ИСТИНА

Молекулярный импринтинг как способ получения сорбентов, селективных к наперед заданным соединениям, продолжает будоражить умы исследователей. С конца 1980-х годов, когда начался взрывной рост, опубликовано порядка 10 тыс. работ в этой области, импринтированные сорбенты выпускаются коммерческими фирмами. В последние годы много внимания уделялось импринтингу в системах с наночастицами, предложено много оригинальных подходов и приемов. Тем не менее, в практическом аспекте так и не удалось превзойти достижения 1990-х гг., когда при полимеризации обычных акриловых мономеров в массе удавалось добиваться импринтинг-факторов порядка нескольких десятков. В то же время, в природе существуют гораздо более совершенные системы селективного связывания органических молекул, хотя и основанные на несколько иных принципах. Эта ситуация заставляет исследователей искать принципиально новые подходы к импринтингу. Один из возможных, но почти не разработанных подходов, – это импринтинг в биополимеры, например в белки. Белки используют как темплаты в очень большом числе работ, то есть получают сорбенты, селективные к этим белкам. Однако отсутствуют работы, в которых белок использовали бы в качестве матрицы, то есть материала, в который импринтируют темплат (разумеется, потребуется ковалентная сшивка такой матрицы). Преимущества белка по сравнению с синтетическими полимерами должны заключаться в большом числе функциональных групп разной природы, которые могут облегчить подстройку белковой матрицы под молекулу темплата. Перспективность белка как матрицы связана еще и с тем фактом, что природные антитела – тоже белки.

Molecular imprinting is a method of preparing sorbents selective to preassigned compounds continues to haunt the minds of researchers. Since the late 1980s, when it started the explosive growth, about 10,000 papers in this area were published, and imprinted sorbents are produced by commercial companies. In recent years, much attention has been paid to the imprinting of nanoparticle systems, prompted by many original approaches and techniques. However, in practical terms, it has not managed to surpass the achievements of the 1990s, when the polymerization of acrylic monomers helped to achieve imprinting factors on the order of dozens. At the same time, in nature there are far more sophisticated systems selective to organic molecules, although based on different principles. This situation forces researchers to look for new approaches to molecular imprinting. One of the possible, though hardly developed approaches is imprinting in biopolymers, for example, proteins. Proteins are used as templates in a large number of works, where sorbents were obtained selective to these proteins. However, there are no studies in which a protein would be used as matrix, i.e. as the material in which a template is imprinted (of course, that will require covalent cross-linking of the matrix). Advantages of protein matrix over synthetic polymers is supposed to be in a large number functional groups of different nature, which can facilitate the adjustment of the protein matrix to the template molecule. The prospects of protein matrix is ​​also connected with the fact that natural antibodies are proteins, too.

Будут получены молекулярно-импринтированные белки, ковалентно или нековалентно иммобилизованные на поверхности кремнеземов, для сорбционного концентрирования органических темплатов. Ожидается, что будут выявлены системы (носитель – биополимер – темплат или носитель – биополимер – темплат – полиэлектролит), в которых будет наблюдаться молекулярный импринтинг (т.е. импринтинг-фактор будет выше единицы). Ожидается, что некоторые из полученных сорбентов будут иметь более высокую селективность и/или покажут более высокую степень связывания темплата, чем существующие молекулярно -импринтированные сорбенты. Будут получены сведения о типах взаимодействий белка с темплатами и полиэлектролитами, о распределении комплексов БСА –полиамин в системе крем незем – раствор, а также о кинетике сорбции органических темплатов и других веществ на полученных с орбентах.

Ранее Е.В.Булатовой были получены наночастицы диоксида титана, молекулярно-импринтированные на поверхности органическими темплатами (триазиновым гербицидом симазином и флавонолом галангином). Импринтинг проводили золь-гель методом путем медленного гидролиза алкоксидов титана. Показано, что импринтинг фактор в таких системах достигает 4.0 и 2.0, а сорбционная емкость – 2.6 и 0.5 мг/г, соответственно. М.К.Беклемишев также работал в области поверхностного молекулярного импринтинга фитоэкдистероидов: получены сорбенты с молекулярными отпечатками экдистена и его комплекса с 3-аминофенилборной кислотой для групповой сорбции фитостероидов и разработаны картриджи для твердофазной экстракции на основе импринтированных сорбентов для экспрессного концентрирования этих аналитов и их селективного выделения. Степени извлечения фитоэкдистероидов импринтированным сорбентом в 2–3 раза выше, чем неимпринтированным. Осуществляли также импринтинг экдистена в конформационно гибкие матрицы (полиэлектролитный мультислой, белок), закрепленные различными способами на подложках (трековой мембране и силикагеле). Полученные при этом молекулярные отпечатки позволили наблюдать групповую сорбцию фитостероидов, однако получаемые результаты были нестабильны. Удалось показать, что в матрице TiO2 молекулярные отпечатки образуются более воспроизводимо, чем в полиэлектролитном мультислое и белке, что объяснили увеличением конформационной жесткости матрицы. Однако мы считаем, что белок имеет потенциальные преимущества перед синтетическими полимерами благодаря большему числу функциональных групп разной природы, которые могут облегчить подстройку белковой матрицы под молекулу темплата.

Получены растворимые комплексы белка (бычьего сывороточного альбумина), катионного полиэлектролита (полиэтиленимина и полиаллиламина) и органических темплатов (метиленового синего, бромтимолового синего и гидрохинона), в том числе ковалентно сшитые (с помощью карбодиимидной сшивки или глутарового альдегида), нековалентно закрепленные на поверхности кремнеземов с привитыми иминодиацетатными и 2-карбоксиэтильными группами. Достигнут импринтинг фактор темплатов, равный 1.5-1.8, причем только в случае ковалентной иммобилизации белка с последующей сшивкой глутаровым альдегидом в присутствии в качестве темплатов метиленового синего и гидрохинона; и равный 7.3 в случае нековалентной иммобилизации комплекса белок–полиаллиламин в присутствии бромтимолового синего. Однако в последнем случае степень извлечения была низкой (до 10%), а высокий импринтинг фактор после повторной отмывки не воспроизвелся. Некоторые из полученных сорбентов имели более высокую селективность и/или показали более высокую степень связывания темплата, чем существующие молекулярно-импринтированные сорбенты на основе неорганических полимеров. Так, сорбционная емкость ковалентно иммобилизованных молекулярно-импринтированных белков достигала 600 мкг/г метиленового синего и 38 мкг/г гидрохинона, а нековалентно иммобилизованных – 1 мг/г бромтимолового синего. Молекулярно-импринтированный белок, нековалентно иммобилизованный в присутствии полиаллиламина, более селективно извлекает бромтимоловый синий по сравнению с бромкрезоловым пурпурным, бромфеноловым красным и крезоловым красным. Получены сведения о гидрофобных и электростатических (ионных) взаимодействиях белка с темплатами и полиэлектролитами, а также о распределении комплексов белок – полиамин в системе кремнезем – раствор. В большинстве случаев кинетика сорбции органических темплатов и других веществ на полученных сорбентах подчиняется моделям псевдо-второго или смешанного порядка.