Оптические квантовые сенсоры

Исследования группы посвящены разработке новых методов синтеза квантовых наноматериалов, их применения в диагностике заболеваний, а также разработке новых композитных материалов для рентгенографии.

научные группы

Описание

Успехи современной медицины в области снижения смертности и инвалидизации населения от различных заболеваний в немалой степени связаны с развитием новых высокочувствительных методов диагностики. Молекулярная диагностика, основанная на детекции тканевых и сывороточных маркеров заболеваний, с помощью оптических зондов, состоящих из биологических распознающих молекул и репортерных меток, широко применяется в современной медицинской практике (исследования методом иммуноферментного анализа, проточной цитометрии, иммуногистохимии, экспресс тесты и т.д.). Оптические квантовые сенсоры на базе конъюгатов биологических распознающих молекул и флуоресцентных квантовых точек призваны повысить чувствительность подобных систем детекции за счет уникальных оптических свойств квантовых точек.

Сцинтилляторы находят широкое применение в таких областях, как физика частиц, медицина, неразрушающий контроль, системы безопасности, астрофизика и нефтегазовая индустрия. Основная функция этих материалов заключается в преобразовании высокоэнергетического излучения в видимые фотоны. Сцинтилляторы могут быть представлены в виде твердых, жидких или газообразных форм и делятся на органические и неорганические.

Научной группой ведется разработка высокочувствительных композитных сцинтилляционных материалов на основе перовскитных нанокристаллов (ПНК). Использование ПНК имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными решениями. Во-первых, эти материалы состоят исключительно из атомов с высоким атомным весом, что обеспечивает их отличную способность к поглощению рентгеновского и гамма-излучения. Во-вторых, ПНК обладают высокой эффективностью флуоресценции (более 90%) и быстрой кинетикой этого процесса. Это позволяет создавать сцинтилляторы с высоким световыходом и коротким временем высвечивания, сопоставимым с менее эффективными, но быстрыми органическими сцинтилляторами. Таким образом, ПНК объединяют преимущества двух основных классов сцинтилляционных материалов, наиболее распространенных на сегодняшний день (неорганических, подобных CsI:Tl, и органических), при этом не имея значительных недостатков.

Деятельность группы направлена на разработку оптических квантовых сенсоров, предназначенных для высокоточной диагностики. Научная группа обладает компетенциями мирового уровня в области уникальных технологий химического синтеза и функционализации квантовых эмиттеров на базе полупроводниковых квантовых точек, предназначенных для применения в биомедицинской диагностике и оптоэлектронике. Разрабатываемые оптические квантовые сенсоры отличаются рекордной яркостью за счет практически 100% квантового выхода флуоресценции, высокой физико-химической и оптической стабильностью, а также биосовместимостью, что обеспечивает их эффективное использование в биомедицине и промышленности для повышения качества жизни.

Кроме того, группа занимается созданием композитных сцинтилляционных материалов на основе перовскитных нанокристаллов, которые могут быть применимы в системах медицинской визуализации, а также системах неразрушающего контроля и досмотровых системах безопасности.

Также научная группа вместе с Томским Государственным Университетом разрабатывает систему экспресс-обнаружения M.tuberculosis, основанную на специфическом окрашивании M.tb с помощью оптических квантовых сенсоров.

Руководитель группы

Павел Самохвалов

Заместитель заведующего научно-исследовательской лабораторией нано-био-инженерии научного центра наноинженерии фотонных материалов для биомедицины и оптоэлектроники инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ (Россия)

Участники научной группы

Павел Соколов

Старший научный сотрудник

Ирина Крюкова

Научный сотрудник

Александр Кныш

Младший научный сотрудник

Евгения Герасимович

Инженер

Научные публикации

с аффилиацией LIFT

Nifontova G., Kalenichenko D., KRIUKOVA I., Terryn C., Audonnet S., Karaulov A., NABIEV I.*, SUKHANOVA A.* (2024) Impact of Macrophages on the Interaction of Cetuximab-Functionalized Polyelectrolyte Capsules with EGFR-Expressing Cancer Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces, 15, 52137−52149. IF=8.2 | Q1. ссылка
Gulevich D., NABIEV I.*, SAMOKHVALOV P. (2024) Machine learning–assisted colloidal synthesis. Materials Today Chemistry 35, 101837. IF=6.7 | Q1. ссылка
Olejniczak, A., Lawera, Z., Zapata-Herrera, M., Chuvilin, A., SAMOKHVALOV, P., NABIEV, I., Grzelczak, M., Rakovich, Y., Krivenkov, V. (2024) On-demand reversible switching of the emission mode of individual semiconductor quantum emitters using plasmonic metasurfaces. Appl. Phys. Lett. Photonics 9, 016107. IF=5.9 | Q1. ссылка
Nifontova, G., Charlier, C., Ayadi, N., Fleury, F., Karaulov, A., SUKHANOVA, A.*, NABIEV, I.* (2024) Photonic Crystal Surface Mode Real-Time Imaging of RAD51 DNA Repair Protein Interaction with the ssDNA Substrate. Biosensors, 14, 43. IF=5.7 | Q1. ссылка
SOKOLOV P., Evsegneeva I., Karaulov A.,SUKHANOVA A.*, NABIEV I*. (2024) Allergen Microarrays and New Physical Approaches to More Sensitive and Specific Detection of Allergen-Specific Antibodies. Biosensors, 14, 353. IF=5.7| Q1. ссылка

с аффилиацией LIFT

KALENICHENKO, D., KRIUKOVA, I., Karaulov, A., NABIEV, I.*, SUKHANOVA, A.* (2024) Cytotoxic Effects of Doxorubicin on Cancer Cells and Macrophages Depend Differently on the Microcarrier Structure. Pharmaceutics, 16, 16, 785. IF=4.9 | Q1. ссылка
Biny, L., GERASIMOVICH, E., Karaulov, A., SUKHANOVA, A.*, NABIEV, I.* (2024) Functionalized Calcium Carbonate-Based Microparticles as a Versatile Tool for Targeted Drug Delivery and Cancer Treatment. Pharmaceutics, 16, 5, 653. IF=4.9 | Q1. ссылка
SOKOLOV, P., SAMOKHVALOV, P., SUKHANOVA, A.*, NABIEV, I.* (2024) Biosensors Based on Inorganic Composite Fluorescent Hydrogels. Nanomaterials, 13, 1748. IF=4.7 | Q1.ссылка
Granizo, E., KRIUKOVA, I., Escudero-Villa, P., SAMOKHVALOV, P., NABIEV, I.* (2024) Microfluidics and Nanofluidics in Strong Light–Matter Coupling Systems. Nanomaterials, 14, 1520. CITESCORE 8.5. IF=4.7 | Q1. ссылка
Nikolaev, V.V., Lepekhina, T.B., Alliluev, A.S., Bidram, E., SOKOLOV, P., NABIEV, I.*, Kistenev, Yu.V.* (2024) Quantum Dot–Based Nanosensors for in Vitro Detection of Mycobacterium Tuberculosis. Nanomaterials, 14(19), 1553. IF=4.7 | Q1. ссылка