В итоге сенсор получился нетоксичным и дружелюбным к окружающей среде. Для его создания химики применяли атом-экономный метод синтеза: не требовались катализаторы (никель, медь, палладий), дополнительные реагенты. Кроме того, сенсор растворим в воде.
«В классическом методе синтеза для соединения двух молекул необходимы активные фрагменты, которые взаимодействуют друг с другом, и таким образом получается новое соединение. Но принципы “зеленой химии” требуют, чтобы реакции проходили без побочных продуктов, в нетоксичных растворителях (в воде) и с минимальным использованием активных фрагментов. Если эти активные фрагменты убрать, остается самая простая в органической химии связь “углерод–водород”. Реакция проходит между ними. Таким образом получится атомная экономия. Поскольку реакция происходит между C-H/C-H, то в побочных продуктах чаще всего оказывается вода или подобное соединение. В результате синтеза меньше и побочных, и вредных продуктов», — объясняет суть процесса Тимофей Мосеев.
Новые хемосенсоры, которое получили уральские химики, можно использовать для анализа воды (кислотности, наличия металлов или токсинов) и в качестве флуоресцентных зондов, с помощью которых подсвечивают внутриклеточные процессы. Соединение накапливается в конкретном месте клетки и окрашивает определенную ее часть. Однако это направление применения предстоит еще изучить.
В целом, помимо биомедицинского приложения органические флуорофоры, которые получили химики УрФУ, являются перспективными материалами и для других сфер. В частности, флуорофоры используют в молекулярной электронике. «Сердце» (рабочие элементы) солнечных батарей — подобные органические молекулы. Другой пример — OLED экраны компьютеров и мониторов. В их основе также органическая молекула с определенными фотофизическими свойствами.
15.06.2022
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) создали химический сенсор для определения pH слюны человека. Это флоурофор с сильным и стабильным излучением, который улавливает малейшие колебания рН в биологических жидкостях (десятые доли). Анализ проводится с помощью микродоз вещества и спектрофлуориметра, в котором это вещество облучают специальной лампой (ее ресурс — десятки тысяч часов). Данные об уровне pH появляются через 5–7 секунд. Первые результаты исследований образцов слюны и сенсора описаны в научном журнале Dyes and Pigments.
«Современные флуорометрические датчики pH основаны на малых органических молекулах. Как правило, они очень чувствительны и способны определять необходимый аналит в очень малых концентрациях, вплоть до наноконцентраций. В основе нашего датчика — новое соединение. Мы ввели фторированный фрагмент, и это позволило нам получить необходимые свойства молекул — фотофизические, хемосенсорные», — поясняет автор работы, инженер-исследователь кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ Тимофей Мосеев.
Анализ pH слюны — это доступный и неинвазивный метод диагностики. С его помощью на ранней стадии можно определять болезни, в частности, желудочно-кишечного тракта: гастрит, язву, дуоденит и другие. Кроме того, уровень pH влияет и на зубы: даже незначительное повышение кислотности слюны может стать причиной кариеса и других проблем.
Новое соединение — результат многолетней работы. Сотрудники кафедр органической и биомолекулярной химии, аналитической химии УрФУ с 2015 года синтезировали и исследовали более 70 новых соединений, шесть из которых показали нужные результаты. Одно было отобрано в качестве флуорофора и легло в основу сенсора.