Текст уведомления здесь

Химики из Иваново использовали «хулиганские наклонности» ацетона для разработки сенсоров

Ацетон «любит» связываться с комплексами цинка и «гасить» их.
Добавить в закладки
Комментарии

Ивановские химики под руководством Александра Ксенофонтова разработали новый высокочувствительный сенсор для обнаружения паров ацетона. Ученые использовали свойство ацетона связываться с люминесцентными комплексами цинка и «тушить» их люминесценцию. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Fluorescence.

Обнаружение паров ацетона в воздухе — важная задача как для промышленности, так и для медицины: измерение количества ацетона в выдыхаемом воздухе используют для диагностики диабета и некоторых заболеваний печени. Кроме того, известно, что люди выдыхают больше ацетона, когда их организм сжигает жиры, поэтому в последние годы (особенно в связи с повальной модой на биохакерство и кетогенную диету) такие сенсоры привлекают внимание людей, желающих похудеть. В настоящее время используются сенсоры, которые сочетают в себе два метода определения — газовую хроматографию и масс-спектрометрию, поэтому они довольно сложны в производстве и эксплуатации.

Химики из Иваново создали принципиально новый сенсор, работа которого основана на явлении люминесценции, то есть способности некоторых химических веществ возвращать часть поглощенной энергии в виде излучения. Сенсор состоит из обычной целлюлозы, которую ученые спрессовали в небольшие «таблетки». Затем на пористую разветвленную поверхность таблеток нанесли чувствительный компонент сенсора — люминесцентный комплекс цинка. Сам процесс нанесения очень прост и не требует специальной аппаратуры: достаточно было просто на несколько часов «замочить» целлюлозную таблетку в растворе цинковых комплексов. Готовую таблетку с помощью световодов подключали к оптическому спектрометру и помещали в специальную емкость, в которой находилась анализируемая газовая смесь — пары циклогексана с примесью ацетона.

Обнаружить ацетон новому сенсору удается за счет его свойства химически связываться с комплексами цинка и входить в координационную сферу металла. Свечение цинковых комплексов обусловлено переходами электронов между энергетическими уровнями органических лигандов. Грубое «вторжение» молекул ацетона в координационную сферу комплекса разрушает порядок энергетических уровней (например, становятся возможны переходы с заполненной орбитали ацетона на свободные орбитали лигандов), поэтому происходит тушение люминесценции. Если затем заменить ацетоновую смесь на чистый воздух, люминесценция снова постепенно восстановится, то есть каждую таблетку можно использовать неограниченное число раз.

Процесс тушения оказался очень чувствительным к количеству ацетона в газовой смеси: количественно сравнивая величину люминесценции, ученые смогли засечь его количества вплоть до 1,68 миллиардной доли (в англоязычной литературе используют термин ppb, part per billion), в то время как наилучшие коммерческие фильтры сейчас показывают предел обнаружения в 0,14 миллионной доли (ppm, part per million). Это значит, что новый сенсор, скорее всего, будет хорошо работать в диапазоне, который важен для диагностики диабета, — около 1,8−2 миллионных долей, ведь эти значения значительно больше, чем демонстрируемый предел обнаружения.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Московские химики создали новый метод синтеза наночастиц железа

С его помощью ученые смогли приблизить создание новых средств лечения онкологических заболеваний.
Добавить в закладки
Комментарии

Российские химики предложили новый способ получения магнитных наночастиц железа всего за один шаг. Дополнительным преимуществом подхода стала возможность контролировать размеры образующихся нанокластеров, меняя условия реакции. Инновационный метод стал результатом совместной работы специалистов сразу нескольких московских вузов, включая МГУ им. М.В. Ломоносова, НИТУ «МИСиС», РХТУ им. Менделеева и др. Их отчет публикует журнал Американского химического общества Langmuir.

Магнитные наночастицы оксида железа (магнетита) могут стать эффективным инструментом диагностики и лечения раковых заболеваний. Они способны обеспечить целенаправленную доставку препаратов в злокачественную опухоль или ее уничтожение гипертермией (нагреванием), а благодаря своим МРТ-контрастным свойствам — определить точные границы разрастания. Новая работа Александра Мажуги и его соавторов делает эти перспективы еще немного ближе.

Предложенный учеными метод позволяет получать железные наночастицы всего в один шаг, за счет термического разложения комплексов железа (III) в присутствии различных циклокарбоновых кислот. Молекулы кислоты адсорбируются (поглощаются) на поверхности кристаллов магнетита, влияя на их рост. Поэтому, варьируя вид кислоты и температурный режим, ученые смогли получить кластеры наночастиц различного размера и формы.

Авторы исследовали ключевые свойства таких нанокластеров с помощью термогравиметрии, трансмиссионной электронной микроскопии, рентгеновской кристаллографии, фурье-ИК-спектроскопии и томографии. В частности, показано, что полученные частицы способны послужить эффективным контрастным агентом для локализации опухоли с помощью МРТ. [ ... ]

Читать полностью

Сибирские ученые повысят чувствительность МРТ в миллионы раз

Новые катализаторы позволят шире использовать гиперполяризацию в медицинской томографии.
Добавить в закладки
Комментарии

Даже самые современные и мощные аппараты МРТ (магнитно-резонансной томографии) не отличаются большой чувствительностью. Повысить сигнал на порядки позволит использование параводорода и металлических катализаторов, разработанных в лаборатории магнитно-резонансной микротомографии Международного томографического центра (МТЦ) СО РАН в Новосибирске, сообщает «Наука в Сибири».

Водород — самый распространенный элемент не только во всей Вселенной, но и в нашем организме. Ядра водорода, протоны, имеют собственный спин и, получая энергию внешнего магнитного поля, могут менять его ориентацию (поляризоваться), переходя на другой энергетический уровень. Как только воздействие закончится, ядра водорода (или специально введенного МРТ-контрастного вещества) начнут возвращаться к исходному состоянию. Точное время этой «релаксации» определяется массой факторов, включая даже тип ткани. Регистрируя его, магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет реконструировать трехмерные изображения внутренних органов.

Сигнал МРТ зависит от разницы между количеством «релаксированных» и поляризованных ядер. Однако даже чрезвычайно мощные магнитные поля современных томографов способны поляризовать не больше сотых, а то и тысячных долей процента всех ядер. Это делает МРТ не самым чувствительным методом и стимулирует ученых к разработке способов усиления МРТ-сигнала. Одно из популярных решений состоит во временной гиперполяризации — искусственному усилению поляризации спинов. В принципе она может быть доведена практически до 100 процентов, на много порядков повысив чувствительность МРТ.

Существует несколько подходов к этой задаче, в том числе и «перенос» поляризации на биомолекулярные субстраты при реакции гидрирования параводородом (para-H2). Спины двух ядер в молекуле параводорода направлены антипараллельно, и это их состояние фиксируется при взаимодействии с определенными катализаторами, например комплексом иридия. К сожалению, соли иридия и других подходящих для «фиксации» металлов токсичны для человеческого организма, а поскольку находятся в той же жидкой фазе, что и параводород, разделить их перед введением пациенту крайне непросто. [ ... ]

Читать полностью

Пихта подсказала новый способ борьбы с оспой

Компоненты эфирных масел этого хвойного дерева после небольшой модификации получают способность уничтожать вирус коровьей оспы.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники Новосибирского государственного университета и Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» получили производные двух компонентов пихтового масла — (-)-борнеола и (+)-камфоры — веществ, способных уничтожать вирус коровьей оспы Vaccinia, который используется в вакцинах против натуральной оспы. Новые средства против этого вируса необходимы, так как число непривитых людей растет, а к старым лекарствам многие штаммы Vaccinia приобретают устойчивость. Научная статья опубликована в журнале Chemistry & Biodiversity.

Vaccinia — это вирус из группы ортопоксвирусов, в которую входят возбудители оспы у обезьян, верблюдов, крупного рогатого скота и человека. Его долгое время использовали в вакцинах против натуральной оспы, вызываемой очень близким вирусом. После того как в 1980 году это заболевание было полностью истреблено, прививки против оспы перестали быть обязательными, и их сейчас делают по большей части тем, кто работает с этим вирусом в лабораториях или с животными, также способными им заразиться. Чем больше лет проходит с отмены вакцинации, тем выше доля населения Земли, не имеющая иммунитета против натуральной и коровьей оспы. Между тем результаты лабораторных исследований Vaccinia (они проводятся в небольшом количестве учреждений по всему миру) показывают, что отдельные штаммы этого вируса приобретают устойчивость к препаратам против ортопоксвирусов. Поэтому необходимо получать новые антивирусные лекарства.

Авторы исследования обратили внимание на пихту сибирскую (Abies sibirica). Это хвойное растение образует масла, многие компоненты которых обладают антибактериальным, противогрибковым или противовирусным действием. В прошлом году российские ученые обнаружили среди них даже вещества с противораковым эффектом. Большинство активных веществ пихты относятся к терпеноидам — длинным содержащим кислород молекулам углеводородов со множеством двойных связей между атомами углерода. В их число входят как левовращающий стереоизомер (-)-борнеол, так и правовращающий — (+)-камфора. Они могут образовывать эфиры с органическими (карбоксильными) кислотами. Ученые получили множество таких эфиров и от борнеола, и от камфары. Также они синтезировали амиды этих веществ — соединения, содержащие аминогруппу -NH2 на «скелете» карбоксильной кислоты.

Эффективность молекул всех 31 полученных разновидностей проверили на культурах клеток эпителия почки африканской зеленой мартышки. В качестве контроля выступил препарат цидофовир, используемый против поксвирусов с 1996 года (поксвирусы — группа, в которую входят ортопоксвирусы). Помимо способности справляться с вирусом осповакцины ученые измерили цитотоксичность полученных соединений — насколько они безопасны для тех клеток, которые должны лечить. [ ... ]

Читать полностью