Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi

Program: CEEX / Modul I – Proiecte de cercetare-dezvoltare complexe
Tipul proiectului: P – CD

Denumirea Proiectului:
BIOSENZORI MAGNETICI ŞI MAGNETO-ELECTROCHIMICI PE BAZĂ DE NANOPARTICULE MAGNETICE PENTRU DETECŢIA RAPIDĂ DE BIOMOLECULE

Acronim: BIOSNANOMAG

Contract nr: 61/01.08.2006
Nr. Alocare Proiect:  5567

Aria tematică S/T în care se încadrează Proiectul: 
Aria 4 - Nanoştiinţe şi nanotehnologii, materiale şi noi procese de producţie, urmărind dezvoltarea unei industrii bazate pe cunoaştere:
4.1. Nanoştiinţe, Nanotehnologii;
4.2. Materiale;
4.3. Producţii noi;
4.4. Tehnologii integrate pentru aplicaţii industriale urmărind integrarea cunoştinţelor şi tehnologiilor noi, a nomaterialelor şi proceselor de producţie în aplicaţii sectoriale şi intersectoriale;

Proiectul vizează în special primele trei puncte (4.1, 4.2, 4.3) şi se va finaliza prin realizarea unui demonstrator.  

SCOPUL PROIECTULUI

Scopul proiectului este de a oferi un studiu teoretic şi experimental într-un domeniu complex situat la interfaţa dintre fizică şi biomedicină, în speţă domeniul biosenzorilor magnetici şi (magneto)electro-chimici. Prin caracterul său interdisciplinar proiectul va conduce la  realizarea şi testarea capacităţii de detecţie de biomolecule a unui grup de biosenzori – magnetici şi electrochimici – utilizând materiale şi tehnici noi sau îmbunătăţite, precum şi la realizarea şi testarea unui nou biosenzor care să utilizeze atât un efect electrochimic cât şi un efect magnetic (de ex., efectul GMI). Partenerii din proiect dispun de experienţa necesară realizării cu succes a obiectivelor proiectului, permiţând integrarea ulterioara în programele europene din cadrul PC7.  

ETAPE DE REALIZARE A PROIECTULUI

Etapa I:
Obţinerea de elemente de detecţie magnetorezistive (GMR sau valve de spin) prin tehnica straturilor subţiri; reţele de elemente de detecţie magnetorezistive şi reţele de elemente de detecţie GMI. (Termen 05.12.2006)

  • Realizarea de elemente de detecţie magnetorezistive şi dispunerea lor în reţele.

  • Realizarea de elemente de detectie GMI.

  • Realizarea de micro/nanoparticule magnetice ca markeri pentru analiţii supuşi detecţiei sau ca suport de imobilizare de receptori (de ex., enzime).

  • Utilizarea modelarii moleculare in interpretarea rezultatelor experimentale.

  • Teste de functionalizare pe particule magnetice.

  • Evaluarea parametrilor de funcţionare şi de detecţie ai elementelor de detecţie GMI şi magnetorezistivi

  • Modelarea răspunsului biosenzorului magnetic în funcţie de: numărul elementelor de detecţie utilizate, tipul, numărul şi dimensiunile particulelor magnetice, câmpul magnetic aplicat, caracteristicile curentului alternativ care parcurge elementele de detecţie.

  • Achiziţionare de aparatură de laborator, calculatoare electronice, echipamente periferice.

Etapa II:
Experimente de laborator pentru realizarea unui senzor electrochimic clasic modificat cu argilă anionică, la nivelul matricei de imobilizare a enzimei, pentru detecţia unor analiţi biologici de interes. (Termene 15.06.2007 şi 15.02.2008)

  • Prepararea argilelor anionice substituite cu fier.

  • Studii experimentale privind obţinerea de electrozi acoperiţi cu matrice stratificate de argile anionice substituite cu fier.

  • Prepararea argilelelor anionice cu enzime încorporate. 

  • Realizarea de electrozi functionalizaţi cu enzimă (glucozoxidaza) incorporată în matrice  de argila anionică.

  • Achiziţionarea de aparatură de laborator, calculatoare electronice, echipamente periferice. Dezvoltarea protocoalelor experimentale şi de evaluare a datelor.

  • Evaluarea caracteristicilor electrochimice şi de detecţie ale electrozilor funcţionalizaţi cu argil

  • Evaluarea stabilităţii structurilor de tip electrod-argilă-enzimă.

  • Achiziţionarea de aparatură de laborator, calculatoare electronice, echipamente periferice

Etapa III:
Cinetica enzimatică a reacţiilor chimice analit-enzimă imobilizată pe particulă magnetică prin prisma stabilităţii şi activităţii enzimelor. Teste de funcţionalitate pe elemente de detecţie de tip magnetorezistiv şi GMI singulare şi în reţele cu şi, respectiv, fără utilizare de particule magnetice funcţionalizate/nefuncţionalizate. (Termen 15.07.2008)

  • Studiul cineticii interacţiei de tip ligand-proteină dintre particulele magnetice (eventual funcţionalizate) şi enzime specifice unor analiţi de interes biologic.

  • Analiza şi evaluarea stabilităţii fizico-chimice a complexului nanoparticulă-enzimă.

  • Studii privind determinarea activităţii complexului nanoparticulă-enzimă şi a enzimei libere.

  • Studii comparative ale cineticii enzimă liberă-substrat, complex nanoparticulă-enzimă-substrat; evaluarea eficienţei enzimatice a complexului nanoparticulă-enzimă.

  • Detecţie de particule magnetice, orientate spre aplicaţii biomedicale, prin intermediul elementelor de detecţie magnetorezistive.

  • Detecţie de particule magnetice orientate spre aplicaţii biomedicale, prin intermediul elementelor de detecţie de tip magneto-impedanţă gigant (GMI).

  • Evaluarea limitei de detecţie a elementelor de detecţie magnetice obţinute

 Etapa IV:
Experimente de laborator pentru realizarea unui biosenzor magneto-electrochimic şi teste de biodetecţie a unor analiţi biologici de interes. Experimente pe reţele de elemente de detecţie magnetorezistive şi GMI pentru detecţia de analiţi de interes biomedical: ADN, anticorpi/antigene. Analiza şi diseminarea rezultatelor obţinute. (Termen 27.11.2008)

  • Realizarea de electrozi de măsură de platină cu miez magnetic prin depunere electrochimică şi prin tehnica straturilor subţiri.

  • Investigarea rolului şi influenţei geometriei câmpului magnetic asupra proceselor de oxido-reducere şi asupra proceselor de fixare a nano/microparticulelor magnetice pe electrod.

  • Evaluarea electrochimică a electrodului de măsură în raport cu concentraţia de substrat, concentraţia nano/microparticulelor funcţionalizate cu enzima şi imobilizate magnetic pe suprafaţa electrodului.

  • Determinarea capacităţii de detecţie a unui analit (glucoză) dintr-o soluţie model experimental şi, respectiv, din plasma sangvină.

  • Evaluarea gradului de interferenţă a analitului ţintă (glucoză) cu unele biomolecule parazite, de exemplu cu acidul uric sau ascorbic.

  • Evaluarea domeniului de sensibilitate, a timpului de răspuns şi a timpului de funcţionare ai biosenzorului magneto-electrochimic.

  • Analize comparative între biosenzorul electrochimic de tip clasic pe bază de argilă anionică şi biosenzorul magneto-electrochimic.

  • Amplificarea de secvenţe de ADN monocatenar de interes prin tehnica PCR (Polymerase Chain Reaction).

  • Detecţia secvenţelor de ADN obţinute prin PCR prin intermediul biosenzorilor magnetorezistivi/GMI.

  • Realizarea de particule magnetice funcţionalizate cu anticorpi/antigene.

  • Detecţia efectivă de antigene/anticorpi prin intermediul biosenzorilor magnetorezistivi/GMI.

  • Interpretarea rezultatelor obţinute şi diseminarea lor. Evidenţierea integrării cunoştinţelor şi infrastructurii implicate în proiect într-un “cluster” ştiinţific comparativ cu obiectivul  ERA (European Research Area) al Programului Cadru FP7.

REZULTATE ESTIMATE LA FINALIZAREA PROIECTULUI:

  • Realizarea unui prototip de biosenzor magnetic bazat pe efectul GMR/GMI.

  • Realizarea unui prototip de biosenzor electro-chimic bazat pe argile anionice.
  • Realizarea unui prototip de biosenzor magneto-electrochimic.
  • Cerere brevet pentru un biosenzor magneto-electrochimic.
  • Pagina WEB a rezultatelor proiectului.
  • CD ROM de prezentare a metodelor, materialelor şi a prototipurilor de biosenzori realizate. 
  • Lucrări publicate în reviste ISI; 
  • Comunicarea rezultatelor la conferinţe naţionale si internaţionale, participare la Simpozioanele MATNANTECH. 
  • Rapoarte tehnice.

PARTENERI

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi (INCDFT - IFT Iaşi) - Coordonator de Proiect
Bulevardul D. Mangeron nr. 47, Iaşi 700050, tel.: 0232-430680, fax: 0232-231132
 Universitatea de Medicină şi Farmacie "Grigore T. Popa" Iaşi - Facultatea de Medicină (UMF) - P1
Str. Universităţii nr. 16, Iasi, 700115, tel./fax: 0232-211820
Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” Iaşi - Facultatea de Fizică (UAIC) - P2
Blvd. Carol I nr. 11, Iasi, 700506, tel.: 0232-201010, fax: 0232-201201
 Universitatea Tehnică ”Gh. Asachi” Iaşi - Facultatea de Chimie (UTI) - P3
Blvd. D. Mangeron nr. 67, Iasi 700050, tel.: 0232-212322, fax: 0232-211667