НОВЫЕ СПИНОВЫЕ ЗОНДЫ НА ОСНОВЕ ЭНДОЭДРАЛЬНЫХ МЕТАЛЛОФУЛЛЕРЕНОВ
Кольтовер В. К., Бубнов В. П., Касумова Л. Т., Лаухина Е. Э., Эстрин Я. И.
Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Московская область
Для решения ряда фундаментальных
и прикладных задач биофизики необходимы измерения концентраций
и коэффициентов диффузии кислорода. Были попытки использования
для этих целей метода ЭПР в сочетании с "зондами" типа
микрокристаллов фталоцианина лития или угля, спектры ЭПР которых
чувствительны к кислороду. Однако, для измерений кислорода в микрогетерогенных
структурах необходимы зонды молекулярных размеров. Мы предлагаем
использовать для этой цели новый класс углеродных соединений -
эндометаллофуллерены M@C82, молекулы которых содержат атомы металла
(лантана или иттрия) внутри фуллеренового каркаса (Кольтовер и
др., 1997; Koltover et al., 1998). Спектры ЭПР La@C82 в растворах
в отсутствии кислорода демонстрируют октетную СТС с шириной индивидуальных
линий DH = 0,014 мТл при комнатной температуре. Спектры ЭПР Y@C82
в аналогичных условиях демонстрируют дублетную СТС с DH
= 0,012 мТл. Ширина линий растет с увеличением концентрации кислорода
в растворе линейно и обратимо. Тензоры СТС и g-фактора анизотропны,
что обеспечивает чувствительность спектров ЭПР эндометаллофуллеренового
зонда также к его вращательной подвижности и, соответственно, -
к вязкости окружения зонда. Далее, спектры ЭПР La@C82 и Y@C82
свидетельствуют, что эти соединения имеют электронную структуру
типа M3+@C823-. Имея избыточный электронный заряд на фуллереновой
оболочке, эти соединения сравнительно слабо акцептируют электроны
в мягких термодинамических условиях биосистем. Следовательно,
они могут быть использованы для измерений кислорода и для изучения
структуры мембранных липидов в восстановительных условиях, например -
при гипоксии/ишемии, когда традиционные спин-зонды на основе нитроксильных
радикалов восстанавливаются с потерей парамагнетизма. Кроме того,
узкая ширина линий ЭПР, большие значения времени спин-решеточной
релаксации и широкие возможности химической модификации фуллереновой
оболочки без потери парамагнетизма позволяют применять эндометаллофуллерены
в качестве контрастирующих парамагнитных агентов для ЯМР томографии.
[Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 98-03-33243) и
НТП "Актуальные направления в физике конденсированных сред"
Миннауки России (грант 98078-99010 подпрограммы "Фуллерены
и атомные кластеры")].