Научные достижения химического факультета
13.04.2021
Химики МГУ применили самый "зеленый" аналитической реагент
Исследователи с кафедры
аналитической химии Химического факультета МГУ предложили использовать в
качестве аналитического реагента обычный хлорофилл – зеленый пигмент растений.
В качестве примера такого определения в статье, опубликованной в журнале ACS Sustainable Chemistry and Engineering (https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.0c08223),
они определили в моче концентрацию антибиотика неомицина.
Как говорят авторы
работы, для такого анализа не требуется никаких предварительных операций,
достаточно лишь разбавить анализируемый объект в несколько раз водой и смешать
с раствором хлорофилла (его выделяли из замороженного шпината) и противоиона – поверхностно-активного
вещества наподобие тех, что входят в состав моющих средств. Сосуд с раствором
облучают светом красных светодиодов (наподобие фитоламп для выращивания рассады,
но без синего цвета). Измерения проводят в инфракрасном диапазоне, в котором
хлорофилл светится при облучении красным светом. Для измерений можно
использовать не дорогостоящие приборы, а обычный цифровой фотоаппарат, но с необычным
светофильтром – пропускающим только инфракрасный свет.
Может возникнуть вопрос,
почему раньше никто не пытался использовать сам хлорофилл как аналитический реагент.
Дело в том, что незадолго до выполнения описанной работы авторы обнаружили
новый тип нековалентного взаимодействия (агрегации) частиц в растворе (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138614252031088X).
"Мы собирались получать
синтетические рецепторы для лекарственных веществ с использованием цианиновых
красителей, получаемых на кафедре медицинской химии под руководством доцента Татьяны Подругиной" –
рассказывает д.х.н., в.н.с. Михаил
Беклемишев. "Однако всего лишь смешав краситель с некоторыми лекарствами в
присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), мы увидели сигнал – резкое
усиление люминесценции. Не сразу удалось понять причины этого явления.
Постепенно выяснилось, что мы имеем дело с небезынтересным явлением:
разгоранием люминесценции красителя в агрегатах".
Вызванная нековалентной
агрегацией люминесценция была обнаружена еще в конце нулевых годов. Если
встречаются два крупных органических иона (один из них может быть лекарственным
веществом), и у них есть гидрофобные участки (например, углеводородные
цепочки), то в воде эти участки непременно соберутся вместе, как масляная
капля, образуя гидрофобные домены. В эти домены встроится краситель, который
сам гидрофобный и хорошо чувствует себя в гидрофобном окружении – там он будет
светиться при облучении красным светом. Надо заметить, что излучение красителя
инфракрасное – это полезно для приложений таких систем к животным и
растительным тканям и организмам, которыми красное и ИК-излучение слабее
поглощается, чем ультрафиолетовое, синее и зеленое, поэтому можно
визуализировать объект на большую глубину. Кроме того, не будет мешать
собственная люминесценция тканей.
"Отличие наших систем от
описанных выше в следующем, -- рассказывает соавтор работы, аспирант кафедры
аналитической химии химического факультета МГУ Софья Захаренкова. – Оказалось,
не обязательно встречаться двум ионам противоположного знака, чтоб образовался
агрегат. Можно использовать так называемую самосборку: вместо одного из ионов
ввести ПАВ (причем в низкой концентрации, при которой он еще не образует мицелл
в растворе). В присутствии лекарства ПАВ собирается в мицеллу, которая и играет
роль недостающего противоиона. А дальше все то же самое: образованные
углеводородными "хвостами" ПАВ гидрофобные домены охотно примут краситель,
чтобы он смог начать светиться".
В ходе работ с цианинами
стало ясно, что хлорофилл принадлежит к той же группе гидрофобных красителей и
должен вести себя аналогичным образом в присутствии крупного определяемого
вещества (в данном случае антибиотика неомицина) и подходящего ПАВ. В
образующемся агрегате антибиотик – ПАВ – хлорофилл последний должен люминесцировать.
Предположения оправдались. Таким образом, сделан шаг к использованию не
синтетических, а "зеленых" (во всех смыслах!) реагентов в химическом анализе.
Но основное приложение своих систем исследователи видят не в качестве
люминесцентных сенсоров, а для визуализации доставки лекарств в живых
организмах.
На фото: Софья Захаренкова. Автор фото: Александра Кучерова/пресс-служба химического факультета МГУ
