Група учени от руския Уралски федерален университет, оглавявана от професор Григорий Зирянов, синтезираха група многофункционални флуорофори. Учените разказаха за съдържанието и резултатите от своите изследвания върху уникалната технология в уважавано международно научно списание Dyes and Pigments.

уралския

„Флуорофорите са прахове с различни цветове, които излъчват видимо лъчение (с други думи - блясък), когато са изложени на оптично излъчване на определена лента. Това явление се нарича „студена светлина“ или флуоресценция “, обяснява Зирянов.

Флуорофорите се наричат ​​багрила, защото са способни да оцветяват биологични обекти: например клетки, включително тези, засегнати от патологични процеси. От първостепенно значение е оцветителите, първо, да имат свойството на селективност, което означава, че оцветяват, да речем, само здрави или болни клетки. На второ място, те трябва да са ярки, висококонтрастни и подходящи за наблюдение, тъй като някои биологични тъкани са естествено флуоресцентни.

Флуорофорът се поставя в разтворител, за предпочитане вода, след това или тестваният биологичен обект се потапя в получения разтвор, или разтворът се нанася върху обекта. В този случай възникват определени електростатични взаимодействия между донори и акцептори между флуорофора и биообекта: молекулите на флуорофора се улавят от рецепторни фрагменти от биомолекули (научният термин за уловеното вещество е лиганд). В резултат се образуват супрамолекулни структури (комплекси, базирани на нековалентни (слаби, обратими) връзки).

Между другото, много от жизненоважните функции на човешкото тяло се контролират главно от този вид нековалентни взаимодействия и ние в известен смисъл сме нестабилни "строителни комплекти".

„В зависимост от вида и интензивността на„ комуникацията “с обработвания биологичен обект, или изместването във флуоресцентната лента (с други думи, промяната в цвета на флуорофора, например от синьо в зелено или червено), или флуоресцентното настъпва подобрение/закаляване. Учените наричат ​​тази динамика промяна във физическия сигнал, излъчван от флуорофорна молекула поради взаимодействието с наблюдавания биологичен обект “, обяснява професорът от Уралския федерален университет.

Такава реакция показва, например, зоната, засегната от патогенни, особено ракови, клетки (или, обратно, здравата тъкан, заобиколена от патология, е ярко оцветена). По този начин е възможно не само да се установи наличието на болестта, но и да се наблюдава нейното развитие и в някои случаи успешно да се отстрани засегнатата тъкан хирургично.

„Друга област на приложение на флуорофорите е фармацията: те могат да се използват, за да се проследи как дадено лекарство (например противораково лекарство) се абсорбира от различни органи на човешкото тяло, какви промени се случват в човешките органи и тъкани, колко доброкачествени са те са ", добавя Зирянов.

"Поведението" на багрилата е индикатор за наличие на експлозиви. В този случай рецепторите на ярко светещия флуорофор не се "докосват", както в случая на раковата клетка, а "миришат" експлозивната молекула във въздуха под формата на пари или наночастици, приблизително по същия начин, както кучето усеща експлозиви с обонятелните рецептори на носа си. При контакт с експлозиви флуорофорът по правило изгасва, тъй като се случва флуоресцентното закаляване, което се обозначава със специално устройство.

Свързани истории

Флуорофорите са ефективни и при експресен анализ на почвите, подпочвените води и битовите отпадъчни води - когато е необходимо да се проверят за наличие на хербициди, промишлени отпадъци или например следи от фармацевтични продукти. Инструментите, които обикновено се използват за тази цел (скъпи мас-спектрометри и мас-хроматографски мас-спектрометри) са големи, тежки и изискват допълнителен персонал за поддръжка. За разлика от това, за да се извърши посещение на място с багрила, е необходима само малка преносима лаборатория.

Уникалността на технологията на учените в Екатеринбург се крие в нейната простота, относителна бързина и локалност (поради едновременното преминаване през няколко етапа на синтез в един реактор). В допълнение, създаването на оцветители се извършва без разтворители, което гарантира екологичната устойчивост на процеса. Използването на методите на „зелената химия“, технологиите без отпадъци и с ниски отпадъци е исторически установеният подход в Уралския федерален университет. Работата се извършва в Катедрата по органична и биомолекулярна химия на Уралския федерален университет и в Уралския клон на Института за органичен синтез на Руската академия на науките под егидата на академиците Олег Чупахин и Валери Чарушин.

Важно е също така учените от UrFU да „обработват“ флуорофори, използвайки лъчение с дълги вълни: то е по-подобно на слънчевата светлина по отношение на обхвата и има голяма проникваща сила, като същевременно въздейства само на багрилата и, за разлика от късовълновото лъчение, не уврежда околните тъкани, като по този начин не причиняват вреда на тялото от вторични ефекти, причинени от радиация, като фоторазграждане.

Друго предимство на технологията е нейната ниска цена. По този начин той е достъпен за медицински институции (като онкологични центрове) не само в големите градове. Освен това, тъй като леко модифициране на флуорофора може драстично да промени свойствата и предназначението му (същото вещество е подходящо за работа с биологични обекти, експлозиви и фармацевтични продукти), простотата и ниската цена на технологията от уралските учени създават условия за синтез на обширни "библиотеки", състоящи се от няколко десетки багрила за различни цели.

Клинични изпитвания на синтезирани флуорофори (изследване на аспектите и границите на приложимост на синтезираните багрила, натрупване на статистика) се извършват в лечебни заведения и изследователски институти на Екатеринбург и Свердловска област. Чуждестранни колеги от Европа, Бразилия, Индия и Китай също проявяват интерес към изследването. Професор Ашел Силван, член на редакционния съвет на списание "Бои и пигменти", френски химик, който наскоро посети центъра за фармацевтични и химични технологии в Уралския федерален университет, където работи изследователският екип на професор Зирянов, изрази възхищение от качеството на лабораторията база, обхват и ниво на работа. Уралската школа за органични химици, основана преди много години от известния академик Исак Постовски, потвърждава водещата си позиция в световната наука.