Флуоресцентне детектування іонів важких металів за допомогою бензантронового барвника
Анотація
Розробка чутливих, недорогих та біосумісних сенсорів для виявлення токсичних важких металів залишається актуальним завданням у сфері екологічного моніторингу. Наноструктури на основі білків надають унікальні можливості для створення таких сенсорів. Поєднання амілоїдних фібрил з амілоїд-чутливими флуоресцентними барвниками, які демонструють характерні спектральні зміни при взаємодії з амілоїдними структурами та іонами металів, може створити перспективну сенсорну платформу. В даній роботі досліджено чутливість бензантронового зонда ABM до іонів важких металів у водних розчинах та у присутності амілоїдних фібрил β-лактоглобуліну (β-lgF). У воді зонд характеризується спектром випромінювання з домінуючим піком при 690 нм. Зв’язування з β-lgF спричиняє значне збільшення інтенсивності флуоресценції та ~ 65 нм гіпсохромний зсув положення максимуму, що вказує на перехід барвника у гідрофобне середовище фібрил. У водних розчинах ABM реагує на важкі метали характерними спектральними змінами: Pb²⁺ та Ni²⁺ зменшують смугу випромінювання при 690 нм та формують смугу при 560 нм, тоді як Cu²⁺ та Zn²⁺ повністю гасять флуоресценцію при 690 нм, що супроводжується утворенням максимум на 560 нм, що, найбільш імовірно, є наслідком утворенням комплексів переносу заряду метал–ліганд. У присутності амілоїдних фібрил ABM має широкий спектр флуоресценції з максимумом на 560 нм. Додавання важких металів модулює інтенсивність і форму цієї смуги в іон-специфічний спосіб. Деконволюція спектрів випромінювання показала наявність двох спектральних компонентів, амплітуди та характеристики яких змінювались під дією Ni²⁺ та Cu²⁺, тоді як Zn²⁺ та Pb²⁺ мали менший вплив. Ці результати демонструють, що флуоресценція ABM чутливо відображає специфічність взаємодії важких металів з амілоїдними фібрилями, підтверджуючи його потенціал як оптичного сенсора для вивчення систем «білок–метал».
Завантаження
Посилання
L. Järup, Br. Med. Bull. 68, 167 (2003). https://doi.org/10.1093/bmb/ldg032
P. Zhang, M. Yang, J. Lan, Y. Huang, J. Zhang, et al. Toxics, 11, 828 (2023). https://doi.org/10.3390/toxics11100828
J. Huff, R. Lunn, M. Waalkes, L. Tomatis, and P. Infante. Int. J. Occup. Environ. Health, 13, 202 (2007). https://doi.org/10.1179/oeh.2007.13.2.202
F. Barbosa, F. Krug, and E.C. Lima. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 54(8), 1155 (1999). https://doi.org/10.1016/S0584-8547(99)00055-5
E.L. Silva, P. dos Santos Roldan, M.F. Giné. Journal of Hazardous Materials, 171(1–3), 1133 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.06.127
S. Fouziya Sulthana, U. Mohammed Iqbal, S.B. Suseela, et al., ACS Omega, 9(24), 25493 (2024). https://doi.org/10.1021/acsomega.4c00933
R. Ding, Y.H. Cheong, A. Ahamed, G. Lisak. Anal. Chem. 93, 4, 1880–1888 (2020) https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04247
N. De Acha, C. Elosúa, J.M. Corres, and F.J. Arregui, Sensors, 19, 599 (2019). https://doi.org/10.3390/s19030599
Y. Wen, F. Xing, S. He, S. Song, and L. Wang, Chem. Commun. 46, 2596 (2010). https://doi.org/10.1039/B924832C
M. Zhou, J. Guo, and C. Yang, Sens. Actuators B Chem. 264, 52 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.02.119
B. Rezaei, M. Shahshahanipour, A.A. Ensafi, and H. Farrokhpour, Sens. Actuators B Chem. 247, 400 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.082
W.-B. Huang, W. Gu, H.-X. Huang, et al., Dye Pigment, 143, 427 (2017). https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.05.001
M. Saleem, and K.-H. Lee, J. Lumin. 145, 843 2014). https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.08.044
X. Yang, W. Zeng, L. Wang, et al., RSC Adv. 4, 22613 (2014). https://doi.org/10.1039/C4RA02738H
Y. Han, C. Yang, K. Wu, and Y. Chen. RSC Adv. 5, 16723 (2015). https://doi.org/10.1039/C4RA16479B
A. Majhi, K. Venkateswarlu, and P. Sasikumar, J. Fluoresc. 34, 1453 (2024). https://doi.org/10.1007/s10895-023-03372-3
J. Liu, D. Su, J. Yao, Y. Huang, J. Shao, and X. Chen, J. Mater. Chem. A, 5, 4163 (2017). https://doi.org/10.1039/C6TA10814H
X. Yu, W. Liu, X. Deng, S. Yan, and Z. Su, Chemical Engineering Journal, 335, 176 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.148
J. Kostal, A. Mulchandani, and W. Chen, Macromolecules, 34(7), 2257 (2001). https://doi.org/10.1021/ma001973m
S. Bolisetty, and R. Mezzenga, Nat. Nanotechnol. 11, 365 (2016). https://doi.org/10.1038/nnano.2015.310
M. Peydayesh, S. Bolisetty, T. Mohammadi, and R. Mezzenga, Langmuir, 35, 4161 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b04234
L.C. Ramírez-Rodríguez, L.E. Díaz Barrera, M.X. Quintanilla-Carvajal, et al., Membranes, 10, 386 (2020). https://doi.org/10.3390/membranes10120386
E.M. Kirilova, I. Kalnina, G.K. Kirilov, and I. Meirovics, J. Fluoresc. 18, 645 (2008). https://doi.org/10.1007/s10895-008-0340-3
M. Groenning, J. Chem. Biol. 3, 1 (2010), https://doi.org/10.1007/s12154-009-0027-5
M. Bacalum, B. Zorila, and M. Radu. Anal Biochem. 440, 123 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ab.2013.05.031
G. Gorbenko, V. Trusova, E. Kirilova, et al., Chem. Phys. Lett. 495, 275 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.07.005
Z. Yan, Y. Cai, J. Zhang, Y. Zhao, et al., Measurements, 187, 110355 (2022). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110355
Авторське право (c) 2025 У. Маловиця, О. Житняківська, К. Єльцов, К. Вус, В. Трусова, Е. Кірілова, Г. Горбенко
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
