Флуоресцентный хиральный

2 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

от Софийского университета

Сахарный диабет, называемый просто диабетом, представляет собой нарушение обмена веществ, характеризующееся наличием аномально высоких концентраций глюкозы в крови. Существующие методы диагностики диабета основаны на традиционных методах обнаружения глюкозы в образцах сыворотки крови — процессе, который обычно является утомительным и дорогостоящим.

Молекулярное распознавание — это наука о точном обнаружении конкретных соединений путем использования их связывающих свойств. Здесь молекула-рецептор — своего рода сенсор — избирательно связывается с молекулой-мишенью. Этот процесс вызывает некоторую реакцию, скажем, изменение флуоресценции. В результате цель обнаруживается. По этому принципу работают химические сенсоры, специализированные полимеры и некоторые методы катализа.

Несмотря на достижения в области молекулярного распознавания на протяжении десятилетий, разработка рецепторов для обнаружения хиральных (или асимметричных) молекул остается проблемой. Хиральность приводит к образованию энантиомерных пар, которые представляют собой несовпадающие «зеркальные изображения» одной и той же молекулы. Они имеют одинаковые физические и химические свойства, но разные биологические функции. Из-за схожего строения их трудно отличить друг от друга. Поэтому, чтобы отличить их друг от друга, исследователям приходится использовать сложные и дорогостоящие методы, такие как высокоэффективная жидкостная хроматография.

В этом свете группа исследователей, в том числе профессор Такаси Хаяшита и доктор Йота Судзуки с факультета материаловедения и наук о жизни Софийского университета, разработала совершенно новый метод флуоресцентного распознавания для обнаружения D-глюкозы, хирального моносахарида, в вода. Их работа была доступна в Интернете 20 декабря 2022 года и опубликована в журнале ACS Sensors 27 января 2023 года.

Доктор Хаяшита описывает мотивацию исследования: «Большинство подходов к разработке химических сенсоров D-глюкозы требуют сложного синтеза, часто имеют плохую растворимость в воде, а иногда и плохую селективность. Поэтому был разработан новый механизм обнаружения».

Исследователи разработали комплекс, состоящий из γ-циклодекстрина (γ-CyD), который имеет полость, обеспечивающую гидрофобное микроокружение для спонтанной инкапсуляции гидрофобных соединений в водной среде. Затем они легко синтезировали два типа простых гидрофобных флуоресцентных рецепторов на основе моноборной кислоты: рецептор на основе 3-фторфенилборной кислоты (1F) и рецептор на основе пиридилборной кислоты (2N). Они присоединили две молекулы каждого рецептора к γ-CyD.

Образовавшиеся комплексы включения (1F/γ-CyD или 2N/γ-CyD) образовывали фрагмент псевдодибороновой кислоты, который избирательно распознавал D-глюкозу в воде по двум своим сайтам. Это сильно усиливало флуоресценцию раствора. Напротив, только слабая флуоресценция наблюдалась для девяти других протестированных сахаридов, включая D-фруктозу, D-галактозу и D-маннозу, которые были типичными сахаридами, содержащимися в крови. 1F/γ-CyD и 2N/γ-CyD увеличивали флуоресценцию D-глюкозы в 2,0 и 6,3 раза соответственно по сравнению с ее энантиомером L-глюкозой.

«Насколько нам известно, 2N/γ-CyD обладает самой высокой селективностью D/L среди других известных рецепторов на основе молекул флуоресцентной дибороновой кислоты», — говорит доктор Сузуки.

Исследователи исследовали это явление далее посредством исследований спектра индуцированного кругового дихроизма и ядерного магнитного резонанса. Они обнаружили, что молекула D-глюкозы соединяет две молекулы монобороновой кислоты. Он придает жесткость сложной структуре и усиливает флуоресценцию. В случае неглюкозных сахаридов две разные молекулы связываются с двумя участками фрагмента псевдодибороновой кислоты. В результате флуоресценция остается слабой.