Ученые КФУ разработали биосовместимые люминесцентные материалы
Ученые Казанского федерального университета совместно с коллегами из Казанского научного центра РАН получили новые биосовместимые люминесцентные материалы на основе циклического дипептида. Работа опубликована в международном журнале Physical Chemistry Chemical Physics и открывает новые горизонты в разработке оптических устройств, гелеобразующих систем и биомедицинских технологий.
Разработка новых функциональных материалов сегодня является одной из наиболее перспективных задач современной науки. Особое внимание уделяется биосовместимым соединениям, которые можно использовать в медицине и смежных областях.
Ученые сосредоточили внимание на дипептидах – коротких молекулах, состоящих из двух аминокислотных остатков. Эти соединения относительно просты по структуре, но при этом способны образовывать разнообразные устойчивые формы. В частности, объектом исследования стали два дипептида: L-аланил–L-лейцин и L-лейцил–L-аланин.
«В настоящее время эти материалы получены только как лабораторные образцы. Их особенностью является применение алифатических дипептидов как строительных блоков, в то время как в литературе для этих целей используются ароматические дипептиды, люминесцентные свойства которых хорошо известны», – рассказал директор Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Марат Зиганшин.
Впервые были подробно исследованы термические свойства этих дипептидов. Результаты показали, что при нагревании выше критической температуры в твердой фазе они подвергаются трансформации и образуют циклический дипептид – производное 2,5-дикетопиперазина.
Для анализа механизмов этих реакций команда исследователей применила методы изоконверсионной кинетики. С их помощью удалось определить кинетические параметры процессов и построить модели, описывающие превращения дипептидов в условиях нагрева.
Циклические дипептиды способны к самосборке, формируя микро- и наноструктуры различной формы в зависимости от используемого растворителя. В одних условиях получались тонкие волокна и фибриллы, в других – плоские пластинки. Волокнистые структуры особенно интересны для создания гелеобразующих систем, которые могут быть использованы в адресной доставке лекарственных препаратов. Пластинчатые образования, в свою очередь, открывают перспективы для применения в оптических устройствах и материалах с уникальными световыми свойствами.
«На текущий момент ввиду малоизученности люминесцентных свойств, потенциал применения этих структур выше в виде гелей. Необходимо дальнейшее исследование влияния веществ, содержащихся в живом организме, на их оптические свойства. В перспективе эти структуры могут быть использованы для биовизуализации биологических объектов», – отметил М. Зиганшин.
Одним из наиболее ярких открытий стало обнаружение люминесцентных свойств микроструктур на основе цикло (Ala-Leu). Эксперименты показали: они поглощают излучение длиной волны 372 нанометра и излучают при 460 нанометрах. При этом квантовый выход составил 40 процентов, что является высоким показателем для подобных систем.
«Известно, что циклический дикетопиперазин выделяют из грибов и бактерий. Это биологически активное вещество обладает статическим действием против вируса осповакцины. Предположительно, оно является веществом средней токсичности и может быть использовано на клетках вне живого организма. В сравнении с другими циклическими дипептидами структуры на его основе характеризуются хорошим квантовым выходом и относительно большой величиной Стоксова сдвига», – прокомментировал директор Химического института им. А.М. Бутлерова.
Необходимо отметить, что до настоящего времени в научной литературе практически отсутствовали примеры люминесценции алифатических дипептидов. Это делает работу ученых уникальной и значимой для дальнейшего развития всей области пептидной химии.
Открытие имеет широкий спектр потенциальных применений. Благодаря яркой люминесценции материалы могут быть использованы в датчиках, биомаркерах и элементах фотоники. Волокнистые структуры пригодны для создания гелей и наноматериалов, применяемых в адресной доставке лекарственных редств. Результаты исследования открывают новый взгляд на поведение дипептидов на перспективу для проектирования новых молекулярных систем. Уникальные исследования в области пептидной химии открывают перспективы для медицины и оптической электроники.
Источник: Пресс-служба КФУ.