Design af små molekyler, der lyser i vand for at kaste lys over biologiske processer

Forskere fra University of Miami har udviklet en måde at tænde og slukke for fluorescerende molekyler i vandige miljøer, ved strategisk at fange molekylerne inde i vandopløselige partikler og kontrollere dem med ultraviolet lys. Det nye system kan bruges til at udvikle bedre fluorescerende prober til biomedicinsk forskning.

Tidligere undersøgelser har brugt vandopløselige partikler til at bringe organiske molekyler ind i vandet. Det nye ved dette system er brugen af ​​en fotoswitch-mekanisme i kombination med disse partikler.

Resultaterne offentliggjort online af Chemistry-A European Journal , beskrive skabelsen af ​​et fluorescerende fotoswitchable system, der er mere effektivt end nuværende teknologier, siger Francisco Raymo, professor i kemi ved UM College of Arts and Sciences og hovedforsker af denne undersøgelse.

"At finde en måde at skifte fluorescens inde i celler er en af ​​hovedudfordringerne i udviklingen af ​​fluorescerende prober til biobilleddannelsesapplikationer, " siger Raymo. "Vores fluorescerende kontakter kan betjenes i vand effektivt, giver mulighed for at afbilde biologiske prøver med opløsning på nanometerniveau."

Fluorescerende molekyler er ikke vandopløselige; derfor skabte Raymo og hans team deres system ved at indlejre fluorescerende molekyler i syntetiske vandopløselige nanopartikler kaldet polymerer, der tjener som transportmidler ind i levende celler. En gang inde i cellen, fluorescensen af ​​molekylerne fanget i nanopartiklerne kan tændes og slukkes under optisk kontrol.

"Polymerne kan bevare egenskaberne af de fluorescerende molekyler og samtidig hjælpe med overførslen af ​​molekylerne til vand, " siger Raymo. "Det er lidt som at have en fisk i en skål, så fisken kan fortsætte sine aktiviteter i skålen, og hele skålen kan overføres til et andet miljø."

Det nye system er hurtigere og mere stabilt end de nuværende metoder. De fluorescerende molekyler lyser, når de udsættes for ultraviolet og synligt lys samtidigt, og vender tilbage til deres oprindelige ikke-lysende tilstand på mindre end 10 mikrosekunder, efter at det ultraviolette lys er fjernet.

Ved at bruge konstruerede syntetiske molekyler, det nye system er i stand til at overvinde den naturlige nedslidningsproces, som organiske molekyler udsættes for, når de udsættes for ultraviolet lys.

"Systemet kan skiftes frem og tilbage mellem de fluorescerende og ikke-fluorescerende tilstande i hundredvis af cyklusser, uden tegn på nedbrydning, " siger Raymo.

Systemets overflade kan tilpasses for at hjælpe det med at knytte sig til specifikke molekyler af interesser, således at forskere kan visualisere strukturer og aktivitet i celler, i realtid, med en løsning, som ellers ville være umulig at opnå.