Лаборатория аддитивных технологий и инженерной биологии

Лаборатория создана при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования РФ (проект «Разработка технологии субмикролитрового дозирования жидкостей для задач инженерной биологии, создание и практическая апробация опытного образца системы автоматического синтеза олигонуклеотидов на её основе», соглашение № 075-15-2021-1059 от 29 сентября 2021 г. в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019 – 2027 годы, утверждённой постановлением правительства Российской Федерации от 22 апреля 2019 г. № 479).

Направления деятельности

Проведение научных исследований и разработка технических средств для задач инженерной биологии, медицины, печатной электроники
Разработка технологии создания материалов, применяемых в процессе синтеза олигонуклеотидов, и других задач инженерной биологии
Проектирование и изготовление систем автоматического синтеза олигонуклеотидов
Разработка способов нанесения материалов печатной электроники и внедрение передовых технологий при изготовлении электронных средств медико-биологического назначения
Проектирование 3D-моделей и изготовление прототипов изделий методом 3D-печати с высокой точностью для лабораторных исследований, натурных испытаний и промышленного применения
Практическая подготовка студентов в области разработки программно-аппаратных средств

Выполняемые работы

НИР «Разработка технологии субмикролитрового дозирования жидкостей для задач инженерной биологии, создание и практическая апробация опытного образца системы автоматического синтеза олигонуклеотидов на её основе» (соглашение № 075-15-2021-1059 от 29 сентября 2021, Федеральная научно-техническая программа развития генетических технологий на 2019 – 2027 годы, утверждённая постановлением правительства Российской Федерации от 22 апреля 2019 г. № 479)

Результаты первого этапа

Проведён аналитический обзор современной нормативной и методической литературы. Выполнен анализ современного состояния проблемы, исследуемой в рамках проекта, проведён литературный обзор и патентный поиск технологий синтеза, их ключевых параметров, характеристик используемого оборудования и функциональных материалов. Разработана концепция разработки автоматической системы синтеза олигонуклеотидов и наиболее перспективные варианты технологических решений.
Разработаны алгоритмы синтеза олигонуклеотидов. Проведено численно-аналитическое исследование химических реакций синтеза. Разработана численно-аналитическая модель, описывающая протекающие химические реакции синтеза олигонуклеотидов и позволяющая на основе заданных параметров реакции осуществлять подбор реагентов, растворителей и концентраций растворов. Определён перечень реагентов, растворителей и необходимых концентраций растворов, рекомендованных для анализа в рамках математического и компьютерного моделирования.
Разработана гидродинамическая модель, позволяющая определять параметры основных функциональных узлов системы, отработать принципы дозирования растворов. Проведено моделирование основных функциональных узлов системы. Разработана эскизная конструкторская документация для изготовления макетов основных функциональных узлов системы автоматического синтеза. Проведено макетирование основных функциональных узлов системы. Проведены экспериментальные исследования макетов функциональных узлов системы автоматического синтеза. Уточнены технологические требования по геометрии основных узлов системы, размерам каналов подачи растворов и сопла для дозирования, размерам и геометрии реакторов для синтеза.
Разработаны экспериментальные образцы функциональных растворов для предварительных исследований. Проведены предварительные экспериментальные исследования составов и концентраций функциональных растворов.
Определено основное направление проектирования, уточнены задачи и требования, подлежащие проработки в ходе реализации исследовательской программы. Разработано ТЗ на систему автоматического синтеза олигонуклеотидов. Разработаны ЧТЗ на разработку функциональных материалов и реактивов.
Изготовлены макеты функциональных узлов системы автоматического синтеза. Изготовлена экспериментальная установка для отработки технологии прецизионного дозирования.
Разработано две образовательных программы дополнительного профессионального образования «Химический синтез и модификация нуклеиновых кислот» и «Геномная инженерия».

Результаты второго этапа

Проработана конструкция и программное обеспечение макета системы автоматического синтеза олигонуклеотидов (стадия разработки – эскизный проект).
Изготовлены макеты основных функциональных узлов системы (роботизированная платформа, подсистема технического зрения, модули перемещения и размещения подложек, модули промывки и просушки дозаторов, модуль шприцевого дозирования и модуль пьезоэлектрического дозирования, технологический бокс) создано программное обеспечение.
Проведены экспериментальные и численные исследования гидродинамических и диффузионных процессов в макетах основных узлов системы автоматического синтеза. Даны рекомендации по повышению качества пьезоэлектрического дозирования жидкостей (оптимизация скорости и объёма, устранение сателлитов). Получены экспериментальные и теоретические зависимости физико-химических свойств продуктов реакций от параметров основных узлов системы.
Выполнены исследования на совместимость материалов, используемых в гидролиниях системы с растворами реагентов, и установлен перечень конструкционных материалов пригодных для изготовления деталей и узлов системы.
Получена зависимость эффективности реакций синтеза от методов функционализации поверхности подложек. Установлены технологические требования, предъявляемые к характеристикам поверхности исходных материалов для изготовления основных функциональных узлов системы синтеза. Выбраны методы функционализации поверхности для различных типов материалов (стекла, ПАОА, СВМПЭ).
Подобраны отечественные реагенты и растворители для приготовления функциональных растворов для синтеза олигонуклеотидов.
Испытаны материалы для синтеза олигонуклеотидов, выбраны материалы, прошедшие испытания на возможность их использования в качестве твердофазного носителя (ПАОА, СВМПЭ, стекло).
Разработан комплект технологической документации (маршрутная и операционные карты, лабораторный технологический регламент и технологическая инструкция) на изготовление функционализированных подложек на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а также на получение подложек на основе пористого анодированного оксида алюминия.
Разработана программа пуско-наладочных работ, а также программа и методики исследовательских испытаний макета системы автоматического синтеза. Проведены пуско-наладочные работы.
Составлен перечень задач, которые необходимо решить на этапе разработки РКД.
Выполнена апробация образовательных программ по направлениям «Химический синтез и модификация нуклеиновых кислот» и «Геномная инженерия».
Проведена школа-семинар по теме «Развитие отечественной приборной базы для реализации технологии твердотельного синтеза олигонуклеотидов».
Проведена научно-практическая школа по направлению «Редактирование генома».
Проведены стажировки сотрудников ЛАТИБ в организациях ООО «Синтол» и НИИ онкологии ТНИМЦ. Сотрудниками освоены методы секвенирования ДНК (по Сэнгеру и NGS-секвенирование), выполнения фрагментного анализа, биоинформатический анализ.
Выполнен ремонт помещений ЛАТИБ, закуплена лабораторная мебель, исследовательское и производственное оборудование, необходимое для дальнейшего выполнения проекта, в том числе:
- растровый электронный микроскоп Coxem EM-30Plus,
- оптический интерференционный профилометр Chotest SuperView W1,
- УФ-лазерный маркиратор G-mark 1000UV,
- циркуляционный охладитель Термэкс А600,
- ИК-спектрометр Симекс ФТ-801 с приставками,
- программное обеспечение COMSOL.