Опасные «зеркальные» молекулы теперь можно обнаружить с помощью смартфона

22 апреля 2019
129

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из университета химии и технологии Праги предложили новый экспресс-метод обнаружения в лекарствах энантиомеров — так называемых «зеркальных» молекул, которые очень похожи друг на друга, но могут иметь совершенно разные биологические свойства. В лекарственных соединениях один энантиомер может приносить пользу, а второй — вред. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sensors.

Чтобы быстро и эффективно обнаружить энантиомеры в лекарствах, ученые предложили использовать сенсоры на основе золотых пластинок с модифицированной поверхностью, специально написанное мобильное приложение и портативный рамановский спектрометр. По словам исследователей, такой подход может стать альтернативой традиционной дорогостоящей хроматографии.

«Препараты, выпускаемые сегодня на рынок, должны быть энантиомерно чистыми, или нужно доказать, что все энантиомеры не несут вреда организму. И проблема их быстрого детектирования является очень важной. Сейчас энантиомеры определяются с использованием дорогостоящих хроматографических методов. Плюс хроматография требует высокой квалификации человека, который работает с прибором. И мы достаточно давно озадачились вопросом: как сделать процедуру определения энантиомеров максимально быстрой и в то же время чувствительной», — говорит аспирант Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова. 

Авторы статьи в качестве сенсоров для энантиомеров предложили использовать маленькие золотые пластинки размером 1x2 см2. Поверхность этих пластинок волнообразная. На нее исследователи «привили» молекулы винной кислоты — это соединение само по себе является энантиомером. В экспериментах энантиомеры винной кислоты играли роль ловушек для зеркальных молекул другого соединения — коммерческого препарата «Леводопа», применяемого при болезни Паркинсона. Каждый энантиомер винной кислоты захватывал разные молекулы «Леводопа», что и позволяло их детектировать.

«На пластинку достаточно капнуть раствор вещества, которое мы хотим изучить. На поверхности образуется капля. Угол смачивания этой капли, то есть то, как сильно она расплывается по поверхности, может нам сказать, какое количество того или другого энантиомера содержит данное соединение. Наши коллеги из Университета химии и технологии Праги написали специальное мобильное приложение для смартфона, которое по фотографии анализирует угол смачиваемости. Чем более выпуклая капля, тем меньше в ней соответствующего энантиомера, а чем более плоская, тем, наоборот, больше», — поясняет исследователь.

На втором этапе, чтобы получить больше информации об энантиомерах, пластинку помещали в портативный рамановский спектрометр. С его помощью ученые получали информацию о спектрах молекул вещества и сравнивали их с библиотекой известных спектров.

«По сравнению с хроматографией такой метод гораздо более простой и экспрессный. Но самое главное — он очень чувствительный. Все благодаря золотым пластинкам. Особую чувствительность им придает их волнообразная форма. Например, для "Леводопа" мы получили чувствительность до тысяч молекул», — говорит Ольга Гусельникова.