Generel beskrivelse sætter gang i fremskridt inden for farvestofkemi

Der er en løbende efterspørgsel inden for biologisk forskning for at accelerere udviklingen af ​​fluorescerende prober baseret på den fotoinducerede elektronoverførselsmekanisme (PET). Ved at modulere PET-formationer, disse prober ændrer signifikant fluorescensintensiteter, muliggør en bekvem rute til at overvåge analytter eller miljøændringer med høj følsomhed, levende synlighed og fremragende spatiotemporal opløsning.

Imidlertid, det kvantitative design af fluorescensprober baseret på PET-mekanismen er fortsat en udfordrende opgave, da farvestofkemien stadig i vid udstrækning er baseret på trial-and-error.

For at løse denne udfordring, et internationalt team af forskere fra Singapore University of Technology and Design (SUTD), Dalian Institut for Kemisk Fysik i Kina (DICP), og Pohang University of Science and Technology (POSTECH) i Sydkorea har udviklet en teoretisk deskriptor, ΔE, at kvantitativt designe PET-fluorescensprober (se billede). Deres forskningsartikel blev offentliggjort i ACS publikationer.

Holdet etablerede ΔE-deskriptoren ved at udføre kvantekemiske beregninger på omkring 140 eksisterende PET-sonder og analysere korrelationerne mellem deres elektroniske strukturer og deres kvanteudbytter, eller på anden måde kendt som effektiviteten af ​​at generere fluorescens.

Forskerne viste også, at beskrivelsen var anvendelig til flere familier af fluoroforer såsom BODIPY, fluorescein, og rhodaminderivater. Baseret på beskrivelsen, de præcist forudsagde og udviklede med succes vaskefrie fluorescerende pletter af lipiddråber og mitokondrier til levende cellebioimaging.

De var også i stand til kvantitativt at designe fluoroforer med de aggregeringsinducerede emissionsegenskaber. Etableringen af ​​denne teoretiske deskriptor gør det muligt for kemikere og biologer at kvantitativt søge og designe nye PET-baserede fluorescensprober.

"Vores forskningsmål er at transformere farvestofkemien fra trial-and-error til molekylær ingeniørkunst, med de avancerede forskningsværktøjer såsom kemiske big data og kvantekemiske beregninger. Da vi fortsætter med at arbejde tæt sammen med farvestofkemikere for at nå dette mål, vi vil også udvikle højtydende fluorescerende materialer undervejs, " sagde adjunkt Liu Xiaogang fra SUTD.