Г.М. Арзуманян, А.В. Бондаренко (БГУИР, Минск, Беларусь)

К.З. Маматкулов, Е. Арынбек, Д.С. Закрытная, Е.М. Демина, А.А. Шутиков, И.М. Пугачевская

Разработка методов биосенсорики для надежного обнаружения различных биоорганических молекул в сверхнизких концентрациях является актуальной задачей исследователей. Открытие гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) проложило путь к обнаружению жизненно важных органических молекул из растворов в концентрациях, соотносящихся с единичными молекулами, т.е. ниже 10^-15 М. Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния света (ГКР-спектроскопия) — это мощный аналитический инструмент, который позволяет получить специфическую информацию о структуре молекул благодаря регистрации сигнала комбинационного рассеяния света от них, усиленного плазмонными наноструктурами — ГКР-активными подложками. ГКР-эффект в основном обеспечивается за счет аномально сильного электромагнитного поля, возникающего в результате коллективных колебаний электронов зоны проводимости или плазмонов, возбуждаемых на поверхности наночастиц благородных металлов под действием лазерного излучения. Он обеспечивает экспресс-анализ различных веществ, позволяя детектировать, идентифицировать и исследовать структуру целевых химических соединений в сверхнизких концентрациях вплоть до единичных молекул для решения задач многих областей жизнедеятельности человека, таких как медицина, биология, криминалистика, экология и фармацевтика и т.д. Особый интерес вызывает обнаружение и изучение биоорганических макромолекул с помощью ГКР-спектроскопии, в частности, белков, обладающих антисептическими свойствами, поскольку они перспективны для разработки наноматериалов с целью профилактики и терапии бактериально-вирусных заболеваний.

Успешное сочетание высокочувствительного рамановского микроспектрометра «КАРС» в ЛНФ с ГКР-активными подложками (Рис. 1), разработанными в БГУИР (Минск, Беларусь), позволило регистрировать ГКР-спектры биоорганических молекул, адсорбированных на посеребренном пористом кремнии (por-Si) из растворов с концентрациями 10^-6–10^-18 М (Рис. 2). 

Рис. 1. СЭМ-изображения ГКР-активных подложек на основе (а, б) частиц серебра и (в, г) дендритов серебра на пористом кремнии

Рис. 2. ГКР-спектры молекул лактоферрина, адсорбированных на частицах серебра и молекул ДТНБ на дендритах серебра

Публикации:

1. Zavatski, S., Khinevich, N., Girel, K., Redko, S., Kovalchuk, N., Komissarov, I., Lukashevich, V., Semak, I., Mamatkulov, K., Vorobyeva, M., Arzumanyan, G., Bandarenka, H. Surface Enhanced Raman Spectroscopy of Lactoferrin Adsorbed on Silvered Porous Silicon Covered with Graphene. Biosensors2019, 9, 34. https://doi.org/10.3390/bios9010034.
2. Bandarenka, H. V., Khinevich, N. V., Burko, A. A., Redko, S. V., Zavatski, S. A., Shapel, U. A., Mamatkulov, K. Z., Vorobyeva, M. Yu. Arzumanyan, G. M. 3D Silver Dendrites for Single‐molecule Imaging by Surface‐enhanced Raman Spectroscopy. ChemNanoMat 2020, 7, 2, 141–149, https://doi.org/10.1002/cnma.202000521.