Сенсоры точно определят природные антиоксиданты

Российские ученые совершили прорыв в области аналитической химии, создав инновационные многоразовые сенсорные подложки с покрытием из наночастиц золота. Эта передовая разработка способна с высочайшей точностью определять концентрацию хлорогеновой кислоты как в растительном сырье, так и в готовой продукции. Данный природный антиоксидант широко применяется в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности. Новая технология открывает широкие возможности для проведения анализов как в лабораторных, так и в полевых условиях.
В биологических процессах особое значение имеют полифенолы, обладающие мощными антиоксидантными свойствами. Хлорогеновая кислота, широко представленная в кофейных зернах, семенах подсолнечника, а также листьях черники и цикория, является одним из наиболее распространенных представителей этой группы соединений. Её уникальная способность подавлять окисление липопротеинов низкой плотности существенно снижает вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний.
Важно отметить, что при производстве некоторых продуктов, в частности растительного белка, избыточное содержание хлорогеновой кислоты может вызвать нежелательные изменения цвета конечного продукта. Именно поэтому тщательный мониторинг её содержания приобретает первостепенное значение.
Инновационные сенсоры демонстрируют впечатляющие результаты, позволяя обнаруживать хлорогеновую кислоту в широком диапазоне концентраций — от 10 до 350 микромолей с беспрецедентной точностью в 99%. Технически устройство представляет собой кремниевые пластинки с нанесенной пленкой из наночастиц золота. В комбинации с методом рамановской спектроскопии сенсоры создают уникальные молекулярные «отпечатки пальцев», что позволяет безошибочно идентифицировать исследуемые вещества и определять их количество.
Процесс изготовления сенсоров включает несколько этапов. Первоначально происходит синтез наночастиц золота размером 14-99 нанометров в растворе. Следующий этап предполагает их соединение специальной молекулой и упорядочивание на границе между водой и органическим растворителем, что приводит к формированию равномерной сверхтонкой пленки толщиной в несколько десятков нанометров.
Заключительный этап производства включает перенос готовой пленки на кремниевую и полимерную основы методом «аквапечати». При этом подложка осторожно погружается в пленку, которая равномерно распределяется по поверхности.
Современный метод рамановской спектроскопии обеспечивает быстрый анализ как на стационарном, так и на портативном оборудовании. Лазерный луч, направленный на сенсорную пластину, создает уникальный спектральный рисунок при взаимодействии с молекулами исследуемого вещества. Спектрометр регистрирует характерные спектральные линии, уникальные для каждого вещества. Эффективность метода подтверждается практически стопроцентной точностью обнаружения хлорогеновой кислоты и 90-процентной точностью определения её количества.
В настоящее время обработка результатов спектроскопии производится вручную путем сравнения данных растительных экстрактов с эталонными показателями химически чистой хлорогеновой кислоты. В перспективе планируется внедрение автоматизированной системы распознавания веществ и определения их концентрации на основе характерных спектральных линий.
Разработанные сенсоры найдут широкое применение в агропромышленном комплексе для селекции высококачественного сырья, например, при отборе кофейных зерен с оптимальным содержанием хлорогеновой кислоты. На производстве они помогут контролировать концентрацию кислоты в готовой продукции, предотвращая нежелательное окрашивание лекарственных препаратов, вина и растительного белка.
Исследователи продолжают работу над оптимизацией технологии для снижения себестоимости сенсоров без потери их эффективности. Ведутся поиски альтернативных материалов взамен дорогостоящих кремниевых пластин, параллельно проводятся эксперименты с использованием наночастиц серебра.
Проект выполнен при финансовой поддержке Российского научного фонда — грант №22–73–00206.
Источник: www.kommersant.ru