Jonizacja przez bombardowanie szybkimi jonami: Zasada działania
- Szczegóły
Chemia supramolekularna odnosi się do obszaru chemii, który koncentruje się na interakcjach niekowalencyjnych połączeń między cząsteczkami. Podczas gdy tradycyjna chemia skupia się na wiązaniach kowalencyjnych, chemia supramolekularna bada słabsze i odwracalne niekowalencyjne oddziaływania.
Siły te obejmują: wiązania wodorowe, koordynację metali, siły hydrofobowe, siły van der Waalsa, interakcje π-π oraz efekty elektrostatyczne. Dziedzina ta uwzględnia szeroki zakres zagadnień - od asocjacji dwóch cząsteczek wodoru, po wysoce specyficzne asocjaty, występujące w układach biologicznych. Centrum zainteresowania chemii supramolekularnej są cząsteczki i oddziaływania pomiędzy nimi. Jest to przykład nauki interdyscyplinarnej. W swoich badaniach wykorzystuje wiedzę z zakresu chemii, biologii oraz fizyki. Należy do nowoczesnych i niezwykle perspektywicznych dziedzin nauki.
Badania z zakresu chemii supramolekularnej doprowadziły do wielu odkryć, głównie w dziedzinach chemii i biologii. Nowoczesna i intensywnie rozwijająca się technika, jaką jest chemia supramolekularna, obejmuje swoim zainteresowaniem otrzymywanie złożonych układów do specyficznych zastosowań. Układy te czasami nazywane są supercząsteczkami. Synteza funkcjonalnych układów supramolekularnych polega na wzajemnym łączeniu tzw. bloków budulcowych, czyli fragmentów cząsteczek. Ich cechą charakterystyczną jest duża złożoność zarówno składu chemicznego, jak i budowy przestrzennej. Wielowymiarowe cząsteczki, którymi zajmuje się chemia supramolekularna, przyjmują postać klatek, drabinek, warstw, helis, nanorurek i wielu innych.
Spektrometria mas w badaniach supramolekularnych
Jedną z najbardziej użytecznych technik analitycznych służących do badania układów supramolekularnych jest spektrometria mas. Decyduje o tym szereg jej zalet, w tym przede wszystkim dokładność i wysoka skuteczność. Szeroki wachlarz metod jonizacji pozwala na wybór właściwej, dopasowanej do danej cząsteczki. Zwykle wybierane są łagodne techniki jonizacji, aby wszystkie pożądane fragmenty cząsteczki przeprowadzić w jony, a jednocześnie nie doprowadzić do jej rozbicia na fragmenty.
Metody jonizacji stosowane w spektrometrii mas:
- Jonizacja elektronami (Electron Ionisation - EI) - jonizacja przy pomocy wiązki elektronów. Jonizacja odbywa się w próżni. Metoda ta powoduje zwykle fragmentację badanych cząsteczek. EI charakteryzuje się stosunkowo małą wydajnością - poniżej 1% cząsteczek ulega jonizacji.
- Elektrorozpylanie (Electrospray, ESI), polegające na rozpylaniu cieczy zawierającej badaną substancję z igły, do której przyłożono wysokie napięcie (zwykle 1 - 5 kV) pod ciśnieniem atmosferycznym.
- Desorpcja laserowa z udziałem matrycy (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation - MALDI) - w której stosuje się jonizację laserową, ale z tak dobraną energią wiązki, aby nie doprowadzać do fragmentacji cząsteczek (łagodna metoda jonizacji), lecz tylko do ich "wybijania" ze specjalnie przygotowanej matrycy. Matryca absorbuje energię lasera, która jest później przekazywana do analizowanych cząsteczek.
- Bombardowanie szybkimi atomami (Fast-Atom Bombardment FAB), polegające na bombardowaniu cząsteczki obojętnymi atomami o wysokiej energii (zwykle 17 lub 70 eV). Cząsteczki mogą znajdować się w fazie gazowej lub być rozpuszczone w ciekłej, mało lotnej substancji (matrycy) np. glicerolu.
Analizator czasu przelotu (TOF)
Analizator czasu przelotu (Time Of Flight TOF) - jony wprowadzane do analizatora są przyspieszane przy pomocy impulsu elektrycznego i zaczynają dryfować przez komorę analizatora. Na końcu analizatora znajduje się detektor jonów połączony z urządzeniem rejestrującym czas od impulsu przyspieszającego do momentu uderzenia określonego jonu w detektor. Pomiar m/z jest oparty na fakcie, że ze wzrostem masy cząsteczkowej jonów, wydłuża się ich czas przelotu.
Przeczytaj także: Profesjonalna stylizacja włosów w domu
Supercząsteczki i ich rola
Pozyskiwanie innowacyjnych materiałów supramolekularnych jest ściśle powiązane z supramolekułą, inaczej nazywaną supercząsteczką. Supercząsteczki to układy zbudowane z co najmniej dwóch (lub więcej) fragmentów odznaczających się precyzyjnym dopasowaniem przestrzennym. Elementy tworzące supercząsteczkę utrzymywane są razem przez siły międzycząsteczkowe. Tworzą się w wyniku odwracalnego procesu łączenia, często określanego jako relacja gość-gospodarz. Co ważne, oddziaływania pomiędzy nimi nie mają charakteru wiązań kowalencyjnych. Supercząsteczki nie ulegają przekształceniom chemicznym, a każdy z elementów wchodzących w ich skład zachowuje swoje indywidualne właściwości.
Czujniki supramolekularne
W szerokim znaczeniu czujniki reprezentują klasę „urządzeń”, które są zdolne do wykrywania określonych jednostek chemicznych lub monitorowania zmian w otaczającym środowisku. Czujniki supramolekularne wykorzystują koncepcję gospodarz-gość (cząsteczka gospodarza posiada na swojej powierzchni wnękę i rozpoznaje oraz wiąże cząsteczkę gościa), a także zjawisko fluorescencji. Stanowią systemy zaprojektowane w celu wiązania się z docelowymi analitami poprzez interakcję niekowalencyjne, aby wywołać dostrzegalną zmianę w profilu emisji przyłączonego fluoroforu. Typowe czujniki supramolekularne tworzone są zgodnie ze schematem: fluorofor - łącznik - receptor. Każdy z tych elementów pełni ważne funkcje w czujniku.
Zastosowania w obrazowaniu biomedycznym
W ostatnich latach nastąpił ogromny postęp w dziedzinie obrazowania biomedycznego, a chemia supramolekularna odgrywa kluczową rolę w ewolucji nowoczesnych technik obrazowania. Wykorzystanie w tym celu supramolekularnych układów daje szansę na wielowymiarową wizualizację, wykrywanie oraz charakterystykę procesów biologicznych w czasie rzeczywistym. Połączenie chemii supramolekularnej i obrazowania molekularnego daje ogromną szansę rozwoju nowych koncepcji chemicznych do walidacji in vivo. Techniki chemii supramolekularnej można zastosować do stworzenia sond, których celem będzie wykorzystanie lub zakłócenie pożądanych interakcji, co da potencjał zarówno diagnostyczny, jak i terapeutyczny. Czułość takich technik oznacza, że do organizmu można wprowadzać mniejsze dawki i oceniać ich stabilność, biodystrybucję oraz farmakokinetykę, w celu określenia ich właściwości.
Systemy dostarczania leków
Racjonalne projektowanie systemów dostarczania leków wykorzystujących chemię supramolekularną wzbudza duże zainteresowanie ze względu na możliwość udoskonalenia środków terapeutycznych. Stosując specyficzne interakcje niekowalencyjne, można zrealizować inżynieryjne podejście do dostarczania leków. Pewne zalety takiego rozwiązania to: kontrola składu na poziomie molekularnym, ulepszone sposoby celowania leków oraz nowe strategie tworzenia nośników, które reagują na wskaźniki fizjologiczne. Struktury supramolekularne o największym znaczeniu, czyli kompleksy gospodarz - gość, umożliwiają zastosowanie w systemach dostarczania w przypadku używania leku jako gościa. Wykorzystanie układów supramolekularnych może ponadto dać początek materiałom dedykowanym do kontrolowanego kapsułkowania i uwalniania środków terapeutycznych.
Przeczytaj także: Wszystko o prostownicy z laserową jonizacją
Przeczytaj także: Pyły zawieszone, filtry i jonizacja w oczyszczaczach powietrza
tags: #jonizacja #przez #bombardowanie #szybkimi #jonami #zasada
