Gør en god ting bedre:En syretest, der ikke vil drukne i vand

Nær-infrarøde cyaninfarvestoffer er vigtige værktøjer til at studere cellers indre funktion og undersøge sygdoms biokemi, herunder kræft.

Men selvom de har lav toksicitet og masser af anvendelser, disse fluorescerende farvestoffer har en svaghed, siger Haiying Liu, professor i kemi ved Michigan Technological University. Læg farvestofferne i vand, og de holder op med at virke. Deres molekyler klumper sig sammen, eller samlet, hvilket reducerer deres lysstyrke markant.

Liu og hans team spekulerede på, om det skulle være sådan. "Vi troede, det kunne være muligt at bruge aggregering til at tænde for farvestoffets fluorescens, " siger han. "Vi ønskede at vende en ulempe til en fordel."

Så de byggede et nyt cyaninfarvestof, der virker i vand og har andre gavnlige egenskaber. Deres forskning blev offentliggjort for nylig i Kemisk kommunikation .

Liu begyndte med at vedhæfte den kemiske tetraphenylethen (TPE) til et konventionelt cyaninfarvestof, der måler pH. Det nye farvestof gør, hvad det konventionelle farvestof ikke gør:det fluorescerer, når det samler sig i vand, lyser klart, når forholdene er sure og falmer under alkaliske forhold. Plus, det nye farvestof har en yderligere fordel, da det fluorescerer under både nær-infrarødt lys og synligt lys.

"Nær-infrarød er nyttig i biomedicinsk forskning, fordi den trænger ind i dybt væv, " siger Liu. Plus, denne dobbelte fluorescens giver videnskabsmænd mere valuta for pengene. "Vi kan bestemme pH-ændringen i to forskellige farver, hvilket lader os dobbelttjekke billeddannelsesresultaterne."

Forskerne testede deres cyaninfarvestof på levende celler dyrket i vandige opløsninger med varierende pH. De fandt ud af, at celler inkuberet i sure opløsninger fluoreserede, mens fluorescensen falmede i celler dyrket under alkaliske forhold.

Holdet ønskede også at se, om farvestoffet kunne spore pH-udsving i celler udsat for oxidativt stress - en markør for en sygdom, herunder kræft. Under disse forhold, pH-niveauer i cellerne har en tendens til at falde.

Så forskerne testede også to cellekulturer. Den første var blevet inkuberet med en oxidant, brintoverilte; den anden med kemikaliet N-ethylmaleimid (NEM), der slukker for en beskyttende antioxidant i celler. I begge tilfælde cellerne fluoreserede mere klart efter at de var blevet inkuberet, viser, at deres pH var faldet til det sure område.

Det nye fluorescerende farvestof er relativt nemt at lave i laboratoriet, Liu forklarer, og det kunne helt sikkert hjælpe forskere, der har brug for at detektere cellulær pH ​​i opløsninger med en høj procentdel vand. Ud over, han mener, at teknikken kunne tilpasses til forskellige typer cyaninfarvestoffer.

"Ved at modificere hydroxylgrupperne fra TPE-donor, " han siger, "du kunne udvikle nye farvestoffer til at registrere og afbilde kuldioxid, enzymer og biothioler som GSH."