - 113, N 2. – P. 590-598. 5. Feron V. J., H. P. Til F. de Vrijer, Woutersen R. A. Cassee F.R., Bladeren van P.J. Aldehydes: occurrence, carcinogenic potential, mechanism of action and risk assessment // Mutat. Res. – 1991. – V. 259. –P. 363-385. 6. Ненашев А.П. "Конструювання радіоелектронних засобів" - М: Вища школа 1990.