CC BY
1
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
DOI -10.32743/UniChem.2024.126.12.18835
МОЛЕКУЛЯРНО-ИМПРИНТИРОВАННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРАМФЕНИКОЛА
Дадажонова Гульноза Абдулвохиджон кизи
базовый докторант
Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Каттаев Нуритдин Тураевич
д-р хим. наук, проф.
Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Акбаров Хамдам Икрамович
д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
MOLECULAR-IMPRINTED POLYMER COMPOSITE FOR THE DETERMINATION OF CHLORAMPHENICOL
Gulnoza Dadajonova
PhD student
at the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Nuritdin Kattaev
Doctor of Chemical Sciences, Professor at the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Khamdam Akbarov
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of Department at the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
На основе квантовой точки CdTe получен молекулярно-импринтированный диоксид кремния для обнаружения антибиотика хлорамфеникола. Размерные характеристики композита исследованы методом рентгеновской дифракции. Показано, что частицы в его составе преимущественно наноразмерные.
ABSTRACT
Based on CdTe quantum dots, molecularly imprinted silicon dioxide was obtained for detecting the antibiotic chloramfenicol. The dimensional characteristics of the composite were studied by X-ray diffraction. It was shown that the particles in its composition are predominantly nanosized.
Ключевые слова: квантовая точка, молекулярно-импринтированный полимер, композит, рентгенофазовый метод, флуоресценция, формула Шеррера.
Keywords: quantum dots, molecular-imprinted, composite, X-ray phase method, fluorescence, Scherrer's equation.
Библиографическое описание: Дадажонова Г.А., Каттаев Н.Т., Акбаров Х.И. МОЛЕКУЛЯРНО-ИМПРИНТИРОВАННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРАМФЕНИКОЛА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2024. 12(126). URL:
https://7universum.com/ru/nature/archive/item/18835
№ 12 (126)
I. Введение. Технология молекулярного импринтинга (МИТ) известна как технология, использующая память шаблонов для формирования селективных участков в матрице молекулярно-импринтированного композита (МИП) [1]. МИП привлекли больше внимания из-за их высокой физико-химической устойчивости, простоты приготовления и специфического распознавания молекул-мишеней. В качестве рецепторов с антителоподобными связывающими свойствами или ферментоподобной активностью МИП лучше всего описывать как синтетические аналоги природных биологических систем антитело-антиген, и постепенно они стали предпочтительным выбором для материалов молекулярных рецепторов [6]. Их получение включает полимеризацию соответствующих мономеров и сшивающих агентов в присутствии выбранных молекул-шаблонов. При удалении молекул матрицы в высоко-сшитой полимерной матрице образуются сайты узнавания аналогичной формы и размера и с дополнительной химической функцией [5].
Квантовые точки (КТ) стали новым свето-излучающим материалом с уникальным размерным эффектом и люминесцентными свойствами [5]. КТ CdTe, как одна из полупроводниковых нано-частиц, показали большой потенциал для передачи сигнала в химических сенсорах из-за их хорошей фотостабильности и высокой эффективности люминесценции [7]. По сравнению с традиционными органическими флуоресцентными красителями они обладают преимуществами широкой полосы поглощения, узкой полосы излучения и отличной оптической стабильностью. Однако недостаточная селективность является ключевым фактором, препятствующим их применению в качестве мощного инструмента обнаружения. Под действием сшивающего агента и инициатора КТ полимеризуются с функциональным мономером и матричной молекулой (целевым аналитом) с образованием М1Р@. После удаления молекулы-шаблона (целевого аналита) полости внутри МИП@КТ обладают специфичностью распознавать целевой аналит [11]. После появления целевого аналита он будет конкретно идентифицирован с помощью МИП@КТ. Таким образом, введение МИП может эффективно повысить селективность КТ. В этом случае необходимо получить МИП с их исключительным связующим свойством, а ключ к этому кроется в управляемости и гидрофильности импринтированного покрытия. На сегодняшний день
декабрь, 2024 г.
для изготовления покрытий для импринтинга используется несколько мономеров, таких как дофамин, анилин, акриламид и силоксан [8]. Покрытые диоксидом кремния КТ обладают отличной гидро-фильностью, управляемостью и стабильностью флуоресценции благодаря легкой функционализации амино- и карбоксильных групп на их поверхности [12].
Целью данного исследования является получение наноструктурного композита на основе CdTe.
II. Методическая часть. Получение композита
ЫИП@КТ. Композиты МИП@КТ получали методом обратной микроэмульсии и методом молекулярного-импринтинга. С 3-аминопропилтриэтоксисиланом (APTES) в качестве функционального мономера хлорамфеникол (CAP) полимеризовали за счет спонтанной сборки водородных связей.
Характеристика композита ЫИП@КТ. Для идентификации композита использовали метод Фурье-ИК-спектроскопии с использованием IRTracer-100 (Shimadzu, Япония). Образцы применялись в виде порошка.
Структурная морфология поверхности композита изучена с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и размерные характеристики композита определяли методом рентгеновской дифракции на XRD-6100 (Shimadzu, Япония).
Полученные результаты и их обсуждение
В данной работе синтез молекулярно-имприн-тированного композита МИП@КТ был осуществлен на основе модифицированного обратного микроэмульсионного метода [9]. Для снятия молекулярного отпечатка в качестве молекулы-шаблона выбрали САР.
Синтез выполняется в двух этапах. На первом этапе получается CdTe с основой композита. Это сигнал для определения молекулы шаблона для композита. На втором этапе молекулярно-импортируемый композит получается на основе CdTe KT для определения антибиотика САР. Антибиотик САР в образце исключается с использованием растворителя [4]. Схема процесса получения композита представлена на рисунке1.
На схеме ниже приведены молекулярные следы, оставленные антибиотическим веществом САР. Полученные образцы композита имеют вид белого порошка, а их флуоресцентные свойства хорошо видны в жидкой фазе.
Рисунок 1. Схема получения молекулярно-импринтированного композита MИП@КТ с молекулярным отпечатком САР и механизм его фотолюминесцентного действия
Области поглощения определяли по спектрам Fure-ИК композита. Согласно ему характерный пик широкого колебания Si-O-Si представляет собой широкий пик 1000~1100 см-1, а пики асимметричного колебания Si-O соответствуют области 443,25 см-1 и 787,88 см-1. Что касается пиков, характерных для
аминогрупп, то видно, что они появляются в областях 3211,01 и 1635,03 см-1 [2]. Кроме того, наличие пика поглощения в области 1460,06 см-1 указывает на эффективное элюирование САР в композит MИП@КТ.
На рисунке 2 представлены электронные (СЭМ) микрофотографии композита MИП@КТ.
Рисунок 2. СЭМ микрофотографии композита MИП@КТ при 5000- (а) и 12000-кратных (б) увеличениях
Как видно из рисунка 2, морфология поверхности композита MИП@КТ явно гетерогенная и состоит из частиц нанометрового уровня.
На рисунке 3 представлены результаты рентгенофазовой анализа композита MИП@КТ.
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Рисунок 3. Рентгенограмма композита MИП@КТ
По результатам рентгенофазового анализа размер частиц можно определить по формуле Шеррера [10]:
В формуле D - средний размер кристалла; К - безразмерный коэффициент формы частицы (константа Шеррера); 1 - длина волны рентгеновского излучения; в - ширина пика на полувысоте (в радианах и 20 единицах); 0 - угол дифракции (угол Брэгга).
Размеры частиц МИП@КТ
Коэффициент К может показывать разные значения в зависимости от формы частиц. Например, для сферических частиц K обычно принимают равным 0,9 [3]. Следует отметить, что формула Шеррера неприменима для частиц размером более 0,1-0,2 мкм (100-200 нм) и пригодна лишь для определения приблизительных размеров частиц, поскольку дифракция учитывает уширение отражений.
Определенные по формуле Шеррера размеры частиц МИП@КТ по дифракционным рефлексам приведены в табл. 1.
Таблица 1.
папы по формуле Шеррера
№ Пик 2в( o ) d (A)* I/Ii В (FWHM) D, нм
1 7.6417 11.55964 24 3.76670 2.19
2 19.0159 4.66327 16 2.30900 3.66
3 24.3058 3.65901 100 6.39920 1.33
4 30.8423 2.89682 8 2.10760 4.10
*Примечание: d — межплоскостное расстояние, FWHM — ширина возврата на половине высоты.
Из данных, представленных на рисунке 3 и в таблице 1, можно сделать следующий вывод: в составе композита МИП@КТ, полученного для антибиотика САР, преобладают частицы размером около 1,33 нм.
Также частицы размером около 2,19 нм значительно уступают фракции частиц около 3,66 нм по относительной интенсивности пика (1/11=21).
Список литературы:
1. Chen L.X., Xu, S.F., Li J.H. Recent advances in molecular imprinting technology: Current status, challenges and highlighted applications // Chemical Society Reviews. - 2011. - Vol. 40. - Pp. 2922-2942.
2. Chen P., Qu R., Peng W., Wang X., Huang K., He Y., Zhang X., Meng Y., Liu T., Chen J. Visual and dual-fluorescence homogeneous sensor for the detection of pyrophosphatase in clinical hyperthyroidism samples based on selective recognition of CdTe QDs and coordination polymerization of Ce3+ // Journal of Materials Chemistry C. - 2021. -Vol. 9. - Pp. 4141-4149.
3. Cullity B.D., Stock S.R. Elements of X-Ray Diffraction. - 3rd Ed., Prentice- Hall Inc, 2001.
4. Díaz-Álvarez M., Martín-Esteban A. Molecularly Imprinted Polymer-Quantum Dot Materials in Optical Sensors: An Overview of Their Synthesis and Applications // Biosensors. - 2021. - Vol. 11. - Pp. 79.
5. Jing F.A., Yw, A., Jw A., Cw B., Hs, A. Study of molecularly imprinted solid-phase extraction of diphenylguanidine and its structural analogs // Analytica Chimica Acta. - 2009. - Vol. 639. - Pp. 42-50.
6. Li D., Bie, Z., Wang F., Guo E. Efficient synthesis of riboflavin-imprinted magnetic nanoparticles by boronate affinity-based surface imprinting for the selective recognition of riboflavin // Analyst. - 2018. - Vol. 143. -Pp. 4936-4943.
7. Li D., Wang N., Wang F., Zhao, Q. Boronate affinity-based surface-imprinted quantum dots as novel fluorescent nanosensors for the rapid and efficient detection of rutin // Analytical Methods. - 2019. - Vol. 11. - Pp. 3212-3220.
8. Li D.J., Tu T.Y., Yang M.K., Xu C. Efficient preparation of surface imprinted magnetic nanoparticles using poly (2-anilinoethanol) as imprinting coating for the selective recognition of glycoprotein // Talanta. - 2018. - Vol. 184. - P. 316-324.
9. Sarafraz-Yazdi A., Razavi N. Application of molecularly-imprinted polymers in solid-phase microextraction techniques // Trends in Analytical Chemistry. - 2015. - Vol. 73. - Pp. 81-90.
10. Umarov A.V., Abdurakhmanov U., Khamzayev H.E., Kattaev N.T., Tozhiboev A.G. Synthesis and Structural Investigations of Metal-Containing Nanocomposites Based on Polyethylene // Z. Naturforsch. - 2019. - Vol. 74(3)a. -Pp. 183-187.
11. Yu J.L., Wang, X.Y., Kang Q., Li J.H., Shen D.Z., Chen L.X. One-pot synthesis of a quantum dot-based molecular imprinting nanosensor for highly selective and sensitive fluorescence detection of 4-nitrophenol in environmental waters // Environmental Science: Nano. - 2017. -Vol. 4. - P. 493.
12. Zhou Z., Ying H., Liu Y., Xu W., Yang Y., Luan Y., Lu Y., Liu T., Yu S., Yang W. Synthesis of surface molecular imprinting polymer on SiO2-coated CdTe quantum dots as sensor for selective detection of sulfadimidine // Applied Surface Science. - 2017. - Vol. 404. - Pp. 188-196.
