СЕНСОР ВИЗНАЧУЄ МІКРОЕЛЕМЕНТИ У КРАПЛІ КРОВІ, Наука і життя
Г. АФАНАСЬЄВА (м. Казань).
Техногенні забруднення – серйозна проблема промислово розвинених країн. Ці забруднення впливають як на стан довкілля, а й у здоров'я населення. Дослідження останніх років дають підстави вважати, що багато хвороб, практично невластиві людям XVII і XVIII століть, але які стали звичайними для сучасної людини, можуть бути пов'язані з дисбалансом мікроелементів в організмі. У цей перелік потрапляють серцево-судинні захворювання, хвороби шкіри, волосся та нігтів, бронхіальна астма, хронічні гастрити і навіть сколіоз, остеопороз та остеохондроз. Щоб провести діагностику та правильно вибрати метод лікування чи профілактики, потрібно вміти точно визначати мікроелементи в біологічних рідинах людини не тільки на токсичному, а й на життєво необхідному рівні.
Стандартні методи аналізу мінеральних компонентів крові – атомно-адсорбційна спектроскопія та атомно-емісійний хіміко-спектральний аналіз – вимагають попередньої мінералізації зразка, тобто видалення так званої матриці крові – білків та іншої органіки. Для цього зразок або спочатку висушують, а потім спалюють (білки згоряють, а метали залишаються) або руйнують органічні речовини крові кислотою. В результаті на аналіз 1 мл крові йде від двох-трьох годин до одного дня. Крім того, ці методи вимагають дорогого та складного обладнання, доступного лише великим науково-дослідним центрам.
Просту, швидку та зручну методику визначення мікроелементів у крові вдалося розробити вченим з Інституту неорганічної хімії імені А. В. Ніколаєва Сибірського відділення РАН (м. Новосибірськ) та Уральського державного економічного університету (м. Єкатеринбург). Кандидат хімічних наук Н. Ф. Захарчук, доктор хімічних наук Х.З. Брайніна та їх колеги удосконалили добре відомий метод інверсійної вольтамперметрії, який використовується для визначення вмісту металів у розчинах. Метод заснований на вимірі величини струму електрохімічного розчинення обумовленого елемента попередньо накопиченого на поверхні електрода. Вимірювання проводяться на інверсійному вольтамперметричному аналізаторі "ІВА-5", розробленому групою вчених із Уральського державного економічного університету.
Головний робочий інструмент - сенсорний електрод. Зазвичай його виготовляють із графітових та скловуглецевих матеріалів. Але коли йдеться про аналіз крові, виникають деякі проблеми – нормальній роботі сенсора заважають кисень, амінокислоти та білки. Оскільки і білки і амінокислоти мають властивості поверхнево-активних речовин, вони адсорбуються на поверхні електрода і знижують його чутливість. Щоб звести адсорбцію до мінімуму, використовували товстоплівкові графітопастові електроди зі спеціально підібраним співвідношенням між сполучною компонентом пасти і вуглецевим порошком. За допомогою таких електродів вдалося створити методику вимірювання мікроелементів у цілісній крові. Щоправда, для цього довелося використовувати солі ртуті, які взаємодіють у розчині з мікроелементами крові та потім адсорбуються на електроді.
У початковому варіанті методики використовували токсичні водорозчинні солі ртуті, що було незручно та небезпечно. Щоб усунути цю нестачу, вчені модифікували сенсори. Для цього на робочу поверхню електрода нанесли солі нерозчинні ртуті (II), а зверху накрили захисною мембраною з нафіону - полімерного матеріалу на основі фторвуглецевої матриці. У процесі електролізу на всій поверхні сенсора утворюються мікрокрапельки.ртуті однакового розміру. Виникнувши у певних вузлах кристалічних ґрат, ці крапельки залишаються нерухомими, де вони мігрують і злипаються, як це може статися для формування ртутного покриття традиційним методом - адсорбуванням ртуті з розчину. Всі ці цікаві перетворення можна спостерігати під мікроскопом високої роздільної здатності. По суті, мікрокрапельки відіграють роль ансамблю ртутних мікроелектродів.
Нові сенсори завдяки цій властивості поверхні та нафіоновій плівці практично повністю захищені від впливу білків та кисню, тому не потрібно тривалої попередньої підготовки зразка крові. Щоб отримати результат, потрібно всього 20-30 хвилин, тобто можна проводити аналіз безпосередньо в палаті, біля ліжка хворого. Для дослідження достатньо кількох крапель крові.