Люминофоры укажут на опасные примеси в жидкостях, в том числе в крови

Российские ученые создали люминофоры, излучение которых селективно тушится в присутствии некоторых токсичных соединений, например ацетона или аминов. Благодаря этому свойству люминофоры можно будет использовать для выявления опасных заболеваний, в том числе диабета на ранней стадии, а также для проведения анализов на вредные вещества в сточных водах и газовых смесях. Это позволит контролировать уровень загрязнения окружающей среды отходами промышленных предприятий.

Как отмечают в Минобрнауки России, над проектом работала научная группа из Института химии растворов им. Г. А. Крестова РАН (г. Иваново) совместно с исследователями из Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова федерального исследовательского центра «Казанский научный центр РАН» (г. Казань), а также Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета (г. Казань). Для разработки новых люминофоров ученые использовали спектральные методы исследования (ЯМР- и ИК-спектроскопия, спектрофотометрия и спектрофлуорометрия), рентгеноструктурный анализ, а также квантово-химическое моделирование.

Люминофоры — это синтетические вещества, которые могут преобразовывать поглощенную ими энергию — световую, механическую или тепловую — в световое излучение. Органические люминофоры используются для изготовления флуоресцентных красок, люминесцирующих материалов, сенсоров в косметологии. Их также часто применяют химики, биологи, медики и криминалисты для проведения различного рода анализов. В последние годы популярность органических люминофоров значительно выросла. Ведутся активные поиски люминофоров для медицины. Новые люминофоры должны быть нетоксичны, стабильны к воздействию ультрафиолета, должны работать в широком диапазоне pH и т. д. Однако далеко не все люминофоры обладают чувствительностью флуоресценции к природе окружающей среды, что ограничивает возможности их применения в живых организмах.

Новые люминофоры, которые создали российские ученые на основе дипиррометеновых красителей, могут «избирательно» затухать в присутствии некоторых токсичных соединений. Среди них — ацетон и органические амины (производные аммиака). Обнаруженное свойство таких люминофоров открывает широкие перспективы для их применения в медицине и биохимических исследованиях, а также для их использования в экологии при выявлении токсичных соединений в газовых смесях и в растворах.

Высокая чувствительность люминесцентных характеристик разработанных сенсоров позволяет создавать на их основе простейшие, дешевые тест-системы, наиболее удобные для применения как в клинической биохимии, так и в экологии. Так, для экспресс-диагностики могут быть использованы тест-полоски или таблетки. Для их получения химики обрабатывают раствором люминофора полоски фильтровальной бумаги или спрессованные из порошка этилцеллюлозы таблетки. Диагностику токсичных соединений проводят по изменению цвета теста под ультрафиолетовым светом после контакта с растворами, в том числе сточными водами предприятий, или с газовыми смесями, содержащими аналиты. Такая методология может быть применена также для экспресс-анализа ацетона в воздухе, выдыхаемом человеком, для выявления диабета на ранней стадии. Высокоточное определение микроколичеств токсичных соединений в растворах и газовых смесях можно проводить с использованием калибровочных зависимостей эффективности флуоресценции от концентрации конкретного аналита при наличии простейшей модели спектрофлуориметра.

Достаточно простая структурная модификация молекул дипиррометеновых люминофоров позволяет в значительной степени увеличить чувствительность и селективность их сенсорных характеристик, что обеспечивает большие перспективы дальнейших разработок в области этого научного направления.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №19-33-60052 «Перспектива»). Научная статья опубликована в журнале Dyes and Pigments (doi:10.1016/j.dyepig.2022.110202)

Материал подготовлен ИХР РАН