IChF PAN: Polimer wychwytujący nikotynę

IChF PAN: Polimer wychwytujący nikotynę

Naukowcy Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) i Wydziału Chemii Wichita State University skonstruowali polimer, wyposażony w molekularne kleszcze o starannie dobranej strukturze, efektywnie wychwytujący cząsteczki nikotyny i jej pochodnych – podano w komunikacie IChF PAN.

Opracowany polimer znajdzie zastosowanie w wielokrotnego użytku detektorach nikotyny przeznaczonych dla celów przemysłowych i biomedycznych, a także w plastrach dla palaczy, które będą stabilniej i dłużej wydzielały nikotynę do organizmu.

"Pierwszą pułapkę na nikotynę zsyntetyzował kilka lat temu nasz amerykański partner. Były nią molekularne kleszcze, cząsteczki swobodnie pływające w roztworze i w nim tworzące kompleksy z nikotyną. Obecnie udało się nam zamocować kleszcze we wnętrzu jednego z polimerów. Substancja ma formę stałą, dzięki czemu mogliśmy ją wykorzystać do budowy detektorów", mówi prof. dr hab. Włodzimierz Kutner z IChF PAN.

Zgłoszoną do opatentowania polimerową pułapkę na nikotynę zbudowano z pochodnej metaloporfiryny, substancji występującej m.in. w ludzkiej krwi. Jej cząsteczka zawiera pierścień (makrocykl) z umieszczonym centralnie atomem cynku. Do tego pierścienia dołączono amidowe kleszcze. Nikotyna wiąże się z tak skonstruowanym polimerem za pomocą swoich dwóch atomów azotu: jeden tworzy wiązanie z atomem cynku, drugi z kleszczami. "Dzięki specyficznemu, dwupunktowemu wiązaniu mamy większą pewność, że złapana cząsteczka to właśnie nikotyna", podkreśla dr inż. Krzysztof Noworyta z IChF PAN i dodaje, że w jednym z opracowanych polimerów kleszcze znajdują się po obu stronach płaszczyzny pierścienia z cynkiem. "Taka konstrukcja wyraźnie zwiększa efektywność pułapkowania nikotyny", mówi Noworyta.

Opracowany polimer oprócz nikotyny wychwytuje także cząsteczki alkaloidów będących jej metabolitami oraz inne związki często występujące w produktach nikotynowych, np. kotyninę i miozminę. Wiązanie polimeru z nikotyną jest trwałe, lecz odwracalne. Dzięki tej właściwości nowe detektory do oznaczania nikotyny i jej pochodnych będą mogły być używane wielokrotnie.

Detekcja nikotyny następuje za pomocą rezonatora piezoelektrycznego pokrytego elektrolitycznie warstwą polimeru. Wychwycone cząsteczki nikotyny zwiększają masę warstwy, co wpływa na łatwą do zmierzenia zmianę częstotliwości drgań rezonatora. Kwarcowe rezonatory objętościowej fali akustycznej, stosowane w doświadczeniach z nowym polimerem, umożliwiają detekcję nikotyny w roztworach. W najbliższym czasie naukowcy z IChF PAN planują nawiązać współpracę z producentami rezonatorów fali powierzchniowej. Rezonatory tego typu drgają ze znacznie większymi częstotliwościami, są więc czulsze i po pokryciu polimerem wychwytującym nikotynę mogłyby wykrywać ją także w gazach.

W opisanej metodzie wykrywanie i oznaczanie nikotyny nie musi ograniczać się do ważenia. Ponieważ nikotyna jest elektroaktywna, równocześnie z pomiarem częstotliwości naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN zamierzają mierzyć prąd utleniania nikotyny "pułapkowanej" w polimerze. Jednoczesny pomiar dwiema metodami zwiększy niezawodność detekcji.

Nowy polimer opracowano w ramach grantu "Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie". Grant, w 85% finansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, przyznano siedmiu polskim instytucjom naukowym w celu skonstruowania prototypowych urządzeń diagnostycznych na podłożach półprzewodnikowych, przeznaczonych do zastosowań w medycynie, biologii i ochronie środowiska, oraz w celu opracowania podstaw technologii materiałowych dla zastosowań sensorowych i urządzeń diagnostyki molekularnej. W realizacji grantu bierze udział prawie 50 pracowników Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

IChF PAN

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.

(pj)