KTU mokslininkai sukūrė naujus organinius junginius, kurie veikia kaip itin jautrūs deguonies jutikliai. Tokie jutikliai gali tiksliai nustatyti net menkiausius deguonies kiekius aplinkoje – informacija, kuri yra itin svarbi ten, kur deguonies koncentracija gali lemti proceso sėkmę ar net žmogaus gyvybę.
 Asociatyvi „Unsplash“ nuotr. |
|---|
Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai sukūrė naujus organinius junginius, kurie veikia kaip itin jautrūs deguonies jutikliai. Tokie jutikliai gali tiksliai nustatyti net menkiausius deguonies kiekius aplinkoje – informacija, kuri yra itin svarbi ten, kur deguonies koncentracija gali lemti proceso sėkmę ar net žmogaus gyvybę.
Dėl šių savybių jutikliai gali būti naudojami medicinoje, pavyzdžiui, diagnozuojant vėžinių audinių hipoksiją – būklę, kai aplink naviką deguonies beveik nėra, maisto pramonėje – tikrinant, ar pakuotės neprarado sandarumo, ir biotechnologijose – tiksliai kontroliuojant ląstelių auginimo procesus. Be to, jų veikimą galima stebėti net plika akimi, o rekordiškai didelis jautrumas užtikrina greitą ir patikimą aptikimą.
Gamybai nereikalingi toksiški dariniai
„Mes sukūrėme dvi naujas medžiagas, kurios veikia kaip itin jautrūs deguonies jutikliai. Jų švytėjimas priklauso nuo deguonies buvimo aplinkoje – be jo šviesa ne tik sustiprėja, bet ir pakeičia spalvą iš mėlynos į žalią“, – pasakoja vienas iš tyrimo autorių dr. Matas Gužauskas.
KTU sukurtų junginių veikimas pagrįstas fosforescencija – švytėjimu, pasireiškiančiu kambario temperatūroje. Tai organiniams junginiams reta ir itin vertinga savybė, nes dauguma jų fosforescuoja tik esant labai žemoms temperatūroms.
 Dr. Matas Gužauskas |
|---|
Fosforescencija atsiranda, kai molekulė sužadinama ir pereina į specialią energijos būseną, vadinamą tripletine. Iš šios būsenos šviesa skleidžiasi ilgiau nei įprastos fluorescencijos atveju. Būtent ši ilgai trunkanti emisija ir yra labai jautri deguoniui – susidūrusi su sužadinta molekule, deguonies molekulė atima energiją ir užgesina švytėjimą.
Dažnai fosforescencijai pasiekti naudojami sunkiųjų metalų, tokių kaip iridis ar platina, kompleksai. „Šie metalai yra labai brangūs, o tai smarkiai padidina galutinio produkto kainą. Be to, jų dariniai dažnai yra toksiški ir kenksmingi aplinkai. Dėl šių priežasčių jų naudojimas yra ypač problemiškas biologijos, medicinos ar maisto pramonės srityse, kur saugumas yra svarbiausias prioritetas“, – aiškina KTU Cheminės technologijos fakulteto (CTF) tyrėjas.
KTU mokslininkų atrasta alternatyva – tiantreno dariniai. Tai – organinės molekulės, kurių struktūroje yra du sieros atomai, kurių forma savita – ne plokščia, o sulenkta. „Būtent sieros atomai ir jų specifinė erdvinė struktūra leidžia molekulei ilgai švytėti“, – teigia M. Gužauskas.
Itin jautrūs mažam deguonies kiekiui
Sukurti junginiai pasižymi rekordiškai dideliu jautrumu, kurį parodo Sterno–Volmerio konstanta. Vieno iš junginių konstanta yra viena didžiausių kada nors užfiksuotų organiniams bemetaliams jutikliams, todėl net mažiausi deguonies kiekiai gali būti patikimai ir greitai aptikti.
Dėl tokio jautrumo medžiagos turi platų pritaikymą. „Ypač daug potencialo matome medicinoje, todėl tikimės rasti partnerių, kurie padėtų ištirti jų biologinį suderinamumą ir galimą taikymą ląstelių ar audinių tyrimuose“, – teigia M. Gužauskas.
Pasak jo, šios medžiagos gali būti naudojamos ir biomedicininiuose jutikliuose, ir bio-vaizdinimo priemonėse, taip stebint ląsteles, audinius ar metabolinius procesus realiu laiku. Be to, jos tinka aplinkos monitoringo įrenginiams, skirtiems matuoti deguonies kiekį vandenyje ar ore, bei išmaniosioms inovacijoms maisto ir farmacijos pramonėje, pavyzdžiui, tikrinant produkto pakuotės sandarumą.
Taip pat junginiai gali būti pritaikyti saugumo rašaluose, kurių autentiškumą galima patikrinti tik specifinėmis sąlygomis, ir įvairiuose optoelektroniniuose prietaisuose.
Mokslininkas priduria, kad šių junginių sintezė yra gana paprasta: naudojamos gerai žinomos cheminės reakcijos, todėl optimizavus sąlygas gamybą būtų galima išplėsti ir pritaikyti didesniu mastu.
Prie tyrimo, atlikto vykdant projektą „Technologinių ir fizinių mokslų ekscelencijos centras (TiFEC)“, prisidėjo doc. dr. Rasa Keruckienė ir KTU doktorantas Lukas Dvilys. Tyrėjų teigimu, jis neatveria visiškai naujos krypties, bet nustato naują standartą jau esamoje srityje. M. Gužauskas įsitikinęs, kad šis tyrimas gali tapti pagrindu dideliems mokslo atradimams.
