Новости химической науки > Простая химия имитирует метод выслеживания хищником жертвы

Правильная обработка информации, получаемой с помощью органов чувств, в ряде случаев может быть вопросом жизни или смерти. Именно поэтому многие животные от рыб до кошек и человека развили периферийное зрение, позволяющее фиксировать объекты, находящиеся на границе поля зрения, и сокращать объем обрабатываемой информации.

Такая особенность зрения, например, позволяет хищнику быстро замечать жертву, несмотря на фоновый шум от сигналов, поступающих на органы зрения, тем не менее, обнаружение с помощью периферийного зрения представляет собой непростую задачу для ученых, разрабатывающих искусственные системы зрения и программы для обработки изображений.

В новой работе исследователи из Королевского Университета Белфаста продемонстрировали периферийный метод получения изображения, основываясь только на химических процессах [1]. Как заявляет руководитель исследования Прасана де Сильва (A Prasanna de Silva), результаты работы являются первым примером вычисления с помощью низкомолекулярных соединений, который обычно может быть реализован только с помощью компьютера с графическим интерфейсом. «Графический пользовательский интерфейс» исследователей из Белфаста представлял собой простую фильтровальную бумагу.

Простая химическая система может «отследить» объект по его абрису. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2015, DOI:10.1021/jacs.5b00665)

Разработанная методика основана на прежних наработках группы де Сильвы, посвященных применению рН-чувствительной флуоресценции низкомолекулярных органических соединений для выполнения логических операций на молекулярном уровне. Исследователи использовали вещества семейства аминоалкиламинонафталимидов, проявляющих флуоресценцию при освещении ультрафиолетом. При протонировании молекул наблюдается двухсоткратное увеличение интенсивности флуоресценции, что позволяет говорить о аминоалкиламинонафталимидах как о хороших оптических сенсорах pH.

Де Сильва и коллеги выяснили, что могут управлять протонированием с помощью ультрафиолета, активирующего отрыв протона от донора (иона трифенилсульфония). Используя светофильтр-шаблон, исследователи облучили область фильтровальной бумаги, замоченной в растворе рН-сенсора, донора протонов и карбонатного буфера. Облучение ультрафиолетом приводило к эмиссии фотонов с меньшей длиной волны, однако через полчаса флуоресценция прекращалась, так как донор протонов фотохимически разлагался с образованием молекулы, гасящей эмиссию флуорофора за счет переноса электрона.

Однако края замаскированной области «объекта», наличие которого обнаруживала система, оставались яркими. Это происходило из-за того, что протоны, высвобождаемые молекулой донора, диффундировали по влажной фильтровальной бумаге в область, лежащую вне замаскированного участка. В этих областях большая часть протонов нейтрализовывалась карбонатным буфером, однако протонов оказывается достаточно для инициирования эмиссии флуорофоров, расположенных на периметре освещенной области. Глубина этой области составляет 1-2 мм; де Сильва и Коллеги полагают, что разрешение можно увеличить за счет дальнейшей оптимизации системы.

Ранее периферийного обнаружения удавалось достичь с помощью генетически модифицированных бактерий [2] и систем на основе ДНК [3], однако низкомолекулярные соединения в таком процессе пока еще не были задействованы.

Источники: [1] J. Am. Chem. Soc., 2015, DOI:10.1021/jacs.5b00665; [2] Cell, 2009, 137, 1272 (DOI: 10.1016/j.cell.2009.04.048); [3] Nat. Chem., 2013, 5, 1000 (DOI: 10.1038/nchem.1764)

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #химическая эволюция