Российские ученые совместно с иностранными коллегами синтезировали искусственный фермент, который позволяет обнаружить даже следовые количества гидрохинона —вещества, которое в больших количествах может быть токсично и вызывать поражения глаз и кожи, а также наносить вред окружающей среде. Рекордную точность определения обеспечила слоистая структура материала в сочетании с ионами меди.

Статья по работе, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry.

Гидрохинон используется как сырье в самых разных областях промышленности — от химической и фармацевтической до косметической и пищевой. Такая распространенность увеличивает риск его попадания в окружающую среду, особенно в водоемы. При этом он очень токсичен для живых организмов, и контроль его содержания критически важен.

Для обнаружения гидрохинона используются различные методы, но колориметрический анализ в силу своей простоты, быстроты и экономичности считается одним из наиболее перспективных. Он основан на определении концентрации вещества по интенсивности изменения окраски раствора. Окраска изменяется в ходе специфических окислительно-восстановительных реакций, и, чтобы ускорить их, применяют так называемые искусственные ферменты, или нанозимы. В отличие от природных, они более устойчивы и проще в получении.

Российские ученые из Института геологии имени академика Н.П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар) и Санкт-Петербургского горного университета (Санкт-Петербург) совместно с коллегами из Юго-Западного университета науки и технологий Мяньяна (Китай) и Мяньянского педагогического университета (Китай) синтезировали новый нанозим — органофиллосиликат на основе меди (Cu-CAP). Это вещество обладает специфической чешуеобразной слоистой структурой, благодаря которой активная поверхность становится больше, а сам фермент эффективнее.

Природные соединения этой группы представляют собой минералы вроде слюды, которые плохо взаимодействуют с водой и поэтому не могут быть использованы в исследовании образцов из рек или озер. Новые нанозимы, синтезированные на их основе, позволили решить эту проблему.

В присутствии гидрохинона ионы меди, прикрепленные к основе при помощи органических молекул, не могли участвовать в окислительно-восстановительной реакции — в результате цвет раствора не менялся или менялся медленнее. Результаты показали высокую стабильность искусственного фермента в разных условиях: смене температуры, солености и длительном хранении.

Авторы проверили свою разработку на образцах сточных вод, отобранных около заводов, где используется гидрохинон. Оказалось, что чувствительность нанозима очень высока. Так, он способен реагировать на следовые содержания гидрохинона, которые примерно в 6000 раз ниже предельно допустимых значений в сточных водах. Кроме того, новый нанозим способен полностью удалять гидрохинон из водных растворов за 30 минут. Он обладает высокой лакказоподобной активностью — одноименный фермент участвует, например, в одревеснении растительных клеток и других важных процессах у разных групп организмов. Также его используют при детоксикации, очистке и восстановлении загрязненных органикой почв. Интересно, что эффективность разработанного искусственного фермента на 100% выше, чем у природной лакказы.

«Новый нанозим можно будет использовать в области охраны окружающей среды — как для выявления гидрохинона, так и для его удаления. Это поможет защитить жителей промышленных центров и работников производств, а также сохранить много видов водных обитателей. Мы рассчитываем, что наш подход, основанный на изменении свойств природных минералов и синтезе минералоподобных материалов, поможет найти еще много интересных приложений в самых разных областях. Наш проект многоплановый и мультидисциплинарный, в нем работают минералоги, физики, химики, геологи. Мы работаем на стыке этих наук и надеемся, что объединение наших подходов на основе познания и изменения физико-химических свойств минералогических объектов принесет много интересных результатов», — подводит итог руководитель российской команды международного российско-китайского проекта по гранту РНФ Евгений Голубев, доктор геолого-минералогических наук, сотрудник лаборатории экспериментальной минералогии Института геологии имени академика Н.П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН.