Smarte fluorescerende molekylære switches baseret på borbaserede forbindelser

En molekylær switch er et molekyle, der reversibelt kan skiftes mellem to eller flere stabile tilstande som reaktion på eksterne stimuli, såsom en ændring af pH, lys eller elektrisk strøm. Disse molekyler er af interesse inden for nanoteknologi til anvendelse i molekylære computere eller responsive lægemiddelleveringssystemer. Hvis molekylet i en af ​​de to tilstande (on/off) er fluorescerende, forbindelserne kaldes derefter fluorescerende molekylære switches, og deres applikationer er endnu mere interessante inden for biovidenskab, især hvis de kan fungere i små rum. For eksempel, de kan bruges til biosensering og som billeddannelsesprober inde i celler.

Forskere fra Institute of Materials Science i Barcelona (ICMAB, CSIC) og Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) har udviklet et sæt ekstremt stabile fluorescerende molekylære switches, der kan styres elektrokemisk ved at anvende et potentiale. Dette er muligt på grund af tilstedeværelsen af ​​en meget særlig redoxaktiv anion - et negativt ladet molekyle, som oxiderer og reducerer meget hurtigt. I dette tilfælde, anionen er den såkaldte COSAN-anion (dens fulde navn er cobaltabisdicarbollide, og kemisk formel [3, 3'-Co (C ₂ B ₉ H ₁₁ ) ₂ ] ^- ), et bor-klynge-baseret kompleks med et Co (III) center, som har den usædvanlige egenskab at selvsamle sig til vesikler og miceller.

Disse systemer er de første eksempler på smarte redox-kontrollerede fluorescerende molekylære switches opnået fra borklynge-baserede forbindelser. På grund af tilstedeværelsen af ​​COSAN, de er ekstremt stabile, opløseligt i et stort antal organiske opløsningsmidler, og viser en stor reversibel fluorescensmodulation. Derudover disse molekyler kan danne geler med 1D-nanostrukturer ved selvsamling, som i nogle tilfælde kan bevare den selvlysende adfærd.

Dette forskningsarbejde er resultatet af et samarbejde mellem Dr. Rosario Núñez fra Inorganic Materials and Catalysis Laboratory (LMI) fra ICMAB-CSIC og Dr. Jordi Hernando fra gruppen af ​​elektrokemi, Fotokemi og organisk reaktivitet (GEFRO) ved Institut for Kemi i UAB. Erfaringerne fra LMI -gruppen på ICMAB inden for kemi, elektrokemi og fotoluminescens af borklynger-baserede materialer, og erfaringen fra GEFRO -gruppen ved UAB i undersøgelsen af ​​luminescerende og elektrokemiske egenskaber ved fluorescerende farvestoffer, såsom perylenderivater, kom sammen i en meget positiv synergi, der har gjort det muligt at koble særegenhederne i begge forskningsområder til at producere disse nye smarte molekyler med fremragende elektro-optisk adfærd.

"På grund af tilstedeværelsen af ​​COSAN, egenskaberne af disse forbindelser viser utvetydigt deres evne til at opføre sig som redox-inducerede fluorescerende switches, som kan være nyttig til design af molekylære minder og informationsbehandlingsenheder, biosensorer og billeddannelsesprober, eller elektrofluorokromiske displays, "siger Rosario Núñez, forsker ved ICMAB.

"I øvrigt, disse systemer overgår ydeevnen fra tidligere systemer baseret på konjugater af perylendiimider med andre metalbaserede redoxenheder såsom ferrocen; på den ene side, de viser større reversibel fluorescensmodulation med minimal nedbrydning, mens deres opløselighed i polære medier er dramatisk forbedret, et væsentligt krav til fremtidige anvendelser i biologiske systemer, "forklarer Jordi Hernando, forsker ved UAB.