Mgr Katarzyna Zielińska



Promotor: Prof. dr hab. inż. Piotr Wieczorek

Opracowanie procedur analitycznych przeznaczonych do oznaczania ksenobiotyków endokrynnych w próbkach o złożonym składzie matrycy


Słowa
kluczowe: ksenobiotyki, polimery z odciskiem molekularnym, techniki ekstrakcyjne, HPLC, CE

Cele projektu

Obecnie brak jest w literaturze jednolitych informacji dotyczących możliwości oznaczania substancji wywołujących tzw. efekt estrogenny. Fakt ten wydaje się być istotny biorąc pod uwagę to, że nadmierna ekspozycja na działanie tych substancji może prowadzić do bardzo groźnych zaburzeń prawidłowego funkcjonowania organizmu żywego [1]. Głównym problem jest to, że substancje endokrynne (EDCs) mogą powodować miedzy innymi raka piersi, prostaty, spadek płodności oraz odporności, deformację szkieletu oraz nieprawidłowości w rozmnażaniu i zachowaniu się osobników, a nawet obojnactwo. Ponadto, obecność tych związków w codziennej diecie rozwijających się, młodych organizmów, może być bardzo groźna, ze względu na fakt ich niekorzystnego wpływu na działanie układu dokrewnego, co w rezultacie może prowadzić do licznych zmian chorobowych. Zatem, niezwykle ważnym wydaje się być potrzeba stałego monitorowania obecności i stężenia tych substancji w środowisku, w tym w artykułach spożywczych, szczególnie żywności dedykowanej najmłodszym konsumentom.

Niestety złożony i skomplikowany skład analizowanych próbek, w których substancje te występują w ilościach śladowych, przed przeprowadzeniem właściwej analizy chromatograficznej bądź elektroforetycznej wymusza zastosowanie odpowiedniego etapu przygotowania próbki. Dlatego też, celem niniejszego projektu będzie opracowanie efektywnych warunków procesu wydzielania, zatężania i oznaczania wybranych ksenobiotyków z grupy substancji endokrynnych z próbek o złożonym składzie matrycy, stosując w tym celu ekstrakcję membranową oraz ekstrakcję do fazy stałej z użyciem polimerów z odciskami cząsteczkowymi jako sorbentów. W kręgu zainteresowań znajdą się farmaceutyki, w tym antybiotyki oraz leki powszechnie stosowane jako czynniki kontrolujące płodność, a także pestycydy (szczególnie fosforoorganiczne) stosowane w rolnictwie i związki powierzchniowo czynne z grupy alkilofenoli. Eksperymenty z zastosowaniem ekstrakcji membranowej, będą polegać na poszukiwaniu nowych, efektywnych i selektywnych przenośników, a następnie optymalizacji warunków procesu ekstrakcji. W przypadku zaś badań, związanych z polimerami z odciskiem cząsteczkowym, szczególna uwaga zostanie skierowana na ulepszenie opracowanych do tej pory sposobów ich syntezy, oraz możliwości zastosowanie otrzymanych materiałów polimerowych jako sorbentów w ekstrakcji do fazy stałej (SPE).

Planowane metody i narzędzia badawcze

Najczęściej stosowanymi technikami wydzielania i wzbogacania analitów są techniki ekstrakcyjne, których mechanizmy procesu opierają się głównie na właściwościach fizycznych i/lub chemicznych rozdzielanych substancji. Ze względu jednak na zbyt wysokie koszty eksploatacyjne oraz zużycie dużych ilości rozpuszczalników organicznych, wciąż poszukuje się nowych, bardziej efektywnych sposobów wyodrębniania i oznaczania różnorodnych analitów z próbek o złożonym składzie matrycy. Takim alternatywnym sposobem do izolacji i zatężania ksenobiotyków wykazujących właściwości endokrynne, może okazać się zastosowanie między innymi tzw. ekstrakcji membranowej oraz polimerów z odciskami molekularnymi (MIP) jako wymiennych sorbentów w ekstrakcji do fazy stałej (MISPE). W przypadku ekstrakcji membranowej chodzi szczególnie o zastosowania unieruchomionych membran ciekłych (SLM) oraz mikroporowatych membran w układzie ciecz-ciecz (MMLLE), które w ostatnich latach wykazały szerokie spektrum zastosowania, pozwalając zwiększyć efektywność i selektywność wielu analiz chemicznych. Ekstrakcja za pomocą unieruchomionych membran ciekłych (SLM) jak i mikroporowatych membran w układzie ciecz-ciecz (MMLLE), polega na użyciu hydrofobowych membran, zawierających w porach polimerowego podparcia fazę organiczną, stanowiącą efektywną barierę dla dwóch niemieszających się ze sobą faz donora i akceptora (najczęściej wodnych). Obie wymienione techniki łączą w sobie zalety ekstrakcji ciecz-ciecz (selektywność i prostota) oraz klasycznego procesu membranowego (proces jednoetapowy, niskie koszty operacyjne). Dodatkową zaletą układów SLM i MMLLE jest możliwość ich łatwego połączenia (w układzie online) z urządzeniami analitycznymi. Natomiast technika polimerów z odciskami molekularnymi (MIP) pozwala na otrzymanie materiałów polimerowych o specyficznych właściwościach, które decydują o selektywnym rozpoznawaniu określonego typu cząsteczek.

Jako metody detekcji zastosowane zostaną takie techniki jak wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) z detektorami UV-VIS, matrycą diodową (PDA), oraz spektrometrią mas (MS), a także elektroforeza kapilarna (CE) z detektorami UV-Vis, PDA i laserowym (LIF) znajdujące się na wyposażeniu Katedry Chemii Analitycznej Wydziału Chemii UO.

Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie

Efektem projektu będzie zespół standardowych metodyk analitycznych, które znajdą zastosowanie w badaniach próbek o złożonym składzie matrycy (wody powierzchniowe, żywność, itp.) na obecności ksenobiotyków z grupy substancji endokrynnych wywołujących zachwianie równowagi hormonalnej w organizmach żywych. Otrzymane wyniki pozwolą uzyskać informację na temat obecności potencjalnych modulatorów endokrynnych między innymi w produktach żywności, które jak powszechnie wiadomo już w bardzo niskich stężeniach stanowią zagrożenie dla prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych. Uzyskane informację będą mogły być wykorzystane w ramach Krajowego jak i Europejskiego Programu Ramowego, dotyczącego badania stopnia zagrożenia substancjami wywołujących tzw. efekt estrogenny

Opracowane metodyki analityczne zostaną poddane procesowi walidacji tak aby mogły zostać wykorzystane przez laboratoria kontrolne w praktyce analitycznej. Procedury takie są niezbędne między innymi do prowadzenia:

  • systematycznych badań próbek wody, zawiesin oraz osadów dennych w celu oceny stanu środowiska wodnego i procesów w nim zachodzących, które muszą być prowadzone przez instytucje odpowiedzialne za kontrolę stanu i zarządzanie zasobami środowiskowymi;

  • rzetelnych badań z zakresu jakości żywności, pod katem obecności substancji zanieczyszczających oraz innych chemikaliów stanowiących zagrożenie dla zdrowia organizmów żywych, które wykonywane są m.in. przez stacje sanitarno-epidemiologiczne;

Literatura

  1. A. Iovdijová, V. Bencko Ann Agric Environ Med 2010, 17, 183–192

  2. A. Biłyk, G. Nowak-Piechota Ochrona środowiska, 2004.

  3. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 304/2010 z dnia 9 kwietnia 2010 r. zmieniające załącznik II do rozporządzenia (WE) nr 396/2005 Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do najwyższych dopuszczalnych poziomów pozostałości 2-fenylofenolu w określonych produktach oraz na ich powierzchni. Tekst mający znaczenie dla EOG.

  4. C. Józef Wydział Chemii, Uniwersytet M. Kopernika, Toruń: p. 7-29.

  5. C. G. Campbell et al. Chemosphere, 2006. 65(8): p. 1265-1280.





dol