Команде ученых из Новосибирского государственного университета и Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН удалось разработать высокочувствительный метод определения госсипола – ядовитого вещества из семян хлопчатника – при помощи люминесценции. Исследователи синтезировали новый металл-органический каркас (МОК) на основе тербия, который изменяет свое свечение при взаимодействии с госсиполом. Проведенные исследования показали, что тест-система обладает высокой чувствительностью и избирательностью. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Hazardous Materials (Q1).
Госсипол – токсичное вещество, которое содержится в корнях и ядрах семян хлопчатника. Оно защищает растение от вредителей и неблагоприятных условий окружающей среды, например, от воздействия ультрафиолетового излучения. Несмотря на ряд полезных свойств, в больших количествах госсипол крайне токсичен для организма человека. Отравление этим токсином вызывает кровоизлияние и потерю аппетита, а также влияет на мужскую и женскую фертильность.
Госсипол может попасть в человеческий организм разными путями. Использование кормов на основе хлопчатника приводит к накоплению фитотоксиканта в рыбе, мясных и молочных продуктах. Нерафинированное хлопковое масло содержит примеси этого токсичного вещества и тоже может быть опасным для здоровья. Всемирная организация здравоохранения установила минимальный допустимый уровень содержания госсипола в пищевых продуктах или корме – 450 частей на миллион. Это крайне низкая концентрация, буквально сотые доли процента, поэтому актуальной задачей остается разработка высокочувствительных методов для определения этого вещества в воде, хлопковом масле и плазме крови человека.
Метод, который предложили новосибирские ученые, предполагает использование металл-органических координационных полимеров на основе тербия. Дело в том, что тербий принадлежит к семейству лантаноидов – металлов, соединения которых способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. В составе полимера ионы тербия соединены органическими мостиками, что позволяет зафиксировать это свечение и увеличить его интенсивность. При взаимодействии с полимером госсипол поглощает часть необходимой для свечения энергии, и оно пропадает. Таким образом можно просто и быстро зафиксировать наличие токсиканта в пробе, а по изменению интенсивности свечения определить его концентрацию.
Работу системы проверили в экспериментах. Реакции с добавлением фитотоксиканта в разных концентрациях проводили в первую очередь в воде – система смогла обнаружить госсипол в концентрации 0,76 нМ. Это лучший показатель чувствительности среди всех тест-систем на основе металл-органических полимеров: предыдущие исследования с использованием полимеров на основе лантаноидов детектировали госсипол в концентрации 28,6 нМ. Далее, основываясь на положительных результатах предыдущих экспериментов, исследователи оценили возможность практического применения тест-системы для анализа содержания госсипола в плазме крови. Результаты эксперимента показали, что точность системы не снижается даже в присутствии аминокислот и других компонентов плазмы, которые могут влиять на чувствительность определения.
Аспирант НГУ Юй Сяолинь проводит эксперименты по определению госсипола
Последним этапом эксперимента было определение госсипола в масле. Здесь ученые столкнулись с рядом трудностей, ведь масло невозможно смешать с водой. Понадобился полярный органический растворитель – спирт, чтобы оценить стабильность и чувствительность металл-органических полимеров в масле хлопчатника. В новых условиях система также продемонстрировала высокую чувствительность: госсипол был обнаружен в концентрации 1,89 нМ. Следовательно, полимеры способны реагировать на количества фитотоксиканта, которые на порядок ниже предельно допустимых значений в пищевых продуктах – 0,86 мкМ. Также в ходе сравнительного эксперимента исследователи выяснили, что содержание госсипола наиболее высоко в необработанном масле хлопчатника.
— Полученные материалы на основе тербия продемонстрировали ряд перспективных функциональных свойств. Мы рассчитываем, что в скором времени можно будет перейти к следующему этапу разработки, чтобы продвинуть наши материалы на рынке, — подытожил руководитель проекта, доктор химических наук, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой неорганической химии Факультета естественных наук НГУ Владимир Федин.
По материалам пресс-службы РНФ
