Химик рассказал, где используют флуорофоры

15:07, 14 августа 2023

Сферы применения светящихся веществ — от отбеливания рубашек до выжигания опухолей

Флуорофоры широко используются и в биохимии, к примеру, для секвенирования ДНК. Фото: Анна Маринович.

Флуорофоры (вещества, которые светятся под воздействием излучения) сегодня используют в самых разных сферах — от бытовых и медицинских до электроники и сфер безопасности. Где применяют флуоресцирующие вещества, рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории перспективных материалов, зеленых методов и биотехнологий УрФУ Игорь Ковалёв.

«Существуют разные способы возбуждения люминесценции — триболюминесценция, химолюминесценция, электролюминесценция и другие. От этих способов зависит, чем воздействуют на молекулы и каким образом высвобождается энергия излучения. К примеру, флуоресценцией обладают и грибы, и планктон, и насекомые. Так вот, у светлячков свечение происходит в результате химической реакции», — поясняет Игорь Ковалёв.

Яркий бытовой пример использования флуоресценции — придание одежде белого цвета. Для этого в порошок добавляют оптические отбеливатели. Это синтетические красители, которые оседают на ткань и при солнечном свете флуоресцируют светло-голубым цветом, благодаря чему желтоватый оттенок маскируется, а вещь кажется белее, чем есть на самом деле.

Другой пример использования флуорофоров — подкрашивание рек. Таким образом можно определять подводные течения, русла рек или окрашивать их в зеленый цвет, как это делают в День святого Патрика.

«Флуорофоры также помогают определить вредные вещества в воде — ртуть, кадмий, цинк. Такие технологии существуют. Для детектирования нужна небольшая переносная ультрафиолетовая лампа (детектор валют), бумажная полоска-сенсор и темное помещение, где это можно обработать. Флуорофоры также эффективны при экспресс-анализе почв, грунтовых и сточных вод бытового назначения, когда необходимо проверить их на присутствие гербицидов, техногенных отходов или, например, следов лекарственных препаратов», — добавляет Игорь Ковалёв.

Медицина — еще одна область применения флуорофоров. С их помощью можно проследить, как лекарственный препарат усваивается теми или иными органами человеческого организма, какие изменения в человеческих органах и тканях возникают, насколько они доброкачественны.

«Подбирают определенный вид органической молекулы, которая светит, и прикрепляют к ней фрагмент, привлекательный для раковой клетки. Пациент получает такое вещество, оно накапливается в раковой опухоли. При операции, во-первых, можно подсветить ультрафиолетом четкие границы опухоли, а, во-вторых, выжигать только раковые клетки, не повреждая здоровые рядом. Это происходит за счет того, что на молекуле активного вещества есть флуорофорный фрагмент, позволяющий генерировать активные формы кислорода, который эту клетку убивает. Эту технологию в основном используют для лечения кожных заболеваний, так как лазерное излучение не может глубоко проникнуть», — говорит Игорь Ковалёв.

«Поведение» флуорофоров служит и индикатором присутствия взрывчатых веществ. В этом случае рецепторы ярко светящегося флуорофора образуют несветящиеся комплексы с молекулами взрывчатого вещества, находящегося в воздухе в виде паров или в растворе. Примерно так же, как собака улавливает взрывчатку обонятельными рецепторами своего носа. При контакте со взрывчаткой флуорофор, как правило, гаснет, так как идет тушение флуоресценции, и это фиксируется специальным прибором.

Отметим, научный коллектив химиков Уральского федерального университета и Института органического синтеза УрО РАН много лет работает над созданием экологичных (методом «зеленой химии», безотходными и малоотходными технологиями), недорогих и простых флуорофоров для медицинских целей и вопросов безопасности.

Анна Маринович