Оптические сенсоры на основе BODIPY (бордипирриновых люминофоров) конструирует только одна научная команда. В нее входят семь ученых из Иванова и московского Института физической химии и электрохимии имени А. Фрумкина - специалисты по органическому синтезу, вычислительной и физической химии. Возглавляет лабораторию проректор ИГХТУ, победитель конкурса "Лидеры России" Юрий Марфин.
Разработки по теме ведутся более 10 лет. Летом 2022-го проект создания нового механизма работы химических сенсоров получил грант Российского научного фонда - 18 миллионов рублей. Первые итоги можно будет подводить через три года. Ожидается, что открытия ученых будут иметь большое прикладное значение для медицины (в частности, при диагностике болезни Альцгеймера, онкологических или сосудистых патологий), биологии и промышленности.
- BODIPY-соединения ярко окрашены и могут флуоресцировать, то есть испускать свет. Их структуру очень удобно настраивать под конкретные применения, в том числе для терапии патологических состояний, - пояснил Марфин. - Оптические сенсоры применимы везде, где нужно точно, качественно и быстро определить какое-либо вещество. Например, в цеху, где происходит синтез химических соединений и нужно контролировать предельно допустимую концентрацию вредных веществ.
Химические сенсоры используют при анализе крови, мочи и слюны, при поиске мест локализации раковых клеток в организме.
Направление, выбранное ивановским ученым, отличается тем, что позволяет достичь очень высокой точности и выборочной реакции на содержание вещества в пробе. В основе разработки - управление связыванием молекул. Сегодня уже применяются оптические сенсоры, действующие по принципу ассоциации: молекулы буквально слипаются, вызывая изменение окраски. Раньше такое явление считалось помехой, но ученые поняли, что эффект слипания можно намеренно вызывать или подавлять.
- Сенсор начинает работать, когда происходят направленные изменения в его структуре под действием внешних факторов. Например, за счет химического связывания с анализируемым веществом, что приводит к появлению или исчезновению свечения. Проблема в том, что сенсоры, которые работают по принципу химического взаимодействия, не отличаются высокой избирательностью и кроме целевого вещества могут взаимодействовать с другими молекулами. Такая ситуация не подходит для сложных биологических систем: будет много ложных срабатываний. Поэтому необходимо придумать более изобретательные способы их работы, - отметил Юрий Марфин. - Наша идея, и пока она единственная в мире, заключается в том, чтобы собирать сенсорные системы сначала на границе раздела фаз - растворитель и воздух, а затем переносить их на любые удобные подложки.