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% 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.