Китайцы получили флуоресцентные углеродные наночастицы из помидоров
Китайские ученые обнаружили, что помидоры можно использовать в качестве дешевого источника углерода для флуоресцентных наночастиц. По результатам исследования, опубликованного в журнале Nanotechnology, полученные из помидоров «углеродные точки» не уступают по своим показателям частицам, полученным другими методами.
Благодаря своим оптическим свойствам флуоресцентные углеродные наночастицы (или углеродные точки — carbon dots) уже сейчас используются в качестве биосенсоров или флуоресцентых меток для получения изображений живых клеток и тканей. Кроме этого, их также предлагают использовать для доставки лекарств, катализа и медицинской диагностики. Основным преимуществом углеродных наночастиц перед, например, большинством квантовых точек, является их нетоксичность. При этом они обладают не меньшей устойчивостью оптических свойств. Точный механизм работы углеродных точек все еще вызывает споры среди ученых, но основной причиной появления у них люменисцентных свойств обычно называют влияние на электронную структуру химического состава поверхности.
Китайские химики под руководством Цзиньпина Вана (Jinping Wang) из Сельскохозяйственного университета Циндао предложили использовать для получения таких частиц помидоры. Согласно описанной учеными методике, помидоры нарезали кусочками и помещали в гомогенизатор для биологических тканей. Полученную однородную массу затем растворяли в воде и подвергали пиролизу в микроволновой печи. После этого из полученной смеси с помощью центрифугирования и диализа можно получить монодисперсный порошок с частицами размером около 5 нанометров.
Дальнейшая химическая обработка поверхности образовавшихся частиц позволила ученым получить три типа флуоресцентных частиц: чистые углеродные наночастицы, поверхность которых покрыта, в основном карбоксильными группами, и частицы с поверхностью, модифицированной мочевиной или этилендиамином. Мочевина и этилендиамин добавлялись для увеличения количества аминогрупп, которые за счет своих нуклеофильных свойств приводят к стабилизации химического состава частиц и повышению квантового выхода флуресценции.
Полученные наночастицы были исследованы с помощью традиционных методов, которые позволяют оценить состав, структуру и оптические свойства: просвечивающей электронной микроскопии, рентгенодифракционного анализа и спектроскопии в видимой и ультра-фиолетовой частях спектра. Оказалось, что полученные углеродные точки действительно являются флуоресцентными и могут быть в дальнейшем использованы в качестве, например, светящихся меток или биосенсоров. При этом химическая модификация их поверхности позволила сильно уменьшить ширину пика излучения и повысить квантовый выход. Наиболее эффективным для повышения качества наночастиц оказалось использование мочевины.
Синтезированные углеродные точки успешно прошли проверку на практике: с помощью них ученым сначала удалось получить изображений клеток патогенных грибов, а затем обнаружить в жидкой среде ванилин и определить его концентрацию. По словам авторов исследования, основное преимущество использования помидоров — их доступность и невысокая цена. При этом почему среди всех доступных овощей были выбраны именно помидоры, ученые не уточняют.
Помидоры — далеко не единственный природный источник углерода, который потом можно использовать для технологических приложений. Например, недавно, физики предложили получать пористый материал для ионисторов из опавших листьев.
Александр Дубов
А какое-то даже оттолкнуло
Американские ученые обнаружили в эксперименте, что мытье рук с мылом влияет на привлекательность человека для комаров. Привлекательность, измеряемая частотой приземлений комаров, зависела от состава мыла и индивидуального профиля запаха человека. Кроме того, ученые разработали «привлекающие» и «отталкивающие» смеси из соединений исследуемого мыла. Исследование опубликовано в журнале iScience. Комары разных видов переносят возбудителей разных инфекционных болезней: малярии, желтой лихорадки, лихорадки денге и некоторых других. Они заражают ими животных и людей в поисках пищи, а чтобы найти объект «нападения», они ориентируются на обонятельные сигналы. Эти сигналы отличаются между людьми и зависят от особенностей метаболизма самого человека и его микробиома. Впрочем этот сигнал в последнее время стал зависеть и от синтетических ароматизаторов — туалетной воды, мыла или стирального порошка. И знаний о том, как они влияют на предпочтения комаров в выборе «жертвы», у ученых пока нет. Клеман Виножер (Clément Vinauger) из Вирджинского политехнического института изучил, как мыло четырех производителей, которым пользовались 53 процента жителей США в 2019 году, — Dial, Dove, Native и Simple Truth — влияет на профиль запаха кожи человека и последующее поведение комара Aedes aegypti, который переносит вирус желтой лихорадки. Всего ученые с помощью масс-спектрометрии выделили 123 летучих ароматических соединения в пространстве над руками людей, которые мыли и не мыли руки. Из них ученые для дальнейшего изучения выбрали те, чья доля составляла более одного процента — таких нашлось 85 соединений. Ученые выяснили, что мытье рук с мылом значимо меняло химический состав воздуха около рук (p = 10-4), в частности, увеличивалось содержание летучих органических соединений (p < 0,001). Примечательно, что в двух видах мыла, которые рекламируются как более «натуральные» (Simple Truth и Native), как правило, было меньше насыщенных и ненасыщенных углеводородов (алканы и диены), чем в мылах Dial и Dove. В целом, независимо от добровольца в воздухе около немытых рук преобладали альдегиды, кетоны и сложные эфиры. После мытья рук с мылом доля этих соединений падала (хотя абсолютная концентрация росла), а доля терпенов в профиле летучих соединений около кистей рук значительно увеличивалась. Среди протестированных видов мыла Dial и Dove увеличили общее содержание химических веществ в свободном пространстве значительно больше, чем мыло Simple Truth и Native (p < 0,01). При подробном анализе в воздухе около немытых рук ученые обнаружили значительное количество 2-ноненаля, деканаля, сулькатона, геранилацетата и нонаналя. В запахе добровольцев, которые помыли руки мылом Dial, преобладали ψ-лимонен, 4-трет-бутилциклогексилацетат и линалоол. Запах людей, которые мыли руки мылом Dove, состоял из ψ-лимоненом, 7-октен-2-ола и линалоола. Запах мыла Simple Truth и Native в основном состоял из ψ-лимонена. Чтобы определить, влияют ли эти изменения в запахе человека на обонятельные предпочтения комаров и уровень их активности (оцениваемый как частота приземлений), ученые использовали анализ посадки в свободном полете. Комарам предлагались полиэтиленовые рукава, которые добровольцы надевали, когда мыли руки, или надевали и снимали, чтобы оставить на них свой запах. Комаров практически не интересовали рукава, которые вообще никто не надевал. Однако, если один из рукавов был ношенным, то комары приземлялись на него куда чаще (p < 0,001). Dove и Simple Truth дополнительно повысили привлекательность нескольких (но не всех) добровольцев, что свидетельствует о взаимосвязи между обонятельным профилем хозяина и химическим составом мыла. При этом мыла Native комары, наоборот, избегали, а в случае с одним из добровольцев комары буквально избегали приземления на образец (р < 0,001). У другого добровольца меньше комаров садилось на рукава, если он мыл руки мылами Dial, Simple Truth и Native по сравнению с немытыми руками (р < 0,05) У третьего участника комаров привлекал запах мыла Dove и Native (p < 0,05). С помощью многоуровневого анализа ученые обнаружили соединения, которые больше всего привлекают комаров: лилиаль (синтетический ароматический альдегид), α-изометилионон (в природе он встречается как продукт бактериального брожения и в пространстве около цветков), аллилгептаноат (содержится в тропических фруктах и используется в парфюмерии для имитации аромата ананаса), и 4-трет-бутилциклогексилацетат. Эти химические вещества не только были тесно связаны с мылом, которое привлекало комаров, но и входили в число десяти наиболее распространенных соединений в мылах Dial и Dove. «Отталкивающими» соединениями ученые признали бензилбензоат (органическое соединение, содержащееся в аромате цветов и обычно используемое для лечения чесотки), γ-ноналактон (компонент аромата арбуза и ключевое соединение аромата американского бурбона) и бензальдегид (ароматический альдегид, обычно встречающийся в растениях с характерным запахом миндаля). Дополнительный эксперимент показал, что ношенные рукава обработанные «привлекающей» смесью привлекают комаров значительно больше, чем рукава после обычного мытья рук (p < 0,001). И наоборот, комары значительно избегали «отталкивающей» смеси (p < 0,001). Таким образом, ученые показали, что, во-первых, мыло значительно изменяет профиль запаха человеческого тела и привлекательность для комаров. Во-вторых, ученые продемонстрировали, что знания о химической экологии комаров можно использовать для разработки искусственных смесей, которые помогут бороться с комарами. Хотя самцы комаров не пьют человеческую кровь, они все равно подлетают к человеку. По-видимому, они делают это, чтобы встретить потенциальную партнершу и спариться с ней.