Разработка макета вольтамперометрического аппаратно-программного комплекса для лабораторной и функциональной диагностики наноразмерных объектов в биологических средах

Производитель

ООО «ЮМХ»

Подробное описание проекта

Использованы новые способы повышения селективности и чувствительности определения наночастиц и элементов. В области пробоподготовки анализ будет проведен с полным разложением матрицы или с частичным. Остатки растворенных органических веществ (РОВ), влияющих на величину и форму сигнала, будут устранены разнообразными способами изоляции электрода от растворенных органических веществ. Большое внимание нами будет уделено созданию гибридных методов, сочетающих пробоподготовку и анализ растворов, автоматизированных устройств вольтамперометрического (ВА)-анализа, а также устройств контролируемой пробоподготовки. В работе большое внимание будет уделено вопросам изучения физико-химического поведения и выбору условий вольтамперометрического определения наночастиц и элементов. Применение модифицированных золотом графитовых электродов в режиме «in situ» позволит улучшить метрологические характеристики для этих элементов. 

Впервые модифицированные электроды стали применяться в серийных анализах, благодаря тому, что были отработаны условия их формирования, регенерации и оптимизированы условия получения аналитических сигналов элементов. 
По экспериментальным данным нами будут выбраны рабочие условия вольтамперометрического определения, на основе которых будут разработаны, метрологически аттестованы методики количественного химического анализа проб биоматериалов на фазовый состав наночастиц и содержание этих элементов. Большое внимание будет уделено оптимизации пробоподготовки, так как последняя лимитирует продолжительность всего анализа. При определении неорганических веществ использовали, как правило, «жесткую» обработку матрицы пробы, минерализацию ее термическим или фотохимическим путем, предупреждая потери веществ от улетучивания. Для интенсификации вольтамперометрического анализа биоматериалов применение автоматизации процессов пробоподготовки и измерения значительно облегчит решение данной проблемы. 
Методы вольтамперометрии (ВА), в том числе инверсионной (ИВ), находят широкое применение для контроля указанных веществ на содержание как жизненно необходимых микроэлементов, так и токсичных примесей. Рассматриваемые объекты представляют собой сложные многокомпонентные системы, в которых определяемые примеси находятся в разных химических формах, из которых только некоторые электрохимически активны. Органическая матрица оказывает негативное влияние на аналитические сигналы элементов в методах ВА и ИВ, маскируя и искажая их. 
В результате большого экспериментального материала, полученного при анализе различных групп биологических сред на содержание указанных наночастиц и ионов металлов, нами разработан алгоритм пробоподготовки, который в дальнейшем войдет в методики количественного химического анализа. 
Выполнение проекта значительно повысит уровни информационного обмена, стимулирование научной и деловой активности на основе кооперации и интеграции инновационного научного потенциала университетов, научно-исследовательских организаций и инновационных предприятий, усилит конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность России, привлечет талантливую молодежь к участию в перспективных научных исследованиях по приоритетным направлениям развития науки в РФ. 

Достоинства: 
  1. Будет выполнен макет в виде законченного малогабаритного устройства. 
  2. Оснащен графическим дисплеем и функциональной клавиатурой, что позволяет проводить анализ в автономном режиме без использования внешнего компьютера. На дисплее представлена возможность отображения вольтамперограмм в графическом виде, их разметка и визуальный анализ. Программно реализован алгоритм автоматической разметки сигналов. 
  3. Память АПК-элемент позволяет хранить до 8-ми методик анализа различных элементов. Пользователь прибора может формировать набор методик под свои конкретные задачи. 
  4. Программа прибора позволяет вести анализ в автоматическом режиме с отображением подсказок действий оператору. 
  5. Измерительная схема прибора обладает высокой чувствительностью (2х10-10 А) и широким диапазоном измеряемых токов (до 3х10-3 А). Измерительная схема прибора дополнена аналоговым блоком формирования линейной развёртки потенциала, что позволяет в совокупности с высокой чувствительностью, проводить анализ металлов и других веществ. Аналоговый блок автоматически отключается при работе в дифференциально-импульсном режиме. 
  6. В приборе будет использована оригинальная механическая схема перемешивания раствора при помощи вибрирующего электрода. Данное устройство формирует механическую траекторию движения электрода по синусоиде с фиксированной амплитудой и регулируемой частотой колебаний. Гармоническая форма механических колебаний позволяет стабилизировать режим работы электрода, а регулируемая частота колебаний позволяет выбрать режим максимальной чувствительности. 
  7. Прибор будет позволять подключение к внешнему компьютеру для сохранения данных и проведения анализа. 
  8. Зона ячейки оснащена устройством подсветки. При работе прибора подсветка может мигать для привлечения оператора к выполнению действий по внесению добавок и начале/завершении анализа. 
  9. В приборе будет установлен электромагнитный газовый клапан с регулятором расхода газа, что позволяет проводить барботирование раствора. 

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что по техническим характеристикам вольтамперометрический АПК-элемент позволяет соответствовать всем требованиям, предъявляемым к методам анализа: 
  • экспрессность (время проведения анализа 2 – 10 мин.) - простота управления – наличие программного обеспечения позволяет автоматизировать процесс и осуществлять оперативный контроль качества выполнения анализа; 
  • универсальность – возможность определения, как неорганических элементов, так и органических веществ; - низкая себестоимость анализа (100 – 120 руб.). 

В рамках данного проекта предлагается проведение поисковых исследований, направленых на создание оригинального методического и приборного обеспечения для диагностики систем с наночастицами железа, никеля, кобальта и серебра в биологических материалах. В связи с этим, методом инверсионной вольтамперометрии будет проведена количественная сравнительная оценка содержания металлических наночастиц в биологических жидкостях и тканях.

Степерь проработки проекта: НИР

Развитие проекта:

получение инвестиций
поиск научных партнеров
поиск деловых партнеров
проведение испытаний

Наличие защиты результатов интеллектуальной деятельности

Наличие публикаций, защищающих авторское право.

1. Г.Б.Слепченко, Н.П.Пикула, Н.М.Дубова, И.А.Хлусов, Л.Д.Быстрицкий Электрохимические методы контроля в медицинской диагностике // «Сибирский медицинский журнал», 2009, том 24, выпуск 2, с.102-106 2. E. Zakharova, T.Yurmazova, B. Nazarov, G. Wildgoose, R. Compton «The voltammetric determination of peroxynitrite at a mercury film electrode» //New Jornal of Chemystry, 2007, v.31, p.394-400 3. Г.Б. Слепченко, Т.М.Гиндуллина Электрохимические методы получения и исследования свойств наноматериалов ХIХ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 4 т. Т. 1 : тез. докл. – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011, стр. 59 4. Т.М.Гиндуллина, Г.Б.Слепченко, О.А.Мартынюк, Н.П.Пикула, О.В.Шкуратова. Нанотехнологии в электроанализе биологических объектов и медицинских препаратов./ Сибирский медицинский журнал – том 26, выпуск 2, 2011, стр.21-24. 5. Г.Б. Слепченко , Т.М. Гиндуллина, Е.Г. Черемпей, И.А. Хлусов, Т.И. Щукина, Т.А. Федущак Разработка вольтамперометрического определения железа и серебра для оценки степени деградации наночастиц на их основе. /Известия Томского политехнического университет, 2011, т.318, №3, стр.46-49