Ученые создали сенсоры с «ловушками» для свободных радикалов

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии и Франции создали крайне чувствительные сенсоры для свободных кислородосодержащих радикалов, способных нарушать работу клеток. По словам исследователей, эти сенсоры — альтернатива традиционным аналитическим химическим методам анализа. В лабораторных условиях они показали чувствительность выше на четыре порядка. Этого удалось добиться за счет эффекта поверхностного плазмонного резонанса в сочетании с «ловушками» из органических соединений. Результаты исследования опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical (IF: 6,393; Q1). 

Свободные радикалы — это активные формы кислорода, обладающие очень мощной окислительной способностью. Они, как правило, являются своего рода побочными продуктами работы дыхательной цепи. Основным таким свободным радикалом является супероксид-радикал (O2·–). Сам по себе он не опасен, но в процессе химических превращений легко переходит в другие соединения с сильными окислительными свойствами. Они повреждают белки, нуклеиновые кислоты и липиды клеточных мембран.

«Поэтому в медицинских исследованиях важно детектировать сводные радикалы в биологических объектах, чтобы вовремя обнаружить начинающиеся изменения в органах, тканях и принять меры.

Классические методы аналитической химии позволяют детектировать радикалы в концентрации до 10 -6 , а в нашем случае нами была предложена минимальная определяемая концентрация 10 -10 . Соответственно, это чувствительнее на четыре порядка. По меркам химиков это большой шаг.

Основное отличие наших сенсоров в том, что их действие основано на эффекте поверхностного плазмонного резонанса», — говорит один из авторов статьи, инженер Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова .

Сами сенсоры — это пример гибридного материала, сочетающего в себе неорганические и органические элементы. Их основа — тонкая золотая пластинка с волнообразной поверхностью. На нее исследователи «посадили» органические соединения, выполняющие роль ловушек для свободных радикалов. Волнообразная поверхность пластинки эффективно возбуждает эффект поверхностного плазмонного резонанса. Он и делает сенсоры крайне чувствительными за счет эффекта гигантского комбинационного рассеивания.

«В данном случае органическая составляющая — это соединение с кратким названием TEMPO. Это простое и доступное модельное соединение, которое используется в других методах, но его никогда ранее не комбинировали с плазмон-активными субстратами. И вот это сочетание плазмонного эффекта и химических характеристик TEMPO дало нам нужный эффект», — поясняет ученый.

В дальнейшем исследователи намерены использовать свои сенсоры для обнаружения азотсодержащих и галогенсодержащих свободных радикалов, а также провести эксперименты, более близкие к реальным биологическим объектам.

«В Чехии мы также ведем переговоры с представителями пищевой промышленности. Ведь свободные радикалы являются маркерами того, что продукты, в частности мясо, испортились или близки к этому.

И мы хотим попробовать протестировать наши сенсоры на пищевых продуктах»,

— говорит Ольга Гусельникова.

Добавим, исследование проводится в сотрудничестве с учеными из Университета химии и технологии Праги (Чехия) и Университета Экс-Марсель (Франция). Работа поддержана грантами Чешского научного фонда и по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ.