Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 4 sierpnia 2011
Polimer poluje na nikotynę
Nowo skonstruowany polimer, wyposażony w molekularne kleszcze o starannie
dobranej strukturze, efektywnie wychwytuje cząsteczki nikotyny i jej pochodnych.
Osiągnięcie można wykorzystać do budowy czułych i selektywnych detektorów
wykrywających nikotynę w roztworach, a w niedalekiej przyszłości również
w gazach. Polimer nadaje się ponadto do powolnego, kontrolowanego uwalniania
nikotyny, np. w celach terapeutycznych.
Współpraca Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) i Wydziału Chemii Wichita State
University doprowadziła do skonstruowania polimerowej pułapki na nikotynę. Wyposażony w
molekularne kleszcze polimer wydajnie wychwytuje cząsteczki nikotyny i jej pochodnych, może je
także w kontrolowany sposób uwalniać. Związek znajdzie zastosowanie w wielokrotnego użytku
detektorach nikotyny przeznaczonych dla celów przemysłowych i biomedycznych, a także w
plastrach dla palaczy, które będą stabilniej i dłużej wydzielały nikotynę do organizmu.
„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. dr hab. Włodzimierz Kutner 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
(makrocykl) z umieszczonym centralnie atomem cynku. Do tego pierścienia dołączono amidowe
kleszcze. 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.
Opracowany polimer oprócz nikotyny wychwytuje także cząsteczki alkaloidów będących jej
metabolitami oraz inne związki często występujące w produktach nikotynowych, np. kotyninę i
miozminę. Wiązanie polimeru z nikotyną jest trwałe, lecz odwracalne. Dzięki tej właściwości nowe
detektory do oznaczania nikotyny i jej pochodnych będą mogły być używane wielokrotnie.
Detekcja nikotyny następuje za pomocą rezonatora piezoelektrycznego pokrytego elektrolitycznie
warstwą polimeru. Wychwycone cząsteczki nikotyny zwiększają masę warstwy, co wpływa na
łatwą do zmierzenia zmianę częstotliwości 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 Noworyta.
Kwarcowe rezonatory objętościowej fali akustycznej, stosowane w doświadczeniach z nowym
polimerem, umożliwiają detekcję nikotyny w roztworach. W najbliższym czasie naukowcy z IChF
PAN 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.
W opisanej metodzie wykrywanie i oznaczanie nikotyny nie musi ograniczać się do ważenia.
Ponieważ nikotyna jest elektroaktywna, równocześnie z pomiarem częstotliwości naukowcy z
Instytutu Chemii Fizycznej PAN zamierzają mierzyć prąd utleniania nikotyny „pułapkowanej” w
polimerze. Jednoczesny pomiar dwiema metodami zwiększy niezawodność detekcji.
Polimer z kleszczami na nikotynę można wykorzystać m.in. w czujnikach przeznaczonych do
analizy stężenia nikotyny w liściach tytoniwych 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.
Nowy polimer opracowano w ramach grantu „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do
zastosowań w biologii i medycynie”. Grant, w 85% finansowany z Europejskiego Funduszu
Rozwoju Regionalnego, przyznano siedmiu polskim instytucjom naukowym w celu skonstruowania
prototypowych urządzeń diagnostycznych na podłożach półprzewodnikowych, przeznaczonych do
zastosowań w medycynie, biologii i ochronie środowiska, oraz w celu opracowania podstaw
technologii materiałowych dla zastosowań sensorowych i urządzeń diagnostyki molekularnej. W
realizacji grantu bierze udział prawie 50 pracowników Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
dr inż. Krzysztof Noworyta
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433217
email: [email protected]
prof. dr hab. Włodzimierz Kutner
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433217
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF110804b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/08/IChF110804b_fot01.jpg
Wyposażony w molekularne kleszcze polimer, opracowany w wyniku współpracy Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk z
Wydziałem Chemii Wichita State University, umożliwił zbudowanie czujnika wykrywającego nikotynę w roztworach. Na zdjęciu dr inż.
Krzysztof Noworyta z IChF PAN; fotografia dzięki uprzejmości warszawskiego Fajka Bar. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)
IChF110804b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/08/IChF110804b_fot02.jpg
Polimerowa pułapka na nikotynę składa się z pochodnej porfiryny (kolor czarny), w której do makrocyklu (niebieski) zawierającego cynk
(fiolet) dołączono amidowe kleszcze (zielony). Cząsteczkę nikotyny przedstawiono w kolorze czerwonym. (Źródło: IChF
PAN/Tentaris/ACh)
IChF110804b_fot03s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/08/IChF110804b_fot03.jpg
Polimerowa pułapka na nikotynę składa się z pochodnej porfiryny (kolor czarny), w której do makrocyklu (niebieski) zawierającego cynk
(fiolet) dołączono amidowe kleszcze (zielony). Cząsteczkę nikotyny przedstawiono w kolorze czerwonym. (Źródło: IChF
PAN/Tentaris/ACh)
IChF110804b_fot04s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/08/IChF110804b_fot04.jpg
Polimerowa pułapka na nikotynę składa się z pochodnej porfiryny (kolor czarny), w której do makrocyklu (niebieski) zawierającego cynk
(fiolet) dołączono amidowe kleszcze (zielony). Cząsteczkę nikotyny przedstawiono w kolorze czerwonym. Dolna grafika to
trójwymiarowa wizualizacja polimeru. (Źródło: IChF PAN/Tentaris/ACh)
PRACE NAUKOWE:
1. Deviprasad, G. R.; D’Souza, F. Chem. Commun. 2000, 1915-1916.
2. D'Souza, F.; Deviprasad, G. R.; Zandler, M. E.; El-Khouly, M. E.; Fukutsuka, M.; Ito, O. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4801-4807.