Новые материалы для биомедицины: комплексы на основе up-conversion-наночастиц, квантовых точек и молекул порфиринов (Цибульникова А.В., Самусев И.Г., Брюханов В.В.). Одним из направлений использования ап-конверсионных наночастиц на основе композитных соединений, легированных ионами редкоземельных элементов, является создание биосенсоров для визуализации злокачественных новообразований на ранних стадиях развития. Благодаря хорошей биологической связуемости с живыми клетками ап-конверсионные наночастицы также применяются для детектирования ДНК с особо высокой чувствительностью. Данные направления достаточно перспективны, но мало изучены ввиду определенных трудностей, связанных с изготовлением матриц редкоземельных элементов и техническими средствами реализации механизма ап-конверсионной люминесценции. В исследовании коллектива НОЦ предлагается разработка фундаментальных основ создания нетоксичных, биосовместимых сенсорных комплексов на базе наночастиц иттербия (Yb) и квантовых точек, а также комплексов на их основе с молекулами порфиринов для мониторинга и диагностики, с оценкой перспективы их использования для адресной доставки лекарственных препаратов.

Исследование штаммов, деактивированных Microbacterium tuberculosis методами оптиечских спектроскопии с плазмонным усилением (Зюбин А.Ю., Самусев И.Г., Лаврова А.С., Брюханов В.В.). Исследование направлено на решение фундаментальной проблемы – создание средств усиления спектрального сигнала на базе наночастиц серебра и золота для прояснения молекулярных механизмов возникновения внутриштаммовых различий Mycobacterium tuberculosis, вызванных действием лекарственных препаратов при терапии туберкулезной патологии. Классические методы исследования бактерий, основанные на культивировании микроорганизмов с последующим микробиологическим и биохимическим анализом, являются трудоемкой и длительной процедурой, а методы молекулярно-генетического анализа на основе ПЦР и ПЦР-РВ, несмотря на точность, имеют достаточно высокую стоимость как самого ПЦР-амплификатора, так и его реагентов. Применение оптических спектральных методов исследования вещества, основанных на взаимодействии лазерного излучения с веществом, быстрых, безметочных, неинвазивных, обладающих высокой чувствительностью и точностью, позволит получить точную спектральную информацию от единичных биологических объектов макроскопического и нанометрового размера, в том числе, таких как бактериальная клетка. Данная информация обладает исключительной ценностью и может использоваться в качестве фундаментальных основ создания метод быстрой неинвазивной диагностики туберкулеза различной степени локализации и лекарственной устойчивости.

Исследование фотофизических процессов с участием молекул органолюминофоров и наночастиц в испаряющейся капле биологической жидкости (Самусев И.Г., Брюханов В.В., Алексеенко И.В.). В последние годы научный интерес к такому объекту как капля испаряющейся биологической жидкости, вызван многочисленными приложениями задач медицинской диагностики. На основе метода клиновидной дегидратации (анализ структур, образовавшихся при высыхании капли биологической жидкости), можно выявлять широкий набор различных заболеваний. Наряду с существующими на сегодняшний день оптическими микроскопическими методами, применение спектроскопических оптических методов (метод молекулярной спектроскопии и метод фотокорреляционной спектроскопии) в настоящее время является новым и позволяет более детально описать процессы структурообразования при высыхании капли исследуемой биологической жидкости, поскольку перенос вещества (белок, соль) на периферию капли при ее высыхании может быть зафиксирован и количественно рассчитан при моделировании фотопроцессов тушения флуоресценции органолюминофоров-маркеров в капле. Метод клиновидной дегидратации является перспективным для научных исследований, практического применения. Его преимуществами является экономическая и методологическая доступность универсальность для всех биологических жидкостей, имеющих в своем составе основные компоненты – белок и растворенные соли. С точки зрения применения метода в медицинских исследованиях, динамическое исследование с использованием данного метода позволяет говорить о характере течения заболевания, об эффективности терапии, повышает специфичность инструментальных методов исследования. Одним из методов визуализации метода клиновидной дегидратации является целый спектр оптических методов, в особенности, метод молекулярной спектроскопии, в котором маркерами фотопроцессов, происходящих в капле биологической жидкости могут являться органолюминофоры или наночастицы.

В исследовании предложено рассмотрение сферической формы капли с изменением ее кривизны при испарении. В результате применения методов флуоресцентной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотонной корреляционной спектроскокии, а также моделирования будет охарактеризована динамика физико-химического процесса структуризации в ходе фазового перехода веществ из жидкого состояния в твердое в высыхающей капле биологической жидкости. Результаты исследований позволят более полно описать основные этапы и последствия процесса клиновидной дегидратации капель биологических жидкостей, что, в свою очередь, является междисциплинарной проблемой, связывающей биологические, медицинские и физико-химические исследования.