Chemiczne pułapki na cząsteczki

Dodano: 09 października 2017

Wykryją gluten w żywności, markery nowotworowe we krwi, toksyczną substancję w środowisku. Czujniki chemiczne wytworzone metodą wdrukowania molekularnego są jak maleńkie pułapki na cząsteczki. Pracuje nad nimi dr Zofia Iskierko w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie pod kierunkiem prof. Włodzimierza Kutnera.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

Jak tłumaczy w rozmowie z PAP dr Iskierko, aby wykonać czujnik chemiczny - należy najpierw dokładnie poznać substancję, która ma być wykrywana. Cząsteczki tej substancji będą stanowić tzw. „szablon”, rdzeń chemicznych puzzli. W kolejnym etapie wybraną cząsteczkę trzeba „obudować” monomerami, które tworzą wiązania chemiczne z cząsteczkami „szablonu”. Następnie inicjowana jest polimeryzacja. W ten sposób powstaje polimer z wdrukowaną cząsteczką.

– Żeby móc wykrywać wybraną substancję, +szablon+ musi być usunięty z polimeru. W ten sposób tworzą się w nim luki molekularne – wolne miejsca o dokładnie takim samym kształcie i wielkości, co cząsteczki poszukiwanej substancji – wyjaśnia chemiczka.

Dzięki temu polimery są selektywne, co oznacza, że w „pułapkę” molekularną może wpaść tylko ta cząsteczka, dla której zaprojektowano określony czujnik. Czujnik ten wykryje, czy dana substancja znajduje się w badanej próbce, a jeśli tak – to ile jej tam jest.

Dr Zofia Iskierko zajmuje się m.in. projektowaniem i wytwarzaniem „pułapek” na gluten i inne substancje interesujące z punktu widzenia medycyny czy toksykologii. Badaczka jest tegoroczną laureatką stypendium START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Prace nad czujnikami chemicznymi prowadzi w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie pod kierunkiem prof. Włodzimierza Kutnera. Odbyła też staż na Wydziale Biotechnologii Uniwersytetu w Weronie, gdzie mogła zaznajomić się z badaniami nad prawdziwymi próbkami biologicznymi.

W doborze właściwych „puzzli” pomaga naukowcom specjalistyczne oprogramowanie komputerowe. Z jego pomocą można sprawdzić m.in., czy szablon wejdzie w reakcję z cząsteczką monomeru. – Dzięki temu przewidujemy, czy reakcja zajdzie w rzeczywistości, czy nie. Z taką wiedzą można dopiero wykonać doświadczenie w laboratorium – mówi doktor.

Czujniki wytworzone metodą wdrukowania molekularnego nie są jeszcze produkowane na szeroką skalę. Jednak w literaturze specjalistycznej można znaleźć przykłady ich zastosowania do wykrywania i oznaczania różnych substancji, np. markerów nowotworowych (http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,411589,nowy-polimer-ostrzeze-o-groznych-chorobach-nerek.html). Naukowcy ciągle udoskonalają zaprojektowane i przygotowane przez siebie modele laboratoryjne molekularnych czujników chemicznych. W przyszłości urządzenia te znajdą zastosowanie komercyjne.

– Wyobrażam sobie niewielkie elektroniczne urządzenie, dzięki któremu każdy będzie mógł sobie sprawdzić, czy w przyrządzonej porcji jedzenia znajduje się gluten. Ponadto, czujnik będzie wskazywał także ilościowo ile tego glutenu tam jest – mówi dr Iskierko.

Jak dodaje, element rozpoznający czujnika to bardzo cienka warstwa polimeru. W połączeniu z malutkim, np. tranzystorowym przetwornikiem, będzie stanowił urządzenie podobne do popularnego glukometru z wymienialnymi wkładami o dowolnym kształcie. – Ogranicza nas jedynie wyobraźnia – mówi.