Ученые из Сыктывкара и Санкт-Петербурга вместе с китайскими коллегами предложили новый нанозим — искусственный фермент, — с помощью которого можно не только выявить даже очень малые количества гидрохинона в водных растворах, но и удалить это токсичное вещество. Разработка поможет сделать производственные процессы безопаснее, а также снизить загрязнение водоемов. Статья по работе, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry.
Гидрохинон — очень популярное в промышленности соединение. Его антиоксидантные свойства обусловили применение в пищевом и каучуковом производстве, также это вещество добавляют во всевозможные краски и косметику, используют в аналитической химии. Однако при всем этом гидрохинон довольно токсичен — как для работников фабрик, так и водных обитателей, которые могут им отравиться при сбросах отходов в водоемы.
Чаще всего гидрохинон определяют в ходе специфических цветных реакций, когда в его присутствии раствор меняет свою окраску. Подобные процессы могут идти довольно долго, и для ускорения применяют ферменты. Поскольку натуральные трудны в получении и недостаточно стабильны, исследователи отдают предпочтение их искусственным аналогам — нанозимам. Большая их часть содержит атомы переходных металлов, то есть способных изменять степень окисления, однако и они не идеальны: очень много условий нужно соблюсти и при синтезе, и во время проведения реакции.
Российские ученые из Института геологии имени академика Н. П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар) совместно с коллегами из Санкт-Петербургского горного университета (Санкт-Петербург), Юго-Западного университета науки и технологий Мяньяна (Китай) и Мяньянского педагогического университета (Китай) разработали новые искусственные ферменты. В их основу легли природные минералы наподобие слюд, обладающие слоистой структурой — так можно значительно увеличить активную поверхность нанозима. Собственно функцию «индикаторов» играли ионы меди, прикрепленные к чешуйкам основы органическими цепочками: если в растворе был гидрохинон, то они не могли участвовать в цветной реакции, а значит, окраска раствора изменялась медленнее или не изменялась вовсе. Именно по этому можно понять, есть ли искомое соединение в образце и какова его концентрация.
Исследователи испытали нанозим на пробах вод, в которые сбрасываются стоки с заводов, использующих гидрохинон. Разработка оказалась очень чувствительна: фермент реагировал на концентрации вещества, которые были в 6 000 раз ниже предельно допустимых значений в сточных водах. Ученые отметили лакказную активность своего нанозима: как и одноименный фермент в природе, он запускал полимеризацию гидрохинона, тем самым обезвреживая его всего за 30 минут.
«Новый нанозим можно будет использовать в области охраны окружающей среды — как для выявления гидрохинона, так и для его удаления. Это поможет защитить жителей промышленных центров и работников производств, а также сохранить много видов водных обитателей. Мы рассчитываем, что наш подход, основанный на изменении свойств природных минералов и синтезе минералоподобных материалов, поможет найти еще много интересных приложений в самых разных областях. Наш проект многоплановый и мультидисциплинарный, в нем работают минералоги, физики, химики, геологи. Мы работаем на стыке этих наук и надеемся, что объединение наших подходов на основе познания и изменения физико-химических свойств минералогических объектов принесет много интересных результатов», — подводит итог руководитель российской команды международного российско-китайского проекта по гранту РНФ Евгений Голубев, доктор геолого-минералогических наук, сотрудник лаборатории экспериментальной минералогии Института геологии имени академика Н. П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН.