Зонд, который всегда с тобой

В последние годы растет интерес к молекулярным зондам — синтетическим веществам, используемым для распознавания биологически активных соединений, таких как металлы, токсины, белки, нуклеиновые кислоты и другие. Зонды реагируют на целевые вещества, поскольку несут определенные группы атомов, способные к избирательному связыванию определяемых соединений. Например, в медицинской практике уже широко используются электрохимические зонды для оценки уровня глюкозы в крови. Однако число подобных зондов пока невелико, и ученым не удавалось предложить универсальную конструкцию, которую можно было бы адаптировать для анализа веществ самой разной природы.

Освободить метиленовый синий

Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ) создали молекулярный зонд, нанеся на электрод (элемент, проводящий и регистрирующий электрический ток) комплекс из двух органических молекул — красителя метиленового синего и макроцикла пилларарена. Пилларарен состоит из ароматических колец, объединенных в своего рода цилиндр, внутрь которого можно поместить небольшие органические соединения, такие как метиленовый синий.

Когда краситель окружен кольцами пилларарена, он не контактирует с электродом. Если же в раствор добавить вещество, распознаваемое пилларареном, метиленовый синий высвобождается из комплекса, как из клетки, и тогда электрод регистрирует сигнал — ток окисления красителя. Авторы смогли изменять тип соединения, которое служило «ключом от клетки», варьируя состав химических групп, которые окружают кольцо пилларарена. Оказалось, что пиллаларен можно нацелить практически на любую молекулу, немного изменив его структуру. В частности, авторы получили комплекс, нацеленный на ионы металлов.

Химики протестировали взаимодействие такого зонда с 16 различными ионами металлов и выявили два из них — кобальт и цинк, — которые способны открыть пилларареновую «клетку» и высвободить краситель.

Схема получения молекулярных зондов и их связывание с ионами металлов

Makhmutova, et al. / RSC Organic & Biomolecular Chemistry, 2024

Ключи для разных замков

«У этого исследования большой практический потенциал, так как, варьируя структуру пилларарена, можно настроить его на связывание не только металлов, но и любых малых молекул, контроль которых важен. Другими словами, можно устанавливать разные “замки клетки” и подбирать для них разные “ключи”», — рассказывает руководитель проекта Дмитрий Шурпик, кандидат химических наук, доцент кафедры органической и медицинской химии КФУ.

Метиленовый синий и пилларарен нетоксичны для человека, поэтому комплексы можно наносить на носимые сенсоры — смарт-часы и другие компактные устройства с электронным интерфейсом. Это позволит получать информацию о состоянии организма, например о превышении допустимых уровней гормонов или присутствии ионов токсичных металлов и органических токсинов в режиме реального времени по выделениям на поверхности кожи (поту и жиру).

«Электроды с нашими комплексами также можно будет интегрировать в электрические глюкометры, которые по капельке крови измеряют уровень сахара в ней. Это позволит помимо сахара оценивать дополнительные параметры — те же токсичные вещества или другие опасные молекулы», — подводит итог Дмитрий Шурпик.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале RSC Organic & Biomolecular Chemistry.

По материалам пресс-службы РНФ

ВК49865