Уральские исследователи разработали химический сенсор (хемосенсор) для определения уровня pH в биологических жидкостях человека на молекулярном уровне. Анализ кислотности слюны с помощью такого сенсора позволяет на ранней стадии и неинвазивным методом диагностировать гастрит, язву, дуоденит и другие болезни желудочно-кишечного тракта. В течение года разработка ученых Уральского федерального университета (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина будет доступна лечебным учреждениям.
Соединение накапливается в конкретном месте клетки и окрашивает эту часть. Хемосенсор (чувствительное молекулярное соединение) не токсичен: для его создания не требуются катализаторы, такие как никель, медь, палладий. Он растворим в воде, что позволяет расширить область применения для анализа уровня кислотности воды, а также в качестве флуоресцентного зонда, с помощью которого подсвечиваются внутриклеточные процессы. Это помогает врачам доступным способом и эффективно определять зоны патологии.
В качестве сенсора ученые использовали флуорофор, синтезированный атом-экономным методом. Это соединение обладает сильным стабильным излучением и реагирует на малейшие (десятые доли процента) изменения уровня рН в биологических жидкостях. Микродозы этого вещества облучают в спектрофлуориметре. Данные анализа появляются уже через 5–7 секунд.
«Современные флуорометрические pH-датчики 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.
Органические флуорофоры являются перспективными материалами и для других сфер. В частности, они используются в электронике в рабочих элементах солнечных батарей, а также в OLED-экранах компьютеров и телевизоров.
Новый материал разработан по одному из стратегических направлений вуза в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Масштабная цель исследователей УрФУ — синтезировать перспективные органические материалы низкой токсичности, которые станут биомишенями в отношении вирусных инфекций, онкологических, нейродегенеративных, эндокринных и других заболеваний, а также найдут применение в гибридных функциональных материалах для электрохимической и флуоресцентной сенсорики.
Напомним также, что флуорофоры — это химические соединения, которые начинают испускать видимое излучение (светиться) при воздействии на них оптическим излучением определенного диапазона. Это явление называется «холодное свечение», или «флуоресценция». Красителями флуорофоры называют потому, что они способны окрашивать биологические объекты, в том числе подверженные патологическим процессам. При этом важно, чтобы красители, во-первых, обладали свойством селективности, то есть окрашивали только то, что нужно. Во-вторых, были яркими, высококонтрастными, пригодными для наблюдения, так как некоторые биологические ткани обладают собственной флуоресценцией. В-третьих, в силу специфики применения, они должны быть нетоксичными.
