Многие слышали про концепцию «ключ-замок» в молекулярной биологии. В рамках неё эффективное соединение молекул происходит при их полном пространственном соответствии: они подходят друг к другу, как ключ к замку. Но можно ли использовать подобный подход для создания искусственных сенсоров на небольшие органические молекулы?
Да, этот подход активно применяется на практике, а получаемые материалы называют молекулярно-импринтированными полимерами (MIP). MIP — это сшитая полимерная матрица (по сути, «умный» пластик). В процессе синтеза полимер застывает вокруг молекулы-шаблона (например, аминокислоты), а затем этот шаблон из матрицы вымывают. На выходе мы получаем полимер, в котором остаются полости-«слепки», идеально подходящие под форму и химическую природу целевой молекулы. Эффективность такой «памяти» измеряют с помощью фактора импринтинга (IF) — он показывает, во сколько раз MIP связывает целевое вещество лучше, чем такой же полимер, но сделанный без шаблона (NIP).
Всё звучит идеально, но есть проблема: вымыть молекулы-шаблоны из глубоких пор MIP крайне сложно. Обычно для этого приходится использовать огромное количество токсичных органических растворителей, что неэкологично и часто разрушает сами точечные полости.
Эту проблему красиво решили авторы свежей работы в ACS Applied Polymer Materials. В качестве «зелёной» альтернативы растворителям они использовали сверхкритический CO₂ — флюид (scCO₂), сочетающий высокую проникающую способность газа и растворяющую способность жидкости. При сбросе давления он просто испаряется, оставляя чистый, сухой и готовый к работе сенсор (рис. 1).
Однако обсуждаемая статья примечательна не только использованием флюида, но и необычным функциональным мономером — металлокомплексом бериллия с куркумином (рис. 2).
Полученный MIP — не результат огромного числа слепых экспериментов. Состав смеси был предварительно рассчитан с помощью метода молекулярной динамики (MD), адаптированного под среду scCO₂ при 60 °C и 300 бар. Моделирование показало, что добавить небольшое количество этанола в качестве сорастворителя принципиально важно для эффективного связывания; подобрать такую точную рецептуру без расчётов было бы крайне трудно. Полученный полимер показал внушительный фактор импринтинга: IF = 11,6.
Подобная комбинация молекулярной динамики и нестандартных сред приближает нас к воплощению идей «зелёной» химии в жизнь.
Ссылка на статью
Автор: Степан Попович
Источник: Химическое информационное агентство