Polsko-amerykańska pułapka na nikotynę

Skonstruowanie polimerowej pułapki na nikotynę było możliwe dzięki współpracy naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) i Wydziału Chemii Wichita State University. "Wyposażony w molekularne kleszcze polimer wydajnie wychwytuje cząsteczki nikotyny i jej pochodnych, może je także w kontrolowany sposób uwalniać" - czytamy w komunikacie IChF PAN.

Polimer z kleszczami na nikotynę można wykorzystać m.in. w czujnikach przeznaczonych do analizy stężenia nikotyny w liściach tytoniowych oraz w badaniach biomedycznych na zawartość metabolitów nikotyny w płynach ustrojowych pacjentów. Innym potencjalnym zastosowaniem są plastry nikotynowe wspomagające zwalczanie nałogu palenia tytoniu. Dzięki nowemu polimerowi mogłyby one uwalniać nikotynę dłużej i równomierniej.

"Pierwszą pułapkę na nikotynę zsyntetyzował kilka lat temu nasz amerykański partner. Były nią molekularne kleszcze, cząsteczki swobodnie pływające w roztworze i w nim tworzące kompleksy z nikotyną. Obecnie udało się nam zamocować kleszcze we wnętrzu jednego z polimerów. Substancja ma formę stałą, dzięki czemu mogliśmy ją wykorzystać do budowy detektorów" - mówi prof. Włodzimierz Kutner z IChF PAN.

Jak wyjaśniają uczeni z IChF PAN, zgłoszoną do opatentowania polimerową pułapkę na nikotynę zbudowano z pochodnej metaloporfiryny, substancji występującej m.in. w ludzkiej krwi. Jej cząsteczka zawiera pierścień z umieszczonym centralnie atomem cynku. Do tego pierścienia dołączono amidowe kleszcze (amidy to organiczne związki chemiczne). Nikotyna wiąże się z tak skonstruowanym polimerem za pomocą swoich dwóch atomów azotu: jeden tworzy wiązanie z atomem cynku, drugi z kleszczami.

"Dzięki specyficznemu, dwupunktowemu wiązaniu mamy większą pewność, że złapana cząsteczka to właśnie nikotyna" - podkreśla dr inż. Krzysztof Noworyta z IChF PAN i dodaje, że w jednym z opracowanych polimerów kleszcze znajdują się po obu stronach płaszczyzny pierścienia z cynkiem. "Taka konstrukcja wyraźnie zwiększa efektywność pułapkowania nikotyny" - mówi Noworyta.

W jaki sposób uczeni będą wyłapywali nikotynę? Zrobią to za pomocą urządzenia zwanego: rezonatorem piezoelektrycznym, który pokryty jest warstwą polimeru. Wychwycone cząsteczki nikotyny zwiększają masę warstwy, co zmienia częstotliwość drgań rezonatora.

"Można powiedzieć, że po prostu ciągle ważymy warstewkę naszego polimeru. Ponieważ wiemy, ile ważyła na początku i wiemy, że wyłapuje ona tylko nikotynę i jej związki, wzrost wagi oznacza obecność tych substancji w roztworze" - wyjaśnia dr Noworyta.

Specjaliści z IChF PAN wyjaśniają, że kwarcowe rezonatory objętościowej fali akustycznej - stosowane w doświadczeniach z nowym polimerem - umożliwiają detekcję nikotyny w roztworach. W najbliższym czasie naukowcy planują nawiązać współpracę z producentami rezonatorów fali powierzchniowej. "Rezonatory tego typu drgają ze znacznie większymi częstotliwościami, są więc czulsze i po pokryciu polimerem wychwytującym nikotynę mogłyby wykrywać ją także w gazach" - informuje IChF PAN.

Nowy polimer opracowano w ramach grantu "Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie", w 85 proc. finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Przyznano go siedmiu polskim instytucjom naukowym m.in. w celu skonstruowania prototypowych urządzeń diagnostycznych, przeznaczonych do zastosowań w medycynie, biologii i ochronie środowiska. W realizacji grantu bierze udział prawie 50 pracowników Instytutu Chemii Fizycznej PAN.