Светящиеся вещества помогут распознавать взрывчатку и ртуть
Российские ученые синтезировали два новых флуорофора, с помощью которых можно эффективно выявлять присутствие ртути в воде и взрывчатых веществ в воздухе. В качестве исходного вещества химики использовали полиэтиленгликоль — широко распространенный материал, который применяется, к примеру, как основа для изготовления мазей и элемент моющих средств. Выбор полиэтиленгликоля продиктован тем, что он также выступает типичным компонентом многих комплексообразующих молекул, в том числе для улавливания катионов металлов и нитровзрывчатых веществ.
Полиэтиленгликоль дополнительно модифицировали фрагментами ацетилена, что открыло возможность проведения синтеза флуорофоров путем так называемой клик-реакции азид-алкинового циклоприсоединения.
«В качестве самого простого катализатора клик-реакции мы использовали медный купорос в присутствии аскорбиновой кислоты, так как известно, что добавление одновалентной меди приводит к тому, что реакция ускоряется и протекает легко, при комнатной температуре, атомная эффективность достигает 100 процентов, и в результате образуется только один продукт», — комментирует Игорь Ковалев, руководитель исследовательской группы по созданию сенсорных материалов, ведущий научный сотрудник Лаборатории перспективных материалов, зеленых методов и биотехнологий УрФУ.
Клик-реакции направлены на быстрое, производительное и надежное получение химических продуктов путем присоединения друг к другу различных элементов. При этом в создании финального продукта задействован максимум атомов реагентов, то есть атомная эффективность стремится к стопроцентной, а количество побочных продуктов, требующих последующей утилизации, напротив, — к нулю. Таким образом, клик-реакции не только продуктивны и экономичны, но и экологичны и соответствуют принципам «зеленой химии».
Форму новых флуорофоров ученые подсмотрели у южноамериканских пастухов и охотников. Структурно новые соединения похожи на бола (болас, болеадорас) — метательное приспособление, состоящее из веревки с грузами на обоих концах и предназначенное для поимки животных. В структуре флуорофоров полиэтиленгликоль служит перемычкой между молекулами гетероциклических соединений триазола и оксадиазола. Это повышает отклик и свечение флуорофоров.
«В ходе исследований мы убедились, что наши флуорофоры активно излучают поглощенную световую энергию, квантовый выход приближается к предельным показателям. В присутствии взрывчатых веществ, таких как 2,4-динитротолуол и 2,4,6-тринитротолуол (тротил), свечение флуорофоров гасится, причем структура бола способствует тому, что интенсивность их отклика на взрывчатые вещества удваивается. Дело в том, что при определенных внешних условиях такая структура способна сложиться пополам, ее концы, в данном случае молекулы триазола и оксадиазола, сближаются, и проникающая между ними молекула взрывчатого вещества одновременно гасит оба фрагмента, эффективность тушения флуоресценции возрастает вдвое», — объясняет Игорь Ковалев.
По его словам, благодаря структуре бола и присутствию в ней полиэтиленгликоля синтезированные флуорофоры распознают даже тетранитропентаэритрит (ТЭН) — мощное взрывчатое вещество, используемое в составе пластических взрывчаток. ТЭН отличается слабой летучестью, плохо переходит в паровое состояние и поэтому улавливается с трудом.
«Чтобы решить эту проблему, мы использовали ТЭН в виде раствора. В этом состоянии он успешно взаимодействовал с нашими флуорофорами, вызывая их гашение», — рассказывает Игорь Ковалев.
Более того, и полиэтиленгликоль, и триазол с оксадиазолом хорошо взаимодействуют с ртутью. Как показали эксперименты, она даже при низкой концентрации и в присутствии других металлов — меди, кобальта, кадмия, олова, цинка, никеля и марганца — вызывает резкое гашение синтезированных флуорофоров. Поэтому их можно применять в качестве высокочувствительных селективных хемосенсоров этого чрезвычайно токсичного и опасного загрязнителя природы.
Добавим, что в исследованиях приняли участие сотрудники Института органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН, Уральского государственного медицинского университета, Санкт-Петербургского государственного университета, Российского университета дружбы народов. Детектирование взрывчатых и токсичных веществ с помощью хемосенсоров — один из наиболее удобных методов их распознавания. Заметными преимуществами флуоресцентных технологий являются их простота, мобильность, экономичность, оперативность, возможность точной структурной настройки хемосенсора для повышения его селективности и улучшения отклика на детектируемые вещества.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России. Статья с результатами опубликована в журнале Molecules.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно