Флуоресцентни сензори определят нивата на живак във водата

Екип изследователи от Уралския федерален университет, Русия, и техни колеги от България и Италия синтезират четири види хетероциклични флуорофори – 2-арил-1,2,3-триазол карбоксамиди. Сензорите, в основата на които са получените флуориди, определят концентрацията на живак във водна среда, тъй като се оказват чувствителни към него.

Изследването

Учените създават четири вида съединения, които тестват в различни условия и като разтворители, и техните бинарни смеси с вода. Изследванията показват, че сензорите, в основата на които са създадените флуорофори, са чувствителни към живак, а това позволява да се определя неговата концентрация във водна среда.

Както разяснява ръководителката на проекта проф. Наталия Белская от Катедрата по технология на органичния синтез на Уралския федерален университет, недостатъкът на органичните флуорофори се състои в това, че те са слабо разтворими във вода. А когато към органичните разтворители се добави вода, настъпва процес на гасене на флуоресценцията при повечето багрила и флуорофори.

„Получените от нас флуорофори увеличават интензитета на флуоресценция в смес от органичен разтворител и вода. Това от своя страна отваря път към практическото им приложение“, казва проф. Белская.

Екипът смята, че причината за подобен силен ефект се крие не само в ограничената разтворимост на синтезираните флуорофори в смес от вода и органичен разтворител, но и в уникалната архитектура на образуваните наночастици, което се определя от разположението на определени функционални групи в структурата на молекулите, които образуват наночастиците.

>>>Нанофотонен сензор диагностицира и оценява доколко е ефективно лечението на рак 

Учените създават модел за образуване на такива наночастици в бинарна смес. Определят размера им, който е около 100 нанометра и приблизителния брой молекули, който всяка от наночастиците съдържа – приблизително 2 х 106 молекули. На финала изчисляват колко енергия губят възбудените молекули по време на образуването на наочастици.

Следваща стъпка е свързана с оценка на чувствителността на получените флуорофори към йони на биогенни и токсични метали.

„Оказа се, че синтезираните от нас флуорофори са в състояние да разпознават живачни йони. Откриването само на тях е предимство, защото намалява вероятността от грешки при определянето концентрацията на този токсичен метал в присъствието на други метални йони“, разяснява проф. Наталия Белская.

Учените изработват още и тест ленти от филтърна хартия, която е обработена предварително с флуорофорен разтвор, и с която живачните йони се откриват бързо.

Настоящото изследване, казва проф. Белская, представлява продължение на предишно проучване, осъществено в Уралския федерален университет, посветено на синтеза и проучването на свойствата на 2а-арилтриазоли и производните им, които имат високоефективна и синя флуоресценция.

„Екипът на Университета ни създаде серия от 1,2,3-триазол-4-карбоксилни киселини и показа възможността те да бъдат използвани като сензори в процесите за наблюдение и контрол на киселинността на водните разтвори“, обобщава работата на множество учени, студенти и докторанти проф. Белская.

1,2,3-триазоловото ядро е се използва като градивен елемент в хетероцикличната химия за синтез както на полимери и багрила, така и на фармацевтични продукти. Молекулите, които се съдържат в триазоловия цикъл се използват активно при производството на противотуморни и антибактериални средства.

Резултатите от проучването са публикувани в списанието Spectrochimica Acta.

За смисъла и бъдещото приложение

Изследователската група продължава работата си. Сега усилията на учените са насочени към проучването на възможностите за използване на синтезирани флуорофори при проектирането и синтеза на нови луминесцентни молекулярни куриери, с които да бъдат изследвани клетъчни процеси, но и да се използват за целенасочено доставяне на лекарствени продукти директно до болния орган или тъкан както и да се използват за диагностика и лечение на злокачествени тумори.

Учените предполагат, а предстои да докажат, че синтезираните флуорофори могат да служат и като инструмент за подобряването на точността по време на хирургичните интервенции. Съществуват технологии за изображения във флуоресцентната хирургия, които позволяват прецизно определяне границите на тумора и много по ефективното му отстраняване.

Ръководителката на изследването споделя, че създадените от тях нови флуорофори действат също като откритите през 2001 г. от проф. Бен Чжун Тан от Китайския университет в Хонконг.

Става дума за откритието на китайския учен, че при някои флуорофори не се наблюдава намаляване, а точно обратното – интензивно увеличение на флуоресценцията. Процесът се свързва с образуването на много по-големи частици или наноагрегати от флоуорофорните молекули.

„Откритието на проф. Танг е от голямо значение. Учените в света насочиха усилията си към изучаването на механизма на открития от него феномен от една страна, а от друга към проектирането и синтезирането на нови флуорофори, които притежават ефекта на увеличаване на излъчването. В смес от органичен разтворител и вода нашите флуорофори показаха ефекта, описан от проф. Танг, при това с много голяма интензивност“, казва проф. Белская.