Контролируемое высвобождение никотина

Полимер, сконструированный поляками, снабженный молекулярными щипцами с тщательно подобранной структурой, эффективно улавливает частицы никотина и его производных. Достижение может быть использовано для создания чувствительных и селективных детекторов, обнаруживающих никотин в растворах, а в ближайшем будущем и в газах. Полимер также пригоден для медленного контролируемого высвобождения никотина, например, в терапевтических целях.

Сотрудничество Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS) и химического факультета Уичитского государственного университета привело к созданию полимерной никотиновой ловушки. Оснащенный молекулярными щипцами, полимер эффективно захватывает частицы никотина и его производных, а также может высвобождать их контролируемым образом. Соединение будет использоваться в многоразовых детекторах никотина, предназначенных для промышленных и биомедицинских целей, а также в пластырях для курильщиков, которые будут выделять никотин в организм стабильнее и дольше.

«Первая никотиновая ловушка была синтезирована несколько лет назад нашим американским партнером. Это были молекулярные клещи, молекулы, которые свободно плавали в растворе и образовывали в нем комплексы с никотином. В настоящее время нам удалось зафиксировать щипцы внутри одного из полимеров. Вещество имеет твердую форму, благодаря чему мы могли бы использовать его для создания детекторов, — говорит проф. доктор хаб. Влодзимеж Кутнер из IPC PAS.

Полимерная никотиновая ловушка, заявленная на патент, была изготовлена ​​из производного металлопорфирина, вещества, обнаруженного, среди прочего, в в крови человека. Его молекула содержит кольцо (макроцикл) с центрально расположенным атомом цинка. К этому кольцу прикреплены амидные клещи. Никотин связывается с построенным таким образом полимером посредством своих двух атомов азота: один образует связь с атомом цинка, другой — с пинцетом. «Благодаря специфической двухточечной связи у нас больше уверенности в том, что захваченная молекула — это никотин», — подчеркивает доктор. Krzysztof Noworyta из IPC PAS и добавляет, что в одном из разработанных полимеров клещи расположены по обеим сторонам плоскости цинкового кольца. «Эта конструкция явно повышает эффективность улавливания никотина», — говорит Новорита.

Разработанный полимер, помимо никотина, также захватывает молекулы алкалоидов, являющихся его метаболитами, и другие соединения, часто встречающиеся в никотиновых продуктах, например котинин и миосмин. Связывание полимера с никотином является постоянным, но обратимым. Благодаря этому свойству новые детекторы для определения никотина и его производных можно будет использовать многократно.

Обнаружение никотина происходит с помощью пьезоэлектрического резонатора, электролитически покрытого полимерным слоем. Захваченные частицы никотина увеличивают массу слоя, что приводит к легко измеряемому изменению частоты колебаний резонатора. «Можно сказать, что мы просто постоянно взвешиваем нашу полимерную пленку. Поскольку мы знаем, сколько она весила вначале, и знаем, что она улавливает только никотин и его соединения, увеличение веса означает наличие этих веществ в растворе, — объясняет Новорита.

Кварцевые акустические объемные волновые резонаторы, используемые в экспериментах с новым полимером, позволяют обнаруживать никотин в растворах. В ближайшее время ученые ИПЦ ПАН планируют наладить сотрудничество с производителями резонаторов поверхностных волн. Резонаторы этого типа вибрируют на гораздо более высоких частотах, поэтому они более чувствительны и после покрытия полимером, улавливающим никотин, могли обнаруживать никотин и в газах.

В описываемом способе обнаружение и определение никотина не обязательно должно ограничиваться взвешиванием. Поскольку никотин является электроактивным, ученые из Института физической химии Польской академии наук намерены одновременно с измерением частоты измерить ток окисления «захваченного» никотина. в полимере. Одновременное измерение двумя методами повысит надежность обнаружения.

Полимер с никотиновыми щипцами можно использовать, среди прочего в датчиках, предназначенных для анализа концентрации никотина в листьях табака и в медико-биологических исследованиях содержания метаболитов никотина в жидкостях организма пациентов. Еще одно потенциальное применение — никотиновые пластыри для борьбы с зависимостью от курения. Благодаря новому полимеру они могли выделять никотин дольше и равномернее.

Новый полимер разработан в рамках гранта «Квантовые полупроводниковые наноструктуры для приложений в биологии и медицине». Грант, на 85% финансируемый Европейским фондом регионального развития, был предоставлен семи польским научным учреждениям для создания прототипов диагностических устройств на полупроводниковых подложках, предназначенных для применения в медицине, биологии и охране окружающей среды, а также для разработки основ технологии материалов. для применения в датчиках и устройствах, молекулярной диагностике. Около 50 сотрудников Института физической химии Польской академии наук участвуют в реализации гранта.

Фото: полимерная никотиновая ловушка состоит из производного порфирина (черный), в котором амидная щепка (зеленый) присоединена к макроциклу, содержащему цинк (фиолетовый) (синий). Молекула никотина показана красным. (Источник: IPC PAS/Tentaris/ACh)