Талантливые ученые создали инновационные многоразовые сенсорные системы с покрытием из наночастиц золота. Эта передовая разработка способна определять точное содержание хлорогеновой кислоты как в растительном сырье, так и в производственных материалах. Данный природный антиоксидант широко применяется в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности. Благодаря новой технологии появилась возможность проводить анализ содержания хлорогеновой кислоты не только в лабораторных, но и в полевых условиях.
В биологических процессах полифенолы выступают важнейшими компонентами благодаря своим антиоксидантным свойствам. Хлорогеновая кислота, широко представленная в кофейных зернах, семенах подсолнечника, листьях черники и цикория, является одним из наиболее распространенных соединений этой группы. Ее благотворное влияние проявляется в снижении окисления липопротеинов низкой плотности, что существенно уменьшает вероятность развития заболеваний сердечно-сосудистой системы. При этом важно контролировать ее количество, поскольку избыточное содержание может вызвать нежелательное окрашивание продукции, например, при производстве растительного белка.
Разработанные учеными высокоточные сенсоры демонстрируют впечатляющие результаты — они способны выявлять хлорогеновую кислоту в широком диапазоне концентраций (10-350 микромолей) с точностью 99%. Технологическое решение представляет собой кремниевые пластины с нанесенным слоем золотых наночастиц. Работа сенсоров основана на методе рамановской спектроскопии, позволяющем получать максимально точные данные о структуре и количестве исследуемого вещества путем анализа рассеивания лазерного излучения на молекулах. Этот метод создает уникальные молекулярные «отпечатки», позволяющие точно идентифицировать различные соединения.
Процесс создания сенсоров включает несколько этапов. Первоначально происходит синтез золотых наночастиц размером 14-99 нанометров в растворе. Далее частицы объединяются специальной молекулой и выстраиваются на границе между водной и органической фазами, образуя ультратонкую пленку толщиной в несколько десятков нанометров. На финальном этапе готовая пленка переносится на кремниевую и полимерную основу методом «аквапечати» — при погружении подложки пленка равномерно распределяется по поверхности.
Технология рамановской спектроскопии обеспечивает быстрый анализ как на стационарном, так и на портативном оборудовании. При направлении лазерного луча на сенсорную пластину происходит анализ его рассеивания на молекулах исследуемого вещества. Спектрометр регистрирует рассеянное излучение, формируя уникальный спектральный профиль, характерный для конкретного вещества. Точность обнаружения хлорогеновой кислоты достигает практически 100%, а определение ее количественного содержания в сырье возможно с точностью до 90%.
В настоящее время обработка результатов спектроскопии производится вручную путем сравнения данных экстрактов с эталонными показателями химически чистой хлорогеновой кислоты. В перспективе планируется внедрение автоматизированной системы, использующей алгоритмы для самостоятельного распознавания веществ по характерным спектральным линиям и определения их концентрации.
Разработанные сенсоры найдут широкое применение в сельскохозяйственной отрасли для селекции высококачественного сырья, например, при отборе кофейных зерен для извлечения хлорогеновой кислоты. Кроме того, они будут полезны в производственных процессах для контроля содержания кислоты в конечных продуктах и предотвращения нежелательного окрашивания различных препаратов, включая лекарства от диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, вино и растительные белки.
Исследователи активно работают над повышением доступности технологии обнаружения полифенолов для производителей всех масштабов. Ведется поиск альтернативных материалов для замены дорогостоящих кремниевых пластин, стоимость которых превышает затраты на золотые наночастицы. Параллельно проводятся эксперименты с использованием наночастиц серебра.
Исследование реализовано при поддержке гранта Российского научного фонда №22-73-00206.
Источник: scientificrussia.ru
