Созданы сенсоры хиральных молекул в лекарствах

Сотрудники Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии разработали суперчувствительные сенсоры, которые позволяют обнаруживать в лекарствах различные энантиомеры — молекулы, которые относятся друг к другу как отражения в зеркале. Такие соединения могут уменьшать эффективность препаратов или даже приносить вред человеку. Эксперименты показали, что чувствительность новых сенсоров намного выше традиционных. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Materials Today.

Энантиомеры имеют одинаковую формулу и физические свойства, но имеют разные направления вращения поляризационного света. Поэтому они являются как бы зеркальными отражениями друг друга. Из-за этого отличия такие соединения могут оказывать разный биологический эффект.

Концентрация этих веществ в лекарствах жестко регламентируется. Например, препарат или совсем не должен содержать энантиомеры, или иметь их в составе только в безопасном количестве. Поэтому специалистам необходимо быстро и эффективно детектировать такие вещества. Сегодня для этого используют электрохимические методы и хроматографию. Однако их предел обнаружения обычно не выше 10-8 моль/литр.

Исследователи из ТПУ разработали сенсоры, предел обнаружения которых находится на уровне до 10-18 — это на десять порядков точнее используемых до сих пор тест-систем. Сенсор представляет собой тонкую золотую пластину с волнообразной поверхностью. Такие пластины ученые использовали и в других своих работах. Но в этом исследовании они привили на поверхность пластинки металлоорганические каркасы, которые состоят из ионов цинка и органических соединений. Такая пористая структура способна «захватывать» нужные вещества благодаря правильно подобранному размеру пор в каркасе и сходной химической природе соединений, которые нужно поймать.

Авторы проводили эксперименты с каркасом, в состав которого входит молочная кислота. Это соединение само по себе оптически активное, поэтому металлоорганические каркасы на основе ее энантиомеров могут захватывать другие оптически активные вещества. В новых экспериментах ученые испытывали такую сенсорную конструкцию на лекарстве против болезни Паркинсона и ряде аминокислот.

«Наш сенсор усиливает сигнал для спектрометра сразу двумя методами. И в этом особое значение этого исследования. В первую очередь сигнал усиливает эффект поверхностного плазмонного резонанса — его дает золотая пластинка. С другой стороны, наши металлоорганические каркасы химически увеличивают интенсивность сигнала. Мы одни из первых продемонстрировали сенсорную систему, которая совмещает два метода усиления рамановского сигнала», — рассказывает один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова.