Titlul Proiectului:
SISTEME DE DETECŢIE PE BAZĂ DE NANOFIRE METALICE MULTISTRAT PENTRU APLICAŢII BIOMEDICALE

Acronim

NANOBIODET

REZUMATUL PROIECTULUI

Proiectul „Sisteme de detecţie pe bază de nanofire metalice multistrat pentru aplicaţii biomedicale” abordează un subiect nou aflat la interferenţa dintre fizică, chimie şi medicină. Proiectul are ca scop, în special, realizarea, caracterizarea, funcţionalizarea şi detecţia unor noi sisteme de nanofire metalice magnetice şi nemagnetice, cu referire specială la cele înzestrate cu proprietăţi magnetice, şi utilizarea acestora în identificarea unor biomolecule de interes medical prin metode optice şi, respectiv, prin metode optice combinate cu procese de magnetoforeză. De asemenea, proiectul îşi propune realizarea de nanofire metalice magnetice cu rol de suporturi de imobilizare de enzime pentru a fi utilizate într-un biosenzor electrochimic în scopul: (i) manipulării prin intermediul câmpului magnetic a enzimelor imobilizate şi a orientării lor uniforme faţă de suprafaţa electrodului de detecţie şi (ii) scăderii pragului de detecţie. În final, un alt obiectiv al proiectului, important prin aspectul lui aplicativ, îl constituie realizarea unor noi modele funcţionale de detecţie a unor biomolecule de interes, în speţă de ADN/anticorpi şi enzime.

De asemenea, proiectul va specializa resursa umană implicată în domenii interdisciplinare, va consolida relaţiile profesionale existente între grupurile de cercetare şi va forma într-o tematică nouă un număr important de tineri specialişti în domeniul foarte vast şi complex al aplicaţiilor nanoştiinţelor în domeniul medical.

Obiectivele propuse se încadrează scopurilor Programului 4, propunerea fiind relevantă pentru obiectivele generale ale ariei tematice „1.7. Nanoelectronica, fotonica şi micronanosisteme integrate / 1.7.6. Tehnologii microfluidice, micro/nano- biosenzori, laboratoare pe un cip, „microarrays”, micro- şi nanostructuri şi micro- şi nanosisteme pentru diagnosticare şi tratament medical (inclusiv nanomedicină).”

OBIECTIVE GENERALE ŞI REZULTATE ESTIMATE

1. Realizarea de nanofire metalice:

a. pe baza de Au, Pt, Ag sau/şi combinaţii ale acestora în sisteme de nanofire cu straturi multiple.

b. feromagnetice: Ni, Co sau Fe sau/şi aliaje ale acestora în sisteme de nanofire magnetice cu straturi multiple.

c. prin alternarea în straturi multiple a metalelor de la punctul (a) cu cele feromagnetice în scopul obţinerii de nanofire cu magnetizaţie diferită.

2. Evaluarea structurii, dimensiunii, formei nanofirelor şi a proprietăţilor magnetice şi electrice.

3. Funcţionalizarea nanofirelor metalice cu molecule şi biomolecule specifice (în speţă, cu intermediari între suprafaţa stratificată metalică şi biomoleculele-sondă receptoare precum ADN, anticorpi mono sau policlonali sau enzime).

4. Detecţia şi evaluarea cantitativă a unor biomolecule ţintă de interes: oligonucleotide (fragmente scurte de ADN monocatenar) comerciale şi/sau obţinute din surse biologice în cadrul activităţilor propuse, anticorpi, glucide.

5. Realizarea unor modele funcţionale de laborator bazate pe nanofire ca elemente de tip bar-code pentru detecţia de analiţi test.

Rezultate estimate:

· Obţinerea de noi tipuri de nanofire metalice care să fie utilizate în biodetecţii şi ca suporturi de imobilizare de enzime, respectiv ca purtători de enzime pentru biosenzorii magneto-electrochimici.

• Obţinerea unui nou tip de biosenzor electrochimic care să funcţioneze pe bază de nanofire multisegment magnetice sau/şi nemagnetice.
• Noi alternative mai performante şi mai ieftine pentru detecţia de bioanaliţi.
• Îmbunătăţirea performanţelor de detecţie a analiţilor de interes biologic prin realizarea unor sisteme de detecţie optice şi magneto-optice bazate pe nanofire metalice multisegment magnetice şi nemagnetice.
• Îmbunătăţirea actului medical prin îmbunătăţirea mijloacelor de diagnosticare. Realizarea unui prototip de biosenzor magneto-electrochimic.
• Brevet de invenţie pentru biosenzorul magneto-electrochimic.
• Formarea într-o tematică nouă a unui număr important de tineri specialişti (masteranzi, doctoranzi, cercetători sub 35 de ani), oferind o alternativă viabilă la oferta venită din exteriorul ţării în domeniul foarte vast şi complex al aplicaţiilor nanoştiinţelor în domeniul medical.
• 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.
• Rapoarte tehnice.

INSTITUŢIA COORDONATOARE

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi, Bulevardul Mangeron, nr. 47, 700050, Iaşi, România,

Tel. 0232-430680, Fax 0232-231132.

COMPONENŢA CONSORŢIULUI

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) - P2.1
Blvd. Carol I nr. 11, Iasi, 700506, tel.: 0232-201010, fax: 0232-201201
Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” Iaşi - Facultatea de Chimie (UTI) – P2.2
Blvd. Carol I nr. 11, Iasi, 700506, tel.: 0232-201063 / 201363 fax: 0232-201313

AUTORITATEA CONTRACTANTĂ

CENTRUL NAŢIONAL DE MANAGEMENT PROGRAME – CNMP

DURATA PROIECTULUI

36 LUNI

ACTIVITĂŢILE ŞI RESPONSABILITĂŢILE AFERENTE FIECĂRUI PARTICIPANT

Etapa I: Evaluarea (i) proceselor fizico-chimice implicate în depunerea electrolitică a nanofirelor metalice uni- şi multi-strat, (ii) evaluarea proceselor de funcţionalizare a nanofirelor cu (bio)molecule, (iii) evaluarea proceselor de captare şi separare a nanostructurilor magnetice prin intermediul câmpurilor magnetice.

Activităţi:

• Evaluarea proceselor fizico-chimice implicate în depunerea electrolitică a nanofirelor / CO
• Evaluarea proceselor de funcţionalizare a nanofirelor cu (bio)molecule / P1
• Evaluarea proceselor fizico-chimice implicate în depunerea electrolitică a metalelor, de interes pentru proiect, şi combinaţiilor acestora în straturi simple şi multiple / P2.1.
• Evaluarea proceselor de captare şi separare a nanostructurilor magnetice prin intermediul câmpurilor magnetice /P2.2.

Etapa II: Prepararea de nanofire metalice uni- şi multistrat fără material magnetic încorporat, funcţionalizarea lor şi teste de detecţie optică

Activităţi:

• Experimente privind depunerea combinată a straturilor metalice pe bază de Au, Pt, Ag şi, respectiv, combinaţii ale acestora din băi / P2.1
• Realizarea de nanofire metalice pe baza de Au, Pt sau Ag sau/şi combinaţii ale acestora în sisteme de nanofire multistrat / CO
• (i) Caracterizarea structurii, dimensiunii, formei nanofirelor. (ii) Realizarea unui model funcţional de laborator bazat pe nanofire ca elemente de tip bar-code pentru detecţia de analiţi test / CO
• Obţinerea de oligonucleotide de interes pentru proiect necesare detecţiei în sistemul de detecţie optic propus /P1
• Realizarea unor straturi funcţionale de molecule şi biomolecule specifice pentru fiecare grup de nanofire /CO, P1
• Detecţia şi evaluarea cantitativă a unor biomolecule ţintă de interes: oligonucleotide comerciale şi/sau obţinute din surse biologice în cadrul activităţilor propuse, anticorpi /CO, P1

Etapa III: Realizarea de nanofire metalice uni- şi multistrat feromagnetice, funcţionalizarea lor şi teste de detecţie optică utilizând procesul de magnetoforeză.

Activităţi:

• Experimente privind depunerea combinată de Ni, Co, Fe şi combinaţii ale acestora cu Au, Ag, Pt sub formă de secvenţe din băi combinate / P2.1
• Prepararea de nanofire metalice multistrat feromagnetice pe bază de Ni, Co sau Fe sau/şi combinaţii ale acestora cu Au, Ag sau Pt /CO
• Caracterizarea nanofirelor din punct de vedere al proprietăţilor magnetice (coercivitate, câmp de saturaţie, anizotropie de formă etc.) / CO
• Realizarea unui model teoretic privind captarea nanofirelor magnetice, aflate în mişcare într-un fluid, la nivelul polilor magnetici /P2.2
• Proiectarea şi realizarea sistemului de detecţie a nanofirelor multistrat magnetice necuplate/cuplate cu biomolecule ţintă /CO

Etapa IV. Teste de detecţie magneto-electrochimică a unor analiţi de interes (de ex., glucoza) având la bază nanofire metalice feromagnetice uni- şi multistrat.

Activităţi:

• Teste de funcţionalizare a nanofirelor cu enzime pentru utilizare într-un biosenzor de tip electrochimic (nanofire Pt/Fe sau Ag/Pt/Ni etc) /CO, P1
• (i) Imobilizarea nanofirelor funcţionalizate cu enzimă (de ex., glucozoxidază) pe suprafaţa electrodului de lucru fie prin intermediul unei matrice polimerice, fie prin intermediul unui câmp magnetic. (i) Realizarea unui model funcţional de biosenzor electrochimic(iii) Studiul proceselor de fixare a nanofirelor feromagnetice funcţionalizate cu enzimă pe suprafaţa electrodului de măsură; rolul şi geometria câmpului magnetic/ CO
• Experimente de detecţie de biomolecule ţintă (glucoză); Evaluarea domeniului de sensibilitate al biosenzorului electrochimic /CO, P1

§ Interpretarea rezultatelor obţinute si diseminarea lor. Evidenţierea integrării cunoştinţelor şi infrastructurilor implicate în proiect într-un “cluster” ştiinţific pentru participarea ulterioară în programele de cercetare ale UE / CO, P1, P2.1, P2.2

BUGETUL PROIECTULUI

Finanţare stat - 2 000 000 lei

Co-finanţare -

PREZENTAREA EVENIMENTELOR DESFĂŞURATE ÎN CADRUL PROIECTULUI

LINK-uri de interes

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

Universitatea de Medicină şi Farmacie "Grigore T. Popa" Iaşi - Facultatea de Medicină

Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” Iaşi - Facultatea de Fizică

Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” Iaşi - Facultatea de Chimie

DATELE DE CONTACT ALE DIRECTORULUI DE PROIECT

Prof. Dr. Horia CHIRIAC
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi, Bulevardul Mangeron, nr. 47, 700050, Iaşi, România

Tel. + 40 232 430680, Fax + 40 232 231132, e-mail: hchiriac@phys-iasi.ro

Secţiune cu acces restricţionaT