Для того, чтобы сделать спектроскопическую «подпись» опасного инсектицида более четкой и определять его в следовых количествах, исследователи из Китая использовали наночастицы золота.

Циклодекстрин способствует связыванию инсектицида с наночастицами золота. (Рисунок из J. Mater. Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0jm00040j)

Инсектициды могут достаточно динамично распространяться в пределах экологических систем, отрицательно влияя на окружающую среду даже в небольших концентрации. Метилпаратион (О,О-Диметил-О-4-нитрофенилтиофосфат, метафос) – высокотоксичный для теплокровных фосфорорганический инсектицид, который применяется против насекомых и растительноядных клещей. Существуют методы определения метилпаратиона в почве, грунтовых водах и пище, однако необходима разработка метода, в котором сочетались бы высокая чувствительность, селективность, дешевизна и простота в использовании.

Джин Вонг (Jin Wang) с коллегами из Академии Наук Китая разработали быстрый, чувствительный и практический подход для определения метилпаратиона. Исследователи получили наночастицы золота и модифицировали их поверхность моно-6-тио-β-циклодекстрина, положив в основу такой модификации прочные химические связи, возникающие между атомами золота и серы. Молекулы циклодекстрина покрывают практически всю поверхность наночастицы золота, обеспечивая связывание с молекулами инсектицида, удерживая метилпаратион около поверхности золота. Для работы исследователи использовали наностержни золота.

Метод, предложенный Вонгом для обнаружения инсектицида, основан на известной разновидности колебательной спектроскопии – поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии [surface enhanced Raman scattering (SERS)]. Метод SERS позволяет детектировать свет, рассеиваемый молекулами, находящимися около поверхности наночастицы благородного металла. В разработанной системе наночастицы золота играют роль своеобразных громоотводов, умножающих поток входящих и исходящих фотонов, золото усиливает сигналы от колебаний инсектицида. Стержневая форма наночастиц золота была выбрана не случайно – исследования показали, что такие объекты, соотношение длины которых к ширине равно 2, являются более эффективными в качестве подложки для усиления сигнала в спектре SERS инсектицида.

Вонг поясняет, что в спектрах различных молекул линии, соответствующие колебанию различных структурных элементов молекулы характеризуются определенным положением, формой и интенсивностью, что позволяет рассматривать их как «отпечатки пальцев» вещества, что позволяет определять интересующие нас органические вещества, в том числе и пестициды, в следовых количествах. Метилпаратион связывается с модифицированными наночастицами прочнее, чем к немодифицированным, что позволяет получать более интенсивный сигнал в спектре SERS.

Благодаря эффективному образованию комплексов гость-хозяин между гибридной полостью циклодекстрин-наночастица и метилпаратионом появляется возможность обнаружения пикомолярных концентраций инсектицида. Высокая чувствительность и селективность нового метода позволяет говорить о нем, как о простом и перспективном подходе для обнаружения некоторых инсектицидов в образцах почвы и продуктов питания; возможно, что со временем метод может вытеснить некоторые из существующих сейчас.

В настоящее время в группе Вонга ведутся разработки альтернативных циклодекстриновых структур, которые могут найти применение для обнаружения других пестицидов, взрывчатых веществ и других органических соединений методом SERS.

Источник: J. Mater. Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0jm00040j