Более яркая сторона скрученных полимеров

Исследователи из KAUST разработали стратегию получения высокофлуоресцентных наночастиц за счёт тщательного молекулярного дизайна сопряжённых полимеров. Такие крошечные полимерные частицы могут стать альтернативой обычным органическим красителям и неорганическим полупроводниковым квантовым точкам в качестве флуоресцентных меток для медицинской визуализации.

Наночастицы на основе сопряжённых полимеров, называемые Pdots, как ожидается, преобразуют несколько областей, включая оптоэлектронику, биоимиджинг, биосенсинг и наномедицину, благодаря своей интенсивной флуоресценции, высокой стабильности при воздействии света и низкой цитотоксичности. Их спектроскопические свойства можно настраивать, изменяя структуру полимеров. Это делает критически важным продумывание их дизайна на молекулярном уровне.

Применения в биоимиджинге требуют наночастиц, достаточно малых для выведения из организма и сильно излучающих свет в дальнем красном и ближнем инфракрасном диапазоне. Однако текущий дизайн и изготовление Pdots в основном опирались на эмпирические подходы, что затрудняло попытки производства этих ультрамалых наночастиц.

Чтобы решить эту задачу, доктор Хьюберт Пивонски и адъюнкт-профессор Сатоши Хабучи разработали систематический метод, повышающий производительность Pdots. Хабучи пояснил, что его команда стремилась создать Pdots меньшего размера и с более яркой флуоресценцией, используя сопряжённые полимеры, чья чередующаяся структура одинарных и кратных связей позволяет так называемым π-электронам свободно перемещаться по всей структуре.

Впервые исследователи выбрали в качестве строительных блоков для своих Pdots не планарные, а скрученные сопряжённые полимеры. Существующие Pdots обычно демонстрируют более низкую интенсивность флуоресценции, чем их предшественники, из-за сложных меж- и внутрицепочечных фотофизических взаимодействий внутри частиц.

По словам Хабучи, эта попытка была выстрелом в темноту — его команда начала проект, не зная наверняка, что получится, — но они всё равно были удивлены флуоресцентными свойствами этих Pdots по сравнению с ранее изученными аналогами.

Предварительные результаты показали, что вновь синтезированные наночастицы были самыми мелкими и яркими из когда-либо зарегистрированных Pdots. «Поэтому мы предположили, что скрученная форма молекул ответственна за очень яркую флуоресценцию из-за подавления π-π взаимодействий внутри частиц», — объяснил Хабучи.

Исследователи подтвердили свою гипотезу всесторонними фотофизическими и структурными исследованиями. «Это был самый захватывающий момент нашего проекта», — добавил Хабучи, отметив, что эта демонстрация открыла новую дверь для корректного предсказания флуоресцентных свойств Pdots.

«Сейчас мы пытаемся ввести функциональные группы в эти Pdots для биоконъюгации», — продолжил Хабучи. Команда также занимается дизайном и созданием наночастиц, излучающих в ближнем инфракрасном диапазоне.