НАНОКОНСТРУКЦИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ЭЛАСТИЧНОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЕ, НАНОБИОСЕНСОР НА ЕЕ ОСНОВЕ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

1. Наноконструкция нуклеиновой кислоты, представляющая собой иммобилизованную в эластичной рабочей среде частицу лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких двухцепочечных молекул нуклеиновой кислоты, имеющих пространственно развитую структуру, сохраняющую исходную структуру, аномальные оптические свойства, химическую и биологическую активность указанной дисперсии при изменения физического состояния рабочей среды, при этом:
- в квазинематических слоях частицы соседние молекулы нуклеиновой кислоты сшиты между собой при помощи сшивок, обеспечивающих ориентацию указанных молекул в пространстве и между собой с формированием трехмерной структуры частицы;
- указанная частица размещена внутри массива эластичной рабочей среды заданного размера и конфигурации, содержащего предварительно иммобилизованные, распределенные на заданном расстоянии одна от другой, частицы указанной дисперсии;
- а эластичная рабочая среда обладает оптической изотропностью и прозрачностью в интервале длин волн светового излучения, устойчивостью к биодеградации, проницаемостью для соединений из внешней среды и имеет физическое состояние, обеспечивающее возможность извлечения из массива рабочей среды фрагмента заданного размера и конфигурации, содержащего, по меньшей мере, одну указанную частицу.
2. Наноконструкция по п.1, отличающаяся тем, что эластичной рабочей средой является синтетический полимерный гидрогель, полученный в результате трехмерной радикальной полимеризации суспензии указанных частиц в макромономере полиэтиленгликоля, имеющем концевые метакрильные группы.
3. Наноконструкция по п.1, отличающаяся тем, что указанные частицы указанной дисперсии в качестве жестких двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот содержат молекулы двухцепочечных синтетических полинуклеотидов, обладающих свойствами образовывать при фазовом исключении в водно-полимерных растворах лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию, частицы которой обладают способностью сохранять исходные аномальные оптические свойства и химическую реакционную способность в указанной рабочей среде.
4. Наноконструкция по п.3, отличающаяся тем, что указанные частицы указанной дисперсии в качестве синтетических двухцепочечных полинуклеотидов содержат молекулы соединений, выбранных из группы, состоящей из полинуклеотидов поли(дА)-поли(дТ), поли(дГ)-поли(дЦ), поли(А)-поли(У), поли(И)-поли(Ц) низкой молекулярной массы.
5. Наноконструкция по п.4, отличающаяся тем, что указанные частицы указанной дисперсии в качестве двухцепочечных синтетических полинуклеотидов содержат молекулы ДНК низкой молекулярной массы.
6. Наноконструкция по п.1, отличающаяся тем, что в указанных частицах указанной дисперсии соседние молекулы нуклеиновой кислоты сшиты между собой при помощи сшивок, выполненных в виде наномостиков, содержащих последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Me-X-…-Me-Х-…-Ме, в которых Me - соединение, выбранное из ионов металлов, способных к образованию плоских хелатных комплексов, Х - соединение, выбранное из группы химических или биологически активных соединений, имеющих планарную ароматическую структуру, содержащую, по меньшей мере, четыре реакционноспособные химические группы, способные к образованию протяженных плоских хелатных комплексов.
7. Наноконструкция по п.6, отличающаяся тем, что приспособлена для использования в качестве биодатчика для определения наличия и концентрации химического или биологически активного соединения в анализируемой жидкой пробе при контакте с ней и содержит чувствительный элемент, способный изменять исходные аномальные оптические свойства частицы при нарушении его целостности, вызванном его взаимодействием с химическим или биологически активным соединением, подлежащим определению, а эластичная рабочая среда химически и биологически инертна по отношению к указанному химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению, и проницаема для этого соединения в его нативном состоянии в анализируемой жидкости.
8. Наноконструкция по п.7, отличающаяся тем, что эластичная рабочая среда является синтетическим полимерным гидрогелем, сформированным в результате трехмерной радикальной полимеризации суспензии указанных частиц указанной дисперсии, в которых соседние молекулы нуклеиновой кислоты сшиты между собой при помощи сшивок, выполненных в виде наномостиков, содержащих последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Ме-Х-…-Ме-Х-…-Ме, в бис-метакрилате полиэтиленгликоля.
9. Наноконструкция по п.7, отличающаяся тем, что чувствительным элементом является указанный наномостик, содержащий последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Ме-Х-…-Ме-Х-…-Me.
10. Наноконструкция по п.9, отличающаяся тем, что чувствительным элементом является наномостик, содержащий в своем составе в качестве соединения Х соединение, обладающее реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
11. Наноконструкция по п.10, отличающаяся тем, что соединение Х выбрано из группы, включающей водорастворимые синтетические, полусинтетические и природные антибиотики.
12. Наноконструкция по п.11, отличающаяся тем, что соединение Х является соединением антрациклинового ряда.
13. Наноконструкция по п.12, отличающаяся тем, что соединение Х является дауномицином.
14. Наноконструкция по п.9, отличающаяся тем, что чувствительным элементом является наномостик, содержащий в своем составе в качестве соединения Me ион металла, обладающий реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
15. Наноконструкция по п.14, отличающаяся тем, что соединение Me является ионом меди.
16. Нанобиосенсор для определения содержания химически или биологически активного соединения в анализируемой жидкой пробе, представляющий собой фрагмент массива эластичной рабочей среды, имеющий заданный размер и конфигурацию и содержащий заданное количество наноконструкций нуклеиновых кислот, представляющих собой частицу лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких двухцепочечных молекул нуклеиновой кислоты, имеющих пространственно развитую структуру, иммобилизованных в объеме эластичной рабочей среды с распределением на заданном расстоянии одна от другой и сохраняющих исходную структуру, аномальные оптические свойства, химическую и биологическую активность исходной лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии при изменении физического состояния рабочей среды, при этом:
- соседние молекулы нуклеиновой кислоты в квазинематических слоях частицы сшиты между собой при помощи сшивок в виде наномостиков, обеспечивающих ориентацию указанных молекул в пространстве и между собой и выполненных в виде наномостиков, способных изменять исходные аномальные оптические свойства частицы при нарушении его целостности и содержащих чувствительный элемент, в отношении которого химическое или биологически активное соединение, подлежащее определению в анализируемой жидкой пробе, является реакционноспособным,
- а эластичная рабочая среда обладает оптической изотропностью и прозрачностью в интервале длин волн светового излучения, влагопроницаемостью, устойчива к биодеградации и химически и биологически инертна по отношению к указанному химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению, и проницаема для этого соединения в его нативном состоянии в анализируемой жидкой пробе.
17. Нанобиосенсор по п.16, отличающийся тем, что эластичная рабочая среда является синтетическим полимерным гидрогелем, сформированным в результате трехмерной радикальной полимеризации в бис-метакрилате полиэтиленгликоля суспензии указанных частиц указанной дисперсии, в которых соседние молекулы нуклеиновой кислоты сшиты между собой при помощи сшивок, выполненных в виде наномостиков, содержащих последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Ме-Х-…-Ме-Х-…-Me.
18. Нанобиосенсор по п.17, отличающийся тем, что чувствительным элементом является указанный наномостик, содержащий последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Ме-Х-…-Ме-Х-…-Me.
19. Нанобиосенсор по п.18, отличающийся тем, что чувствительным элементом является наномостик, содержащий в своем составе в качестве соединения Х соединение, обладающее реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
20. Нанобиосенсор по п.19, отличающийся тем, что соединение Х выбрано из группы, включающей водорастворимые синтетические, полусинтетические и природные антибиотики.
21. Нанобиосенсор по п.20, отличающийся тем, что соединение Х является соединением антрациклинового ряда.
22. Нанобиосенсор по п.21, отличающийся тем, что соединение Х является дауномицином.
23. Нанобиосенсор по п.18, отличающийся тем, что чувствительньм элементом является наномостик, содержащий в своем составе в качестве соединения Me ион металла, обладающий реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
24. Нанобиосенсор по п.23, отличающийся тем, что соединение Me является ионом меди.
25. Способ получения наноконструкций нуклеиновой кислоты, представляющих собой иммобилизованные в объеме эластичной рабочей среды частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии жестких двухцепочечных молекул нуклеиновой кислоты, имеющих пространственно развитую структуру, и сохраняющих исходную структуру, аномальные оптические свойства, химическую и биологическую активность исходной лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии в случае изменения физического состояния рабочей среды, при этом:
- в квазинематических слоях частицы соседние молекулы нуклеиновой кислоты сшиты между собой при помощи сшивок в виде наномостиков, обеспечивающих ориентацию указанных молекул в пространстве и между собой с формированием трехмерной структуры частицы;
- указанные частицы распределены и иммобилизованы в массиве эластичной рабочей среды заданного размера и конфигурации на заданном расстоянии одна от другой,
- а эластичная рабочая среда обладает оптической изотропностью и прозрачностью в интервале длин волн светового излучения, устойчивостью к биодеградации, проницаемостью для соединений из внешней среды и имеет физическое состояние, обеспечивающее возможность извлечения из массива эластичной рабочей среды фрагмента заданного размера и конфигурации, содержащего, по меньшей мере, одну указанную частицу, в котором:
а) получают лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию жестких двухцепочечных молекул нуклеиновой кислоты низкой молекулярной массы, имеющих пространственно развитую структуру, путем фазового исключения из водно-солевого раствора макромономера, выбранного в качестве исходного соединения для формирования указанной эластичной рабочей среды;
б) контролируют соответствие параметров аномальной оптической активности образца полученной лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии НК характерным для нее параметрам оптической активности кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением на характерной для указанной дисперсии длине волны в ультрафиолетовом диапазоне спектра;
в) частицы дисперсии, полученные на этапе а), распределяют в объеме указанного макромономера среды с получением композиции, содержащей указанные частицы в заданной плотности в объеме макромономера, и проводят радикальную трехмерную полимеризацию макромономера указанной композиции до образования массива эластичной рабочей среды, содержащего иммобилизованные в нем указанные частицы дисперсии, в форме, обеспечивающей получение массива рабочей среды, имеющего заданные размеры и конфигурацию,;
г) контролируют соответствие параметров аномальной оптической активности образца полученной на этапе в) лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии НК характерным для нее параметрам оптической активности кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением на характерной для указанной дисперсии длине волны в ультрафиолетовом диапазоне спектра;
д) осуществляют первую стадию формирования сшивки соседних молекул НК между собой путем выдержки массива эластичной рабочей среды, полученного на этапе в), в водно-солевом растворе указанного макромономера, выбранного на этапе а) в качестве исходного соединения для формирования указанной эластичной рабочей среды, и содержащего первое соединение, обладающее способностью образовывать плоские протяженные хелатные комплексы и выбранное в качестве исходного для первой стадии формирования сшивки соседних молекул НК из группы химических или биологически активных соединений, имеющих планарную ароматическую структуру, содержащую, по меньшей мере, четыре реакционноспособные химические группы, в течение времени, необходимого для насыщения указанного массива эластичной рабочей среды указанным первым соединением, результатом которой является формирование комплекса НК с указанным соединением в полученных на этапе в) частицах лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии, иммобилизованных в массиве эластичной рабочей среды;
е) контролируют соответствие параметров аномальной оптической активности образца полученного массива эластичной рабочей среды, содержащей частицы дисперсии, содержащие указанные комплексы «НК - первое соединение», характерным для них параметрам оптической активности указанной при облучении циркулярно-поляризованным излучением на характерных для указанного комплекса длинах волн в ультрафиолетовом и видимом диапазоне спектра;
ж) осуществляют вторую стадию формирования сшивки соседних молекул НК, обеспечивающей формирование пространственно развитой структуры иммобилизованных частиц дисперсии комплексов «НК - первое соединение», полученных на этапе д), для образования наноконструкций НК, путем выдержки массива эластичной рабочей среды, полученного на этапе в), в водно-солевом растворе указанного макромономера, примененного на этапе а) в качестве исходного соединения для формирования указанной эластичной рабочей среды, и содержащего первое соединение, примененное на этапе д) в качестве исходного для первой стадии формирования сшивки соседних молекул НК, и второе соединение, обладающее способностью образовывать плоские хелатные комплексы и выбранное в качестве исходного для второй стадии формирования сшивки соседних молекул НК, в течение времени, необходимого для насыщения указанного массива эластичной рабочей среды указанным соединением, результатом которой является формирование комплекса молекул НК, сшитых наномостиками, содержащими чередующиеся хелатные комплексы «первое соединение-второе соединение» в полученных на этапе в) частицах, иммобилизованных в массиве эластичной рабочей среды;
и) определяют соответствие наноконструкций НК, полученных на этапе ж), содержащих иммобилизованные в массиве эластичной рабочей среды трехмерные частицы указанной дисперсии НК, сшитых между собой наномостиками «первое соединение - второе соединение» с формированием пространственно развитой трехмерной структуры частиц, заданным параметрам оптической изотропности и прозрачности в интервале длин волн светового излучения, устойчивости к биодеградации, проницаемости для соединений из внешней среды, и химической и биологической активности указанных наноконструкций, при взаимодействии образцов, выполненных в виде фрагментов массива эластичной рабочей среды, содержащих различное количество наноконструкций НК, с соединениями, являющимися реакционноспособными в отношении элементов сшивки молекул НК при их контакте с указанными частицами в указанном массиве.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что в качестве жестких двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот используют молекулы двухцепочечных синтетических полинуклеотидов, обладающих свойствами образовывать при фазовом исключении в водно-полимерных растворах лиотропную холестерическую жидкокристаллическую дисперсию, частицы которой обладают способностью сохранять исходные аномальные оптические свойства и химическую реакционную способность в указанной рабочей среде.
27. Способ по п.26, отличающийся тем, что в качестве синтетических двухцепочечных полинуклеотидов используют молекулы соединений, выбранных из группы, состоящей из полинуклеотидов поли(дА)-поли(дТ), поли(дГ)-поли(дЦ), поли(А)-поли(У), поли(И)-поли(Ц) низкой молекулярной массы.
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что в качестве двухцепочечных синтетических полинуклеотидов используют молекулы ДНК низкой молекулярной массы.
29. Способ по п.25, отличающийся тем, что в качестве исходного соединения для формирования указанной эластичной рабочей среды используют бис-макромономер полиэтиленгликоля, имеющий концевые метакрильные группы.
30. Способ по п.25, отличающийся тем, что на этапах в) и ж) осуществляют формирование сшивок в виде наномостиков, содержащих последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Me-X-…-Ме-Х-…-Ме, при этом на этапе в) в качестве первого соединения используют соединение X, выбранное из группы химических или биологически активных соединений, имеющих планарную ароматическую структуру, содержащую, по меньшей мере, четыре реакционноспособные химические группы, способные к образованию протяженных плоских хелатных комплексов, а на этапе ж) в качестве второго соединения используют соединение Me, способное к образованию плоских хелатных комплексов.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что соединение Х выбрано из группы, включающей водорастворимые синтетические, полусинтетические и природные антибиотики.
32. Способ по п.31, отличающийся тем, что соединение Х является соединением антрациклинового ряда.
33. Способ по п.32, отличающийся тем, что соединение Х является дауномицином.
34. Способ по п.30, отличающийся тем, что соединение Me является ионом металла.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что соединением Me является ион меди.
36. Способ по п.25, отличающийся тем, что приспособлен для получения нанобиосенсоров, содержащих наноконструкции НК в качестве биодатчика для определения содержания химического или биологически активного соединения в анализируемой жидкой пробе и содержащих чувствительный элемент, способный изменять исходные аномальные оптические свойства частицы при нарушении его целостности, вызванном его взаимодействием с химическим или биологически активным соединением, подлежащим определению, а эластичная рабочая среда химически и биологически инертна по отношению к указанному химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению, и проницаема для этого соединения в его нативном состоянии в анализируемой жидкости, причем:
- на этапе в) и ж) осуществляют сшивку соседних молекул НК с помощью наномостиков, содержащих последовательно соединенные плоские хелатные комплексы -Me-X-…-Ме-Х-…-Ме, и используют в качестве первого соединения соединение X, выбранное из группы химических или биологически активных соединений, имеющих планарную ароматическую структуру, содержащую, по меньшей мере, четыре реакционноспособные химические группы, способные к образованию протяженных плоских хелатных комплексов, а в качестве второго соединения соединение Me, выбранное из группы ионов металлов, способных к образованию плоских хелатных комплексов, и при этом первое и второе соединения выбраны таким образом, что первое или второе соединение обладает реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
37. Способ по п.36, отличающийся тем, что соединение Х выбрано из группы, включающей водорастворимые синтетические, полусинтетические и природные антибиотики, обладающие реакционноспособностью по отношению к химическому или биологически активному соединению, подлежащему определению.
38. Способ по п.37, отличающийся тем, что соединение Х является соединением антрациклинового ряда.
39. Способ по п.38, отличающийся тем, что соединение Х является дауномицином.
40. Способ по п.36, отличающийся тем, что соединение Me является ионом меди.
41. Способ по п.36, отличающийся тем, что указанные нанобиосенсоры получают путем резки полученного на этапе ж) массива эластичной рабочей среды с извлечением фрагмента заданной формы и размера.
42. Способ по п.41, отличающийся тем, что приспособлен для получения нанобиосенсоров для определения в анализируемой жидкой пробе гомоцистеина.
43. Способ по п.42, отличающийся тем, что приспособлен для получения нанобиосенсоров для определения в анализируемой жидкой пробе гепарина.