Forskere udvikler Venus fluefanger bio-sensorer for at fange forurenende stoffer

Forskere fra Trinity har skabt en række nye biologiske sensorer ved kemisk at ombygge pigmenter til at fungere som små Venus-fluefælder.

Sensorerne er i stand til at detektere og fange specifikke molekyler, såsom forurenende stoffer, og vil snart have et væld af vigtige miljømæssige, medicinske og sikkerhedsmæssige applikationer.

Porphyriner, en unik klasse af intenst farvede pigmenter - også kendt som "livets pigmenter" - giver nøglen til denne banebrydende innovation.

Ordet porphyrin er afledt af det græske ord porphura, betyder lilla, og det første kapitel, der beskriver porfyrinernes medicinsk-kemiske historie, går tilbage til Herodots dage (ca. 484 til 425 f.Kr.).

Denne fortælling har udviklet sig lige siden og er kernen i professor Mathias O. Senges arbejde på Trinity.

I levende organismer, porphyriner spiller en vigtig rolle i stofskiftet, hvor de mest fremtrædende eksempler er hæm (det røde blodlegemepigment, der er ansvarligt for at transportere ilt) og klorofyl (det grønne plantepigment, der er ansvarlig for at høste lys og drive fotosyntesen).

I naturen, de aktive versioner af disse molekyler indeholder en række metaller i deres kerne, som giver anledning til et sæt unikke egenskaber.

Forskerne ved Trinity, under vejledning af professor Mathias O. Senge, formand for organisk kemi, valgte en forstyrrende tilgang til at udforske den metalfri version af porfyriner. Deres arbejde har skabt en helt ny række af molekylære receptorer.

Ved at tvinge porphyrinmolekyler til at vende vrangen ud, i form af en sadel, de var i stand til at udnytte den tidligere utilgængelige kerne af systemet.

Derefter, ved at introducere funktionelle grupper nær det aktive center var de i stand til at fange små molekyler - såsom farmaceutiske eller landbrugsmæssige forurenende stoffer, for eksempel pyrophosphater og sulfater - og derefter holde dem i det receptorlignende hulrum.

Porphyriner er farveintense forbindelser, så når et målmolekyle fanges, resulterer dette i, at farven ændres drastisk. Dette understreger værdien af ​​porphyriner som biosensorer, fordi det er tydeligt, hvornår de har fanget deres mål.

Karolis Norvaiša, en Irish Research Council-finansieret Ph.D. Forsker ved Trinity, og første forfatter til undersøgelsen, sagde:"Disse sensorer er som Venus-fluefælder. Hvis du bøjer molekylerne ud af form, de ligner åbningsbladene på en Venus-fluefælde og, hvis du kigger indenfor, der er korte stive hår, der fungerer som triggere. Når noget interagerer med disse hår, bladenes to lapper klikker sammen."

De perifere grupper af porphyrin holder derefter selektivt egnede målmolekyler på plads i sin kerne, skabe en funktionel og selektiv bindingslomme, på nøjagtig samme måde som de fingerlignende fremspring af Venus-fluefælder holder uheldige målinsekter inde.

Opdagelsen blev for nylig offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition .

Arbejdet fremhæver begyndelsen på et EU-dækkende H2020 FET-OPEN-projekt kaldet INITIO, som har til formål at opdage og fjerne forurenende stoffer. Arbejdet blev muliggjort af indledende finansiering fra Science Foundation Ireland og en August-Wilhelm Scheer-gæsteprofessoratpris til professor Senge ved det tekniske universitet i München.

Professor Senge tilføjede:"At få en forståelse af porphyrinkernens interaktioner er en vigtig milepæl for kunstige porphyrin-baserede enzymlignende katalysatorer. Vi vil langsomt, men sikkert komme til det punkt, hvor vi kan realisere og udnytte det fulde potentiale af porphyrin-substrat grænseflader. at fjerne forurenende stoffer, overvåge miljøets tilstand, behandle sikkerhedstrusler, og levere medicinsk diagnostik."