Исследователи из Кореи разработали систему для детектирования нейротоксинов, работающую на основе наноматериалов, взятых непосредственно из мозга.

Известно, что дипептид дифенилаланин (PhePhe) является простейшим строительным блоком для образования амилоидных бляшек, являющихся причиной болезни Альцгеймера, при этом димеры PhePhe могут самоорганизоваться в нанотрубки. Исследователи из группы Чана Беум Парка (Chan Beum Park) использовали эти нанотрубки для оптического сенсора, позволяющего определять количественное содержание фосфорорганического нейротоксина – параоксона(paraoxon).

Рис. 1. В присутствии параоксона происходит
гашение фосфоресценции. (Рисунок из Small,
2011, DOI: 10.1002/smll.201002107).

Параоксон представляет собой активный метаболит инсектицида паратиона (parathion), и, угнетая холинэстеразу, как и болевое отравляющее вещество – зарин, обладает практически такой же токсичностью. Всемирная Организация Здравоохранения классифицирует параоксон как серьезную угрозу, и призывает к запрету ядовитого инсектицида во всем мире. Очевидно, что простой метод аналитического определения параоксона помог бы избежать многих случаев отравлений, в том числе – и смертельных.

Юнгки Рю (Jungki Ryu), один из исследователей, работавших над проектом, поясняет, что первоначальная идея исследователей заключалась лишь в том, что нанотрубки смогут усилить люминесцентный отклик лантаноидных комплексов, появляющийся в присутствии фосфорорганических нейротоксинов широкого ряда. Однако было обнаружено, что применение нанонтрубок – результатов самоорганизации PhePhe приводит к тому, что лантаноидные комплексы могут селективно взаимодействовать с параоксоном, даже если он находится в смеси с другими фосфорорганическими веществами.

Комплексы лантаноидов могут проявлять красную или голубую фосфоресценцию, однако в присутствии фосфорорганических соединений этот фосфоресцирующий сигнал гасится. Гашение люминесценции лантаноидных комплексов может происходить в соответствии с двумя возможными механизмами – конкурирующее связывание между фосфорорганическими соединениями и фотосенсибилизаторами (фосфорорганика может образовать комплекс с лантаноидом) или за счет инверсии энергетического состояния фотосенсибилизатора; тем не менее, использование нанотрубок изменило эту ситуацию.

Рю заявляет, что было обнаружено столь прочное связывание лантаноидных комплексов с нанотрубками из PhePhe, что в данном случае оставалась возможность реализации лишь второго механизма, а это, в свою очередь, привело к ому, что инкорпорированные в нанотрубки из PhePhe смогли проявлять селективность исключительно по отношению к параоксону. Скотт Джонс (Scott Jones), специалист по флуоресцентным сенсорам из Университета Южной Миссисипи говорит, что сенсоры отличаются хорошими уровнями чувствительности и селективности.

Рю подчеркивает, что, не смотря на то, что исследователи из его группы разработали эффективную и селективную платформу для определения параоксона, требуются значительные доработки методики до того момента, когда она может быть использована вне лаборатории в составе полевого аналитического сенсора, и в настоящее время исследователи из команды Рю ведут работы в этом направлении.