Войти / Зарегистрироваться

Химики создали флуорофоры с уникальной структурой и свойствами

с 15 янв по 19 янв 2021
Химики Уральского федерального университета и Института органического синтеза Уральского отделения РАН синтезировали новые пуш-пульные (содержат донорные и акцепторные группы) флуорофоры с уникальной структурой и свойствами. Это асимметрично замещенные арил-терпиридины, которые могут быть использованы в качестве высокоэффективных флуоресцентных зондов/хемосенсоров на катионы различных металлов. Статью о содержании и результатах работы ученые опубликовали в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry.

В ходе исследований химики разработали оригинальный способ получения хемосенсоров — путем прямой сборки в составе одной молекулы и рецепторного фрагмента, не вступающего в химическую реакцию с металлом, но образующего с ним координационные связи, и флуорофора, «сигнализирующего» об этом излучаемым светом. Другими словами, уникальность полученных хемосенсоров в том, что они не только определяют наличие цинка в том или ином материале, но и «сообщают» об этом активной визуализацией.

«Мы добились эффективной передачи флуоресцентного отклика на катионы металлов. Выяснилось, что полученные терпиридины очень перспективны как высокочувствительные и селективные флуоресцентные зонды для катионов цинка, в том числе в биологических средах. Согласно рассчитанным нами значениям констант комплексообразования синтезированные терпиридины входят в число наиболее эффективных для данных катионов, квантовые выходы фотолюминесценции достаточно высокие», — описывает участник исследовательского коллектива, доцент кафедры технологии органического синтеза УрФУ Ольга Шабунина.

Отсутствие у цинка окислительно-восстановительных свойств (в отличие, например, от меди и железа) объясняет возможность транспортировать его в биологические системы, не вызывая окислительных повреждений. Поэтому цинк вводят в косметику, биологически активные добавки, лекарства и т. д. Соответственно, мониторинг цинка в биологических жидкостях (к примеру, моче человека) может служить контролю физического состояния, исследованиям метаболизма цинксодержащих препаратов.

«Применение терпиридинов для анализа косметики, пищевых продуктов, для медицинской диагностики организма человека остается в значительной степени неизученным. Поэтому можно утверждать, что использование полученных нами образцов терпиридинов в качестве хемосенсоров в перечисленных целях — наше ноу-хау. Его плодотворность подтверждена рядом проведенных нами экспериментов. Кроме того, полученные нами терпиридины могут быть продуктивно использованы для определения катионов цинка в промышленных стоках, т. е. в экологическом мониторинге», — рассказывает Ольга Шабунина.

Хемосенсоры уже показали свою применимость для определения катионов и других металлов. Незаурядные свойства «уральских» терпиридинов проверены на некоторых образцах косметики (в т. ч. крем-маске для лица), на продуктах питания (овес, льняное семя, миндаль, мидии, какао), на безрецептурной пищевой добавке и моче человека с симптомами простудного заболевания, принимавшего цинксодержашие таблетки.

При этом их синтез осуществлялся с использованием распространенных материалов и простых синтетических процедур.

«Мы не прибегали к дорогостоящим катализаторам, малодоступным реагентам, а также многостадийным синтезам. Благодаря этому себестоимость синтеза наших хемосенсоров заметно ниже, чем их аналогов», — подчеркивает Ольга Шабунина.

Добавим, исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (№ 19-73-10144) и Совета по грантам при Президенте Российской Федерации (№ НШ-2700.2020.3). Особый вклад в реализацию научной работы принадлежит профессору кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ, ведущему научному сотруднику ИОС УрО РАН Григорию Зырянову и старшему научному сотруднику ИОС УрО РАН, доктору химических наук Дмитрию Копчуку.

Справка

Цинк является важным компонентом многих (металло)ферментов или небольших белков, например, белков карбоангидразы или так называемых «цинковых пальцев». Он играет важную роль в регуляции ферментов, экспрессии генов, нейромедиатора, влияет на каталитические свойства многих ферментных систем и внутриклеточную передачу сигналов. По этим причинам цинк имеет жизненно важное значение для роста клеток и метаболизма.

В последнее время (био)хемосенсоры/зонды пользуются большим спросом для экспресс-распознавания антител, клеток или аминокислот, одновременного обнаружения различных соединений в лекарствах и образцах пищевых продуктов, для клинической диагностики и мониторинга микросреды человеческого тела, мониторинга окружающей среды.

Химическая структура терпиридинов уникальна. Комбинация флуорофорных пиридиновых колец с комплексообразующими гетероатомами дает способность распознавать целевые аналиты через обратимые динамические молекулярные связи образования, так называемые «нековалентные взаимодействия». Причем, по сравнению с другими типами динамических молекулярных связей, координационные взаимодействия металл-лиганд особенно привлекательны, поскольку эти супрамолекулярные («за пределами молекулы») взаимодействия позволяют работать в широком диапазоне молекулярных параметров. При этом в данном случае ученым не потребовалось функционального связывания с дополнительной хелатирующей группой.

Уральский федеральный университет (УрФУ) — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).



Регистрация

*Обязательные поля

Уже есть аккаунт? Авторизируйтесь



Скачайте мобильное приложение «Битрикс24»

Перейти в браузере

Регистрация

Ваша заявка принята!

Мы уведомим вас о результатах рассмотрения вашей заявки по адресу электронной почты, указанной вами.

Регистрация

Произошла ошибка

Пожалуйста, пройдите процесс регистрации заново.

Ошибка отправки!

Приносим свои извинения. Пожалуйста, попробуйте отправить Вашу заявку позже.