Smart materials для создания новых подходов к концентрированию и разделению в биоанализе (промежуточный, этап 1)

Поиск полифункциональных модификаторов электрофоретических систем существенно расширяет аналитические возможности метода капиллярного электрофореза. Особые перспективы обнаруживаются при использовании т.н. умных материалов: ионных жидкостей (ИЖ), глубоких эвтектических растворителей (ГЭР), мицеллярных полимеров, наночастиц и др. позволяя регулировать селективность разделения биологически активных веществ (БАВ), снижать пределы обнаружения (ПО). В рамках проекта выявлены возможности ковалентных покрытий стенок кварцевого капилляра на основе катиона имидазолия и нековалентных – на основе хитозана и новых мицеллярных полимеров: поли-11-акрилоилоксиундецил-N-метилпиперидиний бромида (pAUMP-Br) и поли-11-акрилоилоксиундецилпиридиний бромида (pAUPy-Br), хирального сополимера на основе мономеров N-(11-акрилоилоксиундецил)-N-метилпиперидиний бромида и ацилированного хинина (pAUMP-AQin). Полученные полимеры обладают высокой солюбилизационной емкостью и образуют мицеллы при низких концентрациях, что открывает перспективы их применения в КЭ. Для выявления хирального разделения синтезирован новый сополимер с хиральной меткой на основе AUMP-Br и ацилированного хинина (AQin) Для формирования динамического полимерного покрытия предварительно протравленные кварцевые капилляры 1 ч промывали 0.01 М водными растворами соответствующих полимеров. Наблюдали генерацию анодного электроосмотического потока (ЭОП), что свидетельствовало о перезарядке поверхности стенок капилляра Независимое подтверждение наличия покрытия получено методом СЭМ. Средняя толщина покрытия ~25 нм. Сформированные покрытия выдерживают более 50 процедур анализа. Новые модификаторы сопоставлены с традиционными – цетилтриметиламмоний бромидом (ЦТАБ) и додецилсульфатом натрия (ДДСН) на примере разделения смесей стероидных гормонов и биогенных аминов. На модифицированном капилляре с хорошим разрешением достигнуто разделение стероидных гормонов, которые на непокрытом капилляре в режиме КЗЭ мигрируют с ЭОП. Катионное покрытие на основе ЦТАБ не обеспечило разделения; при использовании ДДСН для полного разрешения пиков потребовалась большая концентрация данного агента в составе фонового электролита (ФЭ). Введение в ФЭ полимера с хромофорной группой (pAUPy-Br) позволило реализовать режим косвенного УФ детектирования аминокислот, не содержащих в составе молекул хромофорных групп. Выявлены возможности двойной хиральной системы – «сополимер с хиральной меткой - β-циклодекстрин (β-ЦД). Достигнуто разделение энантиомеров триптофана с фактором энантиоселективности 1.5. Применение только β-ЦД (в отсутствии хинина) не обеспечило разделение рацемата. На подготовленном покрытии с хитозаном (толщина покрытия 45 – 70 нм) на примере β-блокаторов и нестероидных противовоспалительных средств также изучены возможности двойной хиральной системы с введением в ФЭ 2-ГП-β-ЦД, β-ЦД или ванкомицина. При разделении β-блокаторов в качестве второго хирального селектора взят 2-ГП-β-ЦД. На немодифицированном капилляре с макроциклом в ФЭ наблюдалось лишь частичное разделение энантиомеров пропранолола и карведилола, и отсутствовало разделение энантиомеров соталола. Хитозан в составе двойной хиральной системы обеспечил наибольшие значения энантиоселективности в случае пропранолола и карведилола и частичное разделение энантиомеров соталола, что не было достигнуто в других вариантах. Для увеличения удельной поверхности подготовлено покрытие на основе НЧ золота, модифицированных хитозаном. Уже при рН 7 генерировался анодный ЭОП. В системе «хитозан – GNP@CS» эффективность разделения дансилпроизводных аминокислот заметно возросла Достоинство ковалентных покрытий – стабильность, не зависящая от значений рН ФЭ, природы образца, температуры и концентрации солевых добавок. Взаимодействия модификаторов с аналитами влияют на селективность разделения. Среди них особый интерес представляет имидазолиевый катион за счет возможности электростатических, π-π– и гидрофильных взаимодействий с аналитами, Синтезировано ковалентное покрытие на основе имидазолиевого катиона. Анодный ЭОП указывал на прошедшую модификацию, что подтверждено снимками СЭМ. Перед каждым экспериментом измеряли скорость ЭОП для оценки стабильности покрытия; ОСКО ~ 1,2%. С высокой эффективностью достигнуто разделения метаболитов триптофана – фенил- и индолкарбоновых кислот. Принципиальная особенность покрытия: возможность определения не только кислотных, но и основных аналитов (биогенных аминов). Для снижения ПО проведены эксперименты по поиску условий online концентрирования фенил- и индолкарбоновых кислот. Лучшие результаты достигнуты при стэкинге с большим объемом вводимого образца и электростэкинге: факторы концентрирования 106 – 512 ; ПО ~ 4 – 72 нг/мл. Возрастающий интерес к лекарственным растениям требует поиска селективных способов извлечения БАВ. Такие smart materials как ГЭР и ионные жидкости (ИЖ) интересны в силу вариативности их составов и реализации различных механизмов селективного извлечения БАВ. Предложен микроэкстракционный подход с применением рН-переключаемых систем на основе ГЭР, позволяющий сконцентрировать полярные БАВ в 9 раз. Наиболее эффективной оказалась система холин хлорид – мочевина (1:2, моль/моль), выбранная в качестве модельной для оптимизации условий методом дизайна эксперимента. Подход апробирован на 4-х природных объектах: растительное сырье Iris sibirica L, листья зверобоя продырявленного (H. perfortum L.) и мандарина (Citrus reticulata L.), корни шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis B.) в силу их богатого метаболического профиля. Гидрофобные ИЖ позволяют сконцентрировать малополярные аналиты из водных растворов. C6MImNTF2 наиболее полно извлекает аналиты и отделяется от сложных матриц. Сопоставление профилей для ГЭР и ИЖ в качестве экстрагентов, выявило особенность: они взаимно дополняли друг друга. Показана совместимость такого подхода с методом ВЭЖХ-МС. Установлено, что имидазолиевые ИЖ – эффективные экстрагенты для извлечения половых стероидных гормонов из водных растворов. Изучены ИЖ в качестве модификаторов поверхности магнитного сорбента (магнитная ТФМЭ). Для C6MIm]NTF2 - как экстрагента и ацетонитрила - как диспергента достигнуты наиболее высокие результаты: степени извлечения 85 - 99%. ПО⁓1,6-0,4 нг/мл; факторы концентрирования 33-34.