Разработка сверхчувствительных методов детекции магнитных наноструктур для сенсорных и биомедицинских применений

Магнитные наноразмерные материалы (МНМ) чрезвычайно перспективны для сенсорных и биомедицинских применений, что обусловлено рядом уникальных свойств, в числе которых можно назвать магнитофоретические, магнитомеханические и магнитотермические свойства, доступность, хорошая биосовместимость, высокая стабильность и инертность в физиологических средах, что делает МНМ практически идеальными аналитическими метками и биомедицинскими носителями. Однако широкое использование МНМ в этих областях сдерживается недостаточной чувствительностью методов исследования и количественной регистрации МНМ при комнатных или физиологических интервалах температур, которые не требовали бы специальной квалификации персонала и/или дорогостоящего оборудования. Предложенная авторами проекта в 2000 году концепция детекции магнитных наночастиц путем нелинейного перемагничивания на двух частотах и регистрации отклика на комбинаторных частотах или гармониках воздействующих частот существенно расширила диапазон методов исследования МНМ применительно к разнообразным физическим, химическим, биологическим и медицинским задачам. В рамках настоящего проекта предлагается разработка сверхчувствительных магнитных методов и наноструктур, позволяющих регистрировать пикограммовые количества МНМ в объеме непрозрачных сред с рекордно широким линейным динамическим диапазоном - не менее 7 порядков величины и высоким временным разрешением измерений - менее 3.5 с, в том числе, выполнять неинвазивные измерения в тканях живого организма и кровотоке лабораторных животных. Достижение таких возможностей проведения магнитных измерений и исследования МНМ представляется чрезвычайно востребованным как с точки зрения расширения арсенала методик для принципиально новых фундаментальных поисковых работ, так и для развития новых направлений прикладных разработок, в том числе в медицинской диагностике и фармацевтике, и может оказать влияние на целый ряд социально-значимых областей науки и технологий. В частности, это позволит заменить короткоживущие радиоизотопы на более удобные и безопасные МНМ для проведения многих биофизических исследований. Потенциал предлагаемых сверхчувствительных магнитных методов детекции в сочетании с созданными МНМ планируется продемонстрировать на примере разработки методов магнитометрического иммуноанализа для диагностики in vitro, обладающих уникальным сочетанием параметров по порогу чувствительности, ширине динамического диапазона и быстроте анализа. В качестве демонстрации возможностей метода для исследований in vivo будет развита оригинальная методика получения истинных кинетических кривых вывода МНМ, имеющих различную природу поверхности, из кровотока животных с помощью ретикуло-эндотелиальной системы. Проведение кинетических исследований позволит выявить фундаментальные закономерности поведения МНМ в кровотоке и предложить подходы к увеличению длительности их циркуляции in vivo, чтобы расширить возможности биомедицинских применений функционализированных МНМ.