Техногенные загрязнения - серьезная проблема промышленно развитых стран. Эти загрязнения влияют не только на состояние окружающей среды, но и на здоровье населения. Исследования последних лет дают основание полагать, что многие болезни, практически несвойственные людям XVII и XVIII веков, но ставшие обычными для современного человека, могут быть связаны с дисбалансом микроэлементов в организме. В этот перечень попадают сердечно-сосудистые заболевания, болезни кожи, волос и ногтей, бронхиальная астма, хронические гастриты и даже сколиоз, остеопороз и остеохондроз. Чтобы провести диагностику и правильно выбрать метод лечения или профилактики, нужно уметь точно определять микроэлементы в биологических жидкостях человека не только на токсическом, но и на жизненно необходимом уровне.
Стандартные методы анализа минеральных компонентов крови - атомно-адсорбционная спектроскопия и атомно-эмиссионный химико-спектральный анализ - требуют предварительной минерализации образца, то есть удаления так называемой матрицы крови - белков и прочей органики. Для этого образец либо сначала высушивают, а потом сжигают (белки сгорают, а металлы остаются), либо разрушают органические вещества крови кислотой. В результате на анализ 1 мл крови уходит от двух-трех часов до одного дня. Кроме того, эти методы требуют дорогого и сложного оборудования, доступного только крупным научно-исследовательским центрам.
Простую, быструю и удобную методику определения микроэлементов в крови удалось разработать ученым из Института неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск) и Уральского государственного экономического университета (г. Екатеринбург). Кандидат химических наук Н. Ф. Захарчук, доктор химических наук Х. З. Брайнина и их коллеги усовершенствовали хорошо известный метод инверсионной вольтамперметрии, который используется для определения содержания металлов в растворах. Метод основан на измерении величины тока электрохимического растворения определяемого элемента, предварительно накопленного на поверхности электрода. Измерения проводятся на инверсионном вольтамперметрическом анализаторе "ИВА-5", разработанном группой ученых из Уральского государственного экономического университета.
Главный рабочий инструмент прибора - сенсорный электрод. Обычно его изготавливают из графитовых и стеклоуглеродных материалов. Но когда речь идет об анализе крови, возникают некоторые проблемы - нормальной работе сенсора мешают кислород, аминокислоты и белки. Поскольку и белки и аминокислоты обладают свойствами поверхностно-активных веществ, они адсорбируются на поверхности электрода и снижают его чувствительность. Чтобы свести адсорбцию к минимуму, использовали толстопленочные графитопастовые электроды со специально подобранным соотношением между связующим компонентом пасты и углеродсодержащим порошком. С помощью таких электродов удалось создать методику измерения микроэлементов в цельной крови. Правда, для этого пришлось использовать соли ртути, которые взаимодействуют в растворе с микроэлементами крови и потом адсорбируются на электроде.
В первоначальном варианте методики использовали токсичные водорастворимые соли ртути, что было неудобно и небезопасно. Чтобы устранить этот недостаток, ученые модифицировали сенсоры. Для этого на рабочую поверхность электрода нанесли нерастворимые соли ртути (II), а сверху накрыли защитной мембраной из нафиона - полимерного материала на основе фторуглеродной матрицы. В процессе электролиза на всей поверхности сенсора образуются микрокапельки ртути одинакового размера. Возникнув в определенных узлах кристаллической решетки, эти капельки остаются неподвижными, они не мигрируют и не слипаются, как это может случиться при формировании ртутного покрытия традиционным методом - адсорбированием ртути из раствора. Все эти интересные превращения можно наблюдать под микроскопом высокого разрешения. По сути, микрокапельки играют роль ансамбля ртутных микроэлектродов.
Новые сенсоры благодаря этому свойству поверхности и нафионовой пленке практически полностью защищены от влияния белков и кислорода, поэтому не нужно длительной предварительной подготовки образца крови. Чтобы получить результат, требуется всего 20-30 минут, то есть можно проводить анализ непосредственно в палате, у постели больного. Для исследования достаточно всего нескольких капель крови.
С помощью модифицированных сенсоров ученые определяли содержание в крови кадмия, свинца и меди, а также цинка. Результаты экс-пресс-метода практически совпали с полученными обычными методами. Можно исследовать не только кровь, но и гемолизат (надосадочную жидкость, которая получается, если кровь со стабилизатором подвергнуть центрифугированию), сыворотку, плазму, эритроцитарную массу и другие биологические жидкости организма.
