Ломоносовская премия - 2015: А.А.Карякин
Цикл работ проф. А.А.Карякина включает созданные новые научные направления в областях электрокатализа, биоэлектрокатализа, энзимологии, биосенсорики. В области прямого (безмедиаторного) биоэлектрокатализа автору в 1980-х гг. впервые удалось реализовать равновесный потенциал окислительно-восстановительной реакции. Созданный водородный ферментный электрод был воспроизведён за рубежом (в Оксфорде, Великобритания) лишь 15 лет спустя. Новое направление в этой области это ориентированная иммобилизация ферментов на поверхности электрода для достижения максимальных эффективностей биоэлектрокатализа. С использованием данного принципа разработаны биосенсоры на водород, сахариды.
Ключевыми проблемами создания биосенсоров являются
а) сопряжение электродной и биохимической реакций и
б) иммобилизация биоузнающего элемента.
В соответствии с этим в середине 1990-х гг. проф. А.А.Карякиным были заложены научные направления:
– наиболее эффективный электрокатализатор восстановления пероксида водорода на основе гексацианоферрата железа;
– новый протокол иммобилизации ферментов в водонерастворимые плёнки на поверхности электродов.
Пероксид водорода – побочный продукт реакций, катализируемых оксидазами, являющимися терминальными для >95% ферментативных аналитических устройств. Его детекция наиболее перспективна для сопряжения электродных и биохимических реакций.
Разработанный электрокатализатор по сравнению с обычно используемой платиной в 1000 раз более активен, обеспечивая соответственно в 1000 раз большую чувствительность, в 1000 раз более селективен, предоставляя возможность детектировать пероксид водорода по его восстановлению в присутствии кислорода, что избавляет биосенсоры от мешающего влияния восстановителей, а также на 3 порядка дешевле.
Системы нано-электродов на основе нано-структур электрокатализатора привели к созданию электрохимического сенсора с рекордными характеристиками. Комбинация электрокатализатора и протокола иммобилизации привела к созданию высокоэффективных биосенсоров с наилучшими чувствительностью, селективностью и стабильностью, испытанных, в частности, в неинвазивной клинической диагностике. Таким образом, созданы новые биосенсорные технологии, существенно превышающие мировой уровень.