פולימרים לוכדי ניקוטין

פולימר סינתטי חדש, בעל מבנה מולקולארי מדויק דמוי צבת, לוכד באופן יעיל מולקולות ניקוטין ונגזרותיו. ניתן יהיה להשתמש בפולימר זה בייצור חיישנים כימיים בררניים ורגישים לשם קביעת ריכוז הניקוטין בתמיסות, ובעתיד הקרוב אפילו בגזים. זאת ועוד, הפולימר מתאים גם לשחרור מבוקר ואיטי של ניקוטין, כלומר, הוא יוכל לשמש גם למטרות רפואיות.

שיתוף הפעולה בין המכון לכימיה פיסיקלית של האקדמיה הפולנית למדעים והמחלקה לכימיה באוניברסיטת וויצ’יטה (קנזס, ארה”ב) הוביל ליצירת מלכודת פולימרית לניקוטין. הפולימר, המורכב ממבנה מולקולארי דמוי צבת (מלקחיים) לוכד באופן יעיל מולקולות ניקוטין ונגזרות כימיות שלו ומסוגל גם לשחרר אותן באופן מבוקר. הפולימר יוכל להיות מנוצל בחיישנים כימיים הניתנים לשימוש חוזר לשם איתור ניקוטין בתחומי התעשייה והביו-רפואה, וכן בתחבושות מוספגות ניקוטין עבור מעשנים המנסים להיגמל מעישון.

            “מלכודת הניקוטין הראשונה סונתזה ע”י השותף האמריקאי שלנו, פרופסור Francis D’Souza, לפני שנים אחדות. זו הייתה מעין צבת מולקולארית הנעה בחופשיות בתמיסה ויוצרת תצמידים (קומפלקסים) עם מולקולות ניקוטין המצויות בה. לאחרונה, צוות המחקר הבינלאומי ארה”ב-פולין הצליח לקבע את הצבת בתוך פולימר. החומר המתקבל הוא מוצק, ועל כן ניתן להשתמש בו לבניית חיישנים כימיים,” אומר אחד מהחוקרים הפולנים השותפים למיזם.

            ליבת מלכודת הניקוטין הפולימרית, שעבורה הוגשה לאחרונה בקשה לפטנט, היא נגזרת מטלו-פורפירין (metalloporphyrin), מולקולה המצויה, לדוגמה, בדם. המולקולה כוללת טבעת כימית המכילה במרכזה אטום אבץ, וצבתות אמיד הקשורות לטבעת זו. ניקוטין נקשר לפולימר זה באמצעות שני אטומי החנקן שלו: אחד מהם נקשר לאטום האבץ, בעוד שהאטום השני נקשר לצבתות. “בשל הקישור המדויק בשתי נקודות, אנו בטוחים כי המולקולה שנלכדה הינה ניקוטין,” מסביר אחד מהחוקרים.

            מלבד ניקוטין, הפולימר לוכד גם את האלקלואיד קוטינין (cotinine) הנוצר בפירוק של ניקוטין ואלקלואידים אחרים הנלווים תכופות לניקוטין המצויים בעלי הטבק, לדוגמה, מיוזמין (myosmine). הקישור של הפולימר לניקוטין הוא יציב, ועדיין הפיך. מאפיין זה הוא האחראי לכך שחיישנים כימיים חדשים לאיתור ניקוטין ונגזרותיו יוכלו לפעול שוב ושוב.

            ניקוטין מאותר באמצעות מָהוֹד (resonator) פייזואלקטרי המצופה באמצעות אלקטרו-פולימריזציה בשכבה פולימרית דקיקה בגודל תת-מיקרוני. הניקוטין הלכוד מגדיל את המסה של השכבה ובעקבות כך מפחית את תדירות התהודה של המהוד, שינוי הנמדד באופן פשוט. “ניתן לומר כי אנו שוקלים שכבה של הפולימר שלנו במהלך הניסוי כולו. מאחר ואנו יודעים מהי המסה ההתחלתית של הפולימר, וכן כי הפולימר לוכד באופן בררני ניקוטין ונגזרותיו, מסה מוגברת של השכבה משמעותה כי תרכובות אלו מצויות בתמיסה,” מסביר החוקר.

            מהודי קוורץ בעלי גל אקוסטי נפחי, המשמשים בניסויים עם הפולימר החדש, מאפשרים איתור ניקוטין בתמיסות. החוקרים מתכננים לשתף פעולה עם יצרנים של מהודים בעלי גל אקוסטי של משטח. מהודים אלו מתנודדים בתדירויות הרבה יותר גבוהות, דבר המאפשר להם להיות רגישים יותר ולאחר ציפויים בשכבה הפולימרית לוכדת הניקוטין יוכלו לאתר ניקוטין גם בגזים.

            בשיטה המובאת כאן האיתור והקביעה של הניקוטין אינם מוגבלים לשקילה. מאחר וניקוטין הוא פעיל אלקטרונית, החוקרים מתכוונים למדוד את פוטנציאל החמצון של הניקוטין הלכוד בפולימר במקביל למדידות בתדירויות מהדהדות. מדידה משולבת של שתי שיטות נפרדות אלו תגדיל את אמינות האיתור.

            הפולימר החדש יוכל לשמש, בין יתר התחומים, לפיתוח חיישנים כימיים לאיתור תכולת הניקוטין בעלים של טבק ובמחקרים ביו-רפואיים שבהם יש צורך לאתר ולכמת את תוצרי הפירוק של ניקוטין בנוזלי הגוף של החולה. יישום אפשרי נוסף יהיה בתחבושות ספוגות ניקוטין המסייעות בגמילה מעישון – הפולימר החדש יוכל לשמש לשחרור ממושך ומדויק של ניקוטין לגוף דרך העור.

הידיעה על המחקר