استخراج با پلیمرهای قالب مولکولی و به کمک نانو راکتورها

پژوهشگران موسسه ملی اقیانوس شناسی ایران و دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی موفق به استخراج گزینشی آسکوربیک اسید با پلیمرهای قالب مولکولی در محیط‌های آبی شدند که امکان اندازه‌گیری انتخابی آن را در بافت‌های غذایی، پلاسما و دارویی فراهم می‌سازد. آنان در این پژوهش از کانال‌های شش ضلعی به عنوان یک نانو راکتور برای انجام واکنش بین مولکول‌های قالب و مونومرها استفاده کردند.
سنتز پلیمرهای قالب مولکولی در سال‌های اخیر به عنوان تقلیدی از پذیرنده‌های زیستی توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این روش‌ها در واقع یک قالب مولکولی به درون شبکه پلیمر به واسطه برهمکنش‌های بین مولکولی مونومر-قالب وارد می‌شود و سپس با استخراج آن حفراتی در شبکه پلیمر با شکل و اندازه مولکول قالب به جا می‌ماند که از این پلیمر برای استخراج انتخابی استفاده می‌شود.
سه روش کلی برای سنتز پلیمرهای قالب مولکولی وجود دارد که می‌توان به روش کووالان، نیمه کووالان و غیر کووالان اشاره کرد. در بین این سه، روش غیرکووالان که در آن قالب مولکولی به واسطه برهمکنش‌های غیرکووالان به پلیمر القا می‌شود اخیرا به خاطر مزایای خود مورد بررسی و تحقیق بسیاری قرار گرفته است. ولی سنتز پلیمرهای قالب مولکولی غیرکووالان در محیط آبی به خاطر از بین رفتن برهمکنش‌های غیرکووالان بین قالب مونومر در این محیط دشوار است.
نشان داده شده است که پلیمرهای قالب مولکولی در محیط حلال سنتز ویژگی‌های گزینش‌پذیری بهتری را از خود نشان می‌دهند. بنابراین سنتز در محیط آبی به ویژه برای کاربردهای کلینیکی، زیستی و نمونه‌های آبی این دسته از پلیمرها اهمیت ویژه‌ای دارد.
رویکردهای پیشین سنتز پلیمرهای قالب مولکولی با موانعی همچون حذف ناقص مولکول‌های قالب، ظرفیت جذب پایین، انتقال جرم کند و شکل نامنظم پلیمر مواجه بوده‌اند. در این پژوهش سعی شده است تا برخی از این موانع برطرف شوند.
در پژوهش انجام شده از آسکوربیک اسید به عنوان یک قالب زیستی استفاده شد که اندازه‌گیری همزمان آن در حضور دوپامین در محیط‌های زیستی همواره با دشواری‌هایی مواجه بوده است. بر اساس پژوهش صورت گرفته، پلیمریزاسیون پیرول به همراه مولکول‌های قالب آسکوربیک اسید بر روی بستر سیلیکایی SBA-15، سنتز پلیمر قالب مولکولی را در محیط آبی امکان‌پذیر ساخته است. این رویکرد همچنین امکان سنتز پلیمر قالب مولکولی را در ابعاد نانو به دنبال داشته است که مزایایی همچون افزایش ظرفیت جذب و تسریع انتقال جرم را به پلیمر قالب مولکولی بخشید.
دکتر علی مهدی‌نیا عضو هیئت علمی موسسه ملی اقیانوس شناسی ایران، درباره این پژوهش توضیح داد: «در این پژوهش کانال‌های شش ضلعی SBA-15 به عنوان یک نانوراکتور برای انجام واکنش بین مولکول‌های قالب و مونومرها به کار گرفته شده است. همچنین استفاده از بستر پلی پیرول برای فرایند قالب مولکولی و غلبه بر موانع سنتز پلیمرهای قالب مولکولی در محیط آبی از دیگر ویژگی‌هایی است که می‌توان به آن‌ها اشاره کرد.»
شایان ذکر است که این طرح را می‌توان گامی در جهت سنتز سبز پلیمرهای قالب مولکولی و همچنین در جهت رفع مشکل سینتیک پایین پلیمرهای قالب مولکولی مرسوم به شمار آورد.
در ادامه مهدی نیا با اشاره به مراحل خود پژوهش، گفت: «در گروه پژوهشی ما، در ابتدا نفوذ اسکوربیک اسید به درون کانال‌های SBA-15 مورد بررسی قرار گرفت و مطالعه طیف‌های FT-IR برای SBA-15 و SBA-15 حاوی اسکوربیک اسید نشان داد که مولکول‌های اسکوربیک اسید نه تنها درون کانال‌های این مزوپور قرار گرفته‌اند بلکه بر روی سطح آن به واسطه پیوند هیدروژنی پایدار شده‌اند. سپس پیرول با موفقیت درون SBA-15 پلیمریزه شد. سپس نفوذ همزمان اسکوربیک اسید و پیرول به درون کانال‌ها و پس از آن پلیمریزاسیون صورت گرفت. مطالعه طیف‌های FT-IR نشان دادند که مولکول‌های اسکوربیک اسید با پیوند هیدروژنی درون شبکه پلیمر نیز قرار گرفته است.»
همچنین مهدی‌نیا افزود: «پس از استخراج مولکول‌های قالب، نوبت به آزمون‌های گزینش‌پذیری و بررسی ویژگی‌های جذبی پلیمر رسید ولی پیش از آن مطالعات ریخت شناسی با استفاده از تصاویر TEM و SEM پلیمر پلی پیرول قالب مولکولی(MIP) و غیر قالب مولکولی (NIP) و SBA-15 صورت گرفت. ویژگی‌های ریخت شناسی یکسان برای MIP و NIP این امکان را فراهم کرد که مطالعات گزینش‌پذیری انجام گیرد زیرا هر دو دارای تخلخل و شکل مشابه بودند و بنابراین اختلاف‌های مشاهده شده بر اساس اثر قالب مولکولی توجیه شد. سپس خصلت جداسازی پلیمر قالب مولکولی و غیر قالب مولکولی در آزمون‌های رقابتی و غیررقابتی برای مولکول اسکوربیک اسید، که به عنوان قالب در مرحله سنتز به کار رفته بود، در حضور مولکول‌های رقیب صورت پذیرفت و در پایان مطالعات سینتیکی جذب مولکول قالب برای هر دو پلیمر قالب مولکولی شده و غیر قالب مولکولی شده انجام گرفت.»
نتایج این پژوهش که توسط دکتر مهدی‌نیا با همکاری پژوهش دکتر علی جباری عضو هیئت علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، محمد اویس عزیززنجانی فارغ التحصیل کارشناسی ارشد از دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی و مریم احمدی‌فر فارغ التحصیل کارشناسی ارشد از دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی صورت گرفته است، در مجله Biosensors and Bioelectronics (جلد 39، شماره 1) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات 88 الی 93 همین شماره مشاهده نمایند.