Уральские химики создали сенсоры, способные распознавать ионы цинка и «сигнализировать» об этом

Химики Уральского федерального университета и Института органического синтеза Уральского отделения РАН (УрФУ, ИОС УрО РАН, Екатеринбург) синтезировали новые пуш-пульные флуорофоры с уникальной структурой и свойствами. Полученные асимметрично замещенные арил-терпиридины проявили себя как высокоэффективные флуоресцентные химические сенсоры (хемосенсоры) на катионы различных металлов. Исследование поддержал Российский научный фонд (проект № 19-73-10144). Результаты работы опубликованы в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry.

Ученые разработали оригинальный способ получения химических сенсоров — путем прямой сборки в составе одной молекулы и рецепторного фрагмента (не вступает в химическую реакцию с металлом, но образует комплекс вместе ним), и флуорофора («сигнализирует» об этом излучаемым светом). Уникальность новых 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 нашим расчетам 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.

Из-за того, что у цинка нет окислительно-восстановительных свойств (в отличие, например, от меди и железа), его транспортируют в биологические системы, не опасаясь окислительных повреждений. Поэтому цинк вводят в косметику, биологически активные добавки, лекарства и т. д. Соответственно, мониторинг цинка в биологических жидкостях (к примеру, моче человека) поможет контролировать физическое состояние, исследовать метаболизм 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 — наше ноу-хау. Его плодотворность подтверждена рядом проведенных экспериментов. Кроме того, полученные нами терпиридины могут быть продуктивно использованы для определения катионов цинка в промышленных стоках, то есть 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.

Важно и то, что для синтеза новых хемосенсоров необходимы распространенные материалы и простые синтетические процедуры, поэтому себестоимость веществ заметно ниже их аналогов.

Текст: УрФУ

Shabunina, O. V, Starnovskaya, E. S., Shaitz, Y. K., Kopchuk, D. S., Sadieva, L. K., Kim, G. A., … Charushin, V. N. (2021). Asymmetrically substituted 5,5′′-diaryl-2,2′:6′,2′′-terpyridines as efficient fluorescence “turn-on” probes for Zn2+ in food/cosmetic samples and human urine. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 408, 113101. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.113101