Исследователи из Канады разработали «бумажный индикатор», который позволяет определять низкие концентрации пестицидов в окружающей среде с помощью колориметрии

Ингибирование ацетилхолинэстеразы изменяет
скорость роста и нуклеации наночастиц,
что приводит к изменению цвета
«индикаторной бумаги».
(Рисунок из Analyst, 2010, 135,
2028, DOI: 10.1039/c0an00283f)

Фосфорорганические пестициды – эфиры фосфорной и фосфористой кислот токсичны как для людей, так и для животных благодаря своей способности к ингибированию ацетилхолинэстеразы. Этот фермент содержится в синапсах и катализирует гидролиз нейромедиатора ацетилхолина до холина и остатка уксусной кислоты. Реакция, катализируемая ацетилхолинэстеразой, необходима для дезактивации ацетилхолина в синаптической щели и перехода клетки-мишени в состояние покоя (например, для расслабления мышечной клетки).

Фосфорорганические пестициды широко распространены, поэтому возникает необходимость простого и дешевого метода для определения их в незначительной концентрации. Биологически активные бумажные сенсоры, основанные на биологическом распознавании фосфорорганических пестицидов аптамерами ДНК, ферментами или антителами в последнее время привлекают к себе интерес благодаря своей дешевизне, доступности и безопасности для окружающей среды. Однако до настоящего времени такие сенсоры не могли использоваться «в полевых условиях», как обычная индикаторная бумага, что затрудняло их применение для анализа образцов почвы и вод в районах, удаленных от специализированных лабораторий.

Джон Бреннан с коллегами из Университета МакМастера (Гамильтон, Канада) разработал индикаторную бумагу, способную быстро обнаружить ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Для этого Бреннан применил комбинацию ацетилхолинэстеразы с наночастицами золота; эта комбинация была размещена в золь-гелевом покрытии, осажденном на бумаге, поверхность которой с помощью модификации приобрела гидрофобные свойства. Ингибиторы, содержащиеся в исследуемых растворах, приводят к уменьшению размеров наночастиц золота, это уменьшение, в свою очередь, ведет за собой различимое невооруженным глазом изменение окраски индикатора.

Бреннан поясняет, что применения наночастиц золота было обусловлено необходимостью сохранения индикатором своей окраски – небольшие по размеру органические органофоры могут вымываться с индикаторной бумаги при погружениив анализируемый раствор, большие по размеру наночастицы золота сохраняют связь с бумагой индикатора, создавая весьма насыщенный цвет, позволяющий определять фосфорорганические соединения визуально.

Новая система достаточно чувствительна для обнаружения таких фосфорорганических пестицидов, как Параоксон (Paraoxon), находящегося в анализируемом растворе в следовых количествах. Бреннан добавляет, что его индикаторная бумага может быть интересна и для армии или служб безопасности – боевые отравляющие вещества нервнопаралитического действия также являются фосфорорганическими соединениями – ингибиторами ацетилхолинэстеразы.

Карен Фоулдс (Karen Faulds), эксперт по биоаналитической химии из Университета Стратклайда отмечает, что новая индикаторная система чрезвычайно важна и будет отличаться востребованностью, так как он может быть применен для экспрессного определения ингибиторов холинэстеразы в полевых условиях без необходимости применения сложной аппаратуры. По ее словам, индикаторная система остается стабильной в течение 90 дней, что является значительным преимуществом нового метода обнаружения фосфорорганики по сравнению с существующими.

Источник: Analyst, 2010, 135, 2028, DOI: 10.1039/c0an00283f