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微纳流控学实验室

实验室任务

微流体描述了仅限于微米和亚微米尺度的小体积和流动的液体的行为。微流体技术可以精确计量反应混合物并最大限度地减少样品体积。 微流体技术最重要和最广泛的应用之一是生物传感器的创建。从广义上讲,生物传感器应理解为将(生物)分子或生物物体对敏感传感器元件的物理或化学效应转换成测量信号的装置.

现代生物传感器系统必须提供必要的分析灵敏度和选择性,具有高检测速度和最小的分析样品体积.

微流控和纳流控系统在现代实验室诊断系统、微米和纳米颗粒合成系统的发展道路上发挥着重要作用,也是合成生物系统创建和研究的有前景的平台。这样的系统使得研究单个细胞以及研究微米和纳米体积的生物物理过程成为可能。

微流控和纳米流控实验室的科学兴趣包括研究微流控系统中各种生物物体(包括细胞)的行为此外,实验室的任务包括微流体系统和芯片的数学建模、开发其创建方法以及在分子和细胞生物学中的实施.

实验室设备

  • 维光子晶体中的无标记表面波生物传感器 

  • 立体显微镜Olympus SZX-ZB7

  • 荧光倒置显微镜Olympus IX73P2F + TIRF + LED + Scientific CMOS

  • 直接荧光显微镜Olympus bx53m

  • 共焦激光扫描显微镜 OLYMPUS FV3000,基于 Olympus IX83 显微镜,全电动超声工作台

  • АСМ Ntegra Prima

  • 用于塑料加工的激光雕刻机GCC Hybrid

  • UV 3D打印机 Form 3BL

  • Plasma Cleaner Diener Atto


研究方向

分子遗传学检测微流控芯片的开发

对现代医疗诊断来说,重要的是诊断设备小型化的发展。小型化的一种方法是使用微流体技术,它可以显着减少所用试剂的体积。微流控生物芯片是基于硅、玻璃或聚合物的微型装置,具有微流控通道和混合、存储、过滤的被动元件,可以分析生物医学对象并检测生物分子相互作用,例如“配体-受体”、“抗体-抗原”、“酶-底物”,“靶标-探针”。这种类型的相互作用的检测是基于荧光标记或无标记的基础上进行的。使用光子晶体表面波上的生物传感器可以实现无标记基础上生化相互作用的检测。

光子晶体中的表面波生物传感器使得记录生物分子在液-固界面处的吸附过程成为可能。其工作原理基于沿一维光子晶体激发表面光波。而且,这种波的激发参数对界面状态极其敏感,这被用作生物传感的物理原理.

开发基于纳米结构光子晶体结构的气体传感器,用于评估环境状态

维光子晶体中的表面光波也可以用作创建所谓的气体传感器的基础。

传统的气体传感装置通常使用金属氧化物或聚合物作为传感材料,并使用电学或光学性质作为特征信号。在光子晶体中使用表面光波的情况下,可以使用对某些气体介质敏感的金属纳米膜或纳米颗粒作为光子晶体结构的最后一层。同时,通过监测沿纳米薄膜表面的长程等离子体激元的激发参数,可以判断气体混合物中所需气体的浓度变化。

开发用于体外诊断任务的荧光微粒合成的微流体系统

目前体外检测抗原和抗体的主要实验室免疫学方法之一是固相酶联免疫吸附测定。它基于将一种反应组分固定在固相上,并保留该组分分别特异性结合第二种组分(抗体或抗原)的能力。通过将标记引入系统的初始组分之一来指示反应过程中形成的复合物,该标记通过一种或另一种物理化学方法进行检测。

与传统的平面生物芯片相比,使用标记的微粒(含有荧光和/或磁性标记)作为免疫测定的基质具有以下优点:发生反应的基质-样品相之间有更发达的界面,因此,更好的结合动力学,多参数分析模式下测定浓度范围更广,增加检测到的生物标志物数量的根本可能性,即 多重性。作为固相基质,荧光微粒可以轻松集成到任何分析复合物中,包括微流体分析复合物。与经典的分散和悬浮合成方法相比,用于合成微粒的微流控方法允许合成具有预先已知的、最重要的是可重现的特性(尺寸、表面官能团的数量、荧光和荧光物质的含量)的微粒。 /或磁性标签)

基于毛细管电泳的化学分析微流体系统的开发

现代化学分析的主要任务之一是对各种物质的混合物进行化学分析。其实在常规化学分析中几乎总是需要对金属离子、蛋白质、胺类或酚类化合物等少量物体进行测定。目前,对于此类物体的化学分析,主要采用高效液相色谱法:离子交换法、吸附法、筛分法等。然而,高效液相色谱方法需要昂贵的高纯度溶剂、色谱柱等。使分析变得容易的尝试之一是毛细管电泳方法的发展。

该方法基于在施加电场的影响下在石英毛细管中对复杂混合物的组分进行电泳分离。在经典的毛细管电泳中,使用足够长度的石英毛细管,其末端连接到电位。在毛细管末端施加电压后,混合物的成分开始以不同的速度沿毛细管定向移动,具体速度取决于它们的电荷和质量。 因此,样品化学分析的所有阶段都在同一设备中进行。

微流体方法的使用和芯片上微毛细管的开发使得显着紧凑的毛细管电泳系统成为可能。 微流体方法的另一个优点是更简单地过渡到多通道系统,从而进行多重分析


发表的作品

Shakurov R, Sizova S, Dudik S, Serkina A, Bazhutov M, Stanaityte V, Tulyagin P, Konopsky V,  Alieva E, Sekatskii S, Bespyatykh J, Basmanov D. Dendrimer-based coatings on a photonic crystal surface for ultra-sensitive small molecule detection. Polymers 2023; 15(12): 2607. [IF 4.329] 

Sizova S., Shakurov R., Mitko T., Shirshikov F., Solovyeva D., Konopsky V., Alieva E., Klinov D., Bespyatykh J., Basmanov D. The elaboration of effective coatings for photonic crystal chips in optical biosensors // Polymers 2022,14, 152. [IF 4.329]

Konopsky V., Mitko T., Aldarov K., Alieva E., Basmanov D., Moskalets A., Matveeva A., Morozova O., Klinov D. Photonic crystal surface mode imaging for multiplexed and high-throughput label-free biosensing // Biosensors and Bioelectronics (2020) 168, 112575 [IF 10.618]
实验室人员 所有员工
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