SUPER-SENSITIVE REGISTRATION OF POLYFUNCTIONAL MAGNETIC NANOMATERIALS FOR THE RAPID DETERMINATION OF MOLECULAR MARKERS OF DISEASES

A. V. Orlov; Орлов А. В.; Yu. A. Malkerov; Малкеров Ю. А.; A. M. Skirda; Скирда А. М.; D. O. Novichikhin; Новичихин Д. О.; S. L. Znoyko; Знойко С. Л.; V. A. Bragina; Брагина В. А.; P. I. Nikitin; Никитин П. И.

doi:10.31857/S2686740023040107

СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭКСПРЕССНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Авторы: Орлов А.В.¹, Малкеров Ю.А.¹^,2, Скирда А.М.¹^,2, Новичихин Д.О.¹^,2, Знойко С.Л.¹, Брагина В.А.¹, Никитин П.И.¹
Учреждения:
1. Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
2. Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”
Выпуск: Том 511, № 1 (2023)
Страницы: 22-28
Раздел: ФИЗИКА
URL: https://journals.rcsi.science/2686-7400/article/view/135934
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740023040107
EDN: https://elibrary.ru/VMFQOY
ID: 135934

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Магнитные частицы на основе суперпарамагнитных нанокристаллов оксидов железа все более широко используются в современных исследованиях по разработке экспрессных технологий высокоточного определения концентрации биомолекул. В настоящей работе на основе оригинальной технологии сверхчувствительной детекции нелинейных магнитных наноматериалов развит универсальный метод применения магнитных частиц в качестве полифункциональных агентов, выполняющих в одном анализе сразу несколько различных функций, для актуальных задач биохимической и медицинской диагностики. Метод был протестирован для реализации экспрессной количественной регистрации кардиомаркеров и SARS-CoV-2-ассоциированных молекулярных маркеров в сложных матриксах. Предложенный метод перспективен для создания тест-систем догоспитального мониторинга, в частности, для экстренной молекулярной диагностики у пациентов с подозрением на острый инфаркт миокарда, а также для быстрого обнаружения короновирусной инфекции.

Ключевые слова

суперпарамагнитные нанокристаллы, нелинейное перемагничивание, комбинаторные частоты, магнитные сенсоры, спектрально-корреляционная интерферометрия, гигантское магнитное сопротивление, физические методы регистрации молекулярных маркеров заболеваний, маркеры острого инфаркта миокарда, быстрая диагностика, коронавирусная инфекция

Список литературы

Nikitin P.I., Vetoshko P.M., Ksenevich T.I. Magnetic Immunoassays // Sensor Letters. 2007. V. 5. № 1. P. 296–299. https://doi.org/10.1166/sl.2007.007
Welch E.C. et al. Advances in Biosensors and Diagnostic Technologies Using Nanostructures and Nanomaterials // Advanced Functional Materials. 2021. V. 31. № 44. P. 2104126. https://doi.org/10.1002/adfm.202104126
Drozdov A.S. et al. Fluorescent Magnetic Nanoparticles for Bioimaging through Biomimetic Surface Modification // International Journal of Molecular Sciences. 2023. V. 24. № 1. P. 134. https://doi.org/10.3390/ijms24010134
Yoon J. et al. Highly Sensitive Biosensors Based on Biomolecules and Functional Nanomaterials Depending on the Types of Nanomaterials: A Perspective Review // Materials. 2020. V. 13. № 2. P. 299. https://doi.org/10.3390/ma13020299
Bragina V.A. et al. Analytical platform with selectable assay parameters based on three functions of magnetic nanoparticles: demonstration of highly sensitive rapid quantitation of staphylococcal enterotoxin B in Food // Analytical Chemistry. 2019. V. 91. № 15. P. 9852–9857. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b01519
Ling W. et al. Synthesis, surface modification, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles // Journal of Materials Research. 2019. V. 34. № 11. P. 1828–1844. https://doi.org/10.1557/jmr.2019.129
Gambhir R.P., Rohiwal S.S., Tiwari A.P. Multifunctional surface functionalized magnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications: A review // Applied Surface Science Advances. 2022. V. 11. P. 100303. https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100303
Chandrasekharan P. et al. Using magnetic particle imaging systems to localize and guide magnetic hyperthermia treatment: tracers, hardware, and future medical applications // Theranostics. 2020. V. 10. № 7. P. 2965–2981. https://doi.org/10.7150/thno.40858
Wu K. et al. One-Step, Wash-free, Nanoparticle Clustering-Based Magnetic Particle Spectroscopy Bioassay Method for Detection of SARS-CoV-2 Spike and Nucleocapsid Proteins in the Liquid Phase // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 37. P. 44136–44146. https://doi.org/10.1021/acsami.1c14657
Znoyko S.L. et al. Nanomagnetic lateral flow assay for high-precision quantification of diagnostically relevant concentrations of serum TSH // Talanta. 2020. V. 216. P. 120961. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.120961
Rosenblum D. et al. Progress and challenges towards targeted delivery of cancer therapeutics // Nat Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 1410. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03705-y
Alves M.N. et al. Trends in analytical separations of magnetic (nano)particles // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2019. V. 114. P. 89–97. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.02.026
Wu K. et al. Giant Magnetoresistance Biosensors in Biomedical Applications // ACS Applied Materials & Interfaces. 2022. V. 14. № 8. P. 9945–9969. https://doi.org/10.1021/acsami.1c20141
Choi J. et al. Portable, one-step, and rapid GMR biosensor platform with smartphone interface // Biosensors and Bioelectronics. 2016. V. 85. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.04.046
Ennen I. et al. Giant Magnetoresistance: Basic Concepts, Microstructure, Magnetic Interactions and Applications // Sensors. 2016. V. 16. № 6. P. 904. https://doi.org/10.3390/s16060904
Enpuku K. et al. Biosensing utilizing magnetic markers and superconducting quantum interference devices // Supercond. Sci. Technol. 2017. V. 30. № 5. P. 053002. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa5fce
Vettoliere A., Silvestrini P., Granata C. 3 – Superconducting quantum magnetic sensing // Quantum Materials, Devices, and Applications / Ed. M. Henini, M.O. Rodrigues Elsevier, 2023. P. 43–85. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820566-2.00001-6
Storm J.-H. et al. An ultra-sensitive and wideband magnetometer based on a superconducting quantum interference device // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. № 7. P. 072603. https://doi.org/10.1063/1.4976823
Yang S.-Y. et al. Development of an ultra-high sensitive immunoassay with plasma biomarker for differentiating Parkinson disease dementia from Parkinson disease using antibody functionalized magnetic nanoparticles // J. Nanobiotechnol. 2016. V. 14. № 1. P. 41. https://doi.org/10.1186/s12951-016-0198-5
Uchida S. et al. Highly Sensitive Liquid-Phase Detection of Biological Targets With Magnetic Markers and High Tc SQUID // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2014. V. 24. № 4. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2311449
Wissberg S. et al. Sensitive Readout for Microfluidic High-Throughput Applications using Scanning SQUID Microscopy // Sci Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 1573. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58307-w
Орлов А.В., Новичихин Д.О., Пушкарёв А.В., Малкеров Ю.А., Знойко С.Л., Гутенева Н.В., Орлова Н.Н., Горшков Б.Г., Никитин П.И. Регистрация кинетики взаимодействий молекул на основе низкокогерентной интерферометрии для разработки иммуноанализов биомаркеров сердечно-сосудистых заболеваний // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2022. Т. 505. № 1. С. 39–44. https://doi.org/https://doi.org/10.1134/S1028335822070035
Красникова Т.Л., Никитин П.И., Ксеневич Т.И., Го-ршков Б.Г., Орлов А.В., Сидорова М.В., Азьмуко А.А., Арефьева Т.И., Мамочкина Е.Н., Ефремов Е.Е., Беспалова Ж.Д. Влияние пептидного фрагмента (65–76) C-концевого домена моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1) на взаимодействие MCP-1 с гепарином // ДАН. 2010. Т. 433. № 4. С. 559–562. https://doi.org/10.1134/S0012496610040150
Orlov A.V. et al. Kinetic Analysis of Prostate-Specific Antigen Interaction with Monoclonal Antibodies for Development of a Magnetic Immunoassay Based on Nontransparent Fiber Structures // Molecules. 2022. V. 27. № 22. P. 8077. https://doi.org/10.3390/molecules27228077
Orlov A.V. et al. Multiplex Label-Free Kinetic Characterization of Antibodies for Rapid Sensitive Cardiac Troponin I Detection Based on Functionalized Magnetic Nanotags // Intern. J. of Molecular Sciences. 2022. V. 23. № 9. P. 4474. https://doi.org/10.3390/ijms23094474