Исследователи научились обнаруживать даже небольшое количество госсипола — ядовитого вещества из семян хлопчатника. Авторы работы синтезировали новый металл-органический каркас (МОК) на основе тербия, который изменяет свое свечение при взаимодействии с госсиполом. Об исследовании рассказала пресс-служба Российского научного фонда.
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.
Команде ученых из Новосибирского государственного университета и Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН удалось разработать высокочувствительный метод определения госсипола при помощи люминесценции. В новом подходе используются металл-органические координационные полимеры 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.
Основываясь на положительных результатах предыдущих экспериментов, исследователи оценили возможность практического применения тест-системы на основе тербия 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.
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.
Для сравнительного эксперимента взяли рафинированное и нерафинированное масло хлопчатника, а также подсолнечное и оливковое масло. Тест-система показала, 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 Владимир Федин, заведующий кафедрой неорганической химии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.
С результатами исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, можно ознакомиться на страницах Journal of Hazardous Materials.