Den lysere side af snoede polymerer

En strategi til at producere meget fluorescerende nanopartikler gennem omhyggeligt molekylært design af konjugerede polymerer er blevet udviklet af KAUST-forskere. Sådanne små polymerbaserede partikler kunne tilbyde alternativer til konventionelle organiske farvestoffer og uorganiske halvlederkvanteprikker som fluorescerende tags til medicinsk billeddannelse.

Konjugerede polymer-afledte nanopartikler, kaldet Pdots, forventes at ændre flere områder, herunder optoelektronik, bio-billeddannelse, bio-sensing og nanomedicin, på grund af deres intense fluorescens, høj stabilitet under eksponering for lys og lav cytotoksicitet. Deres spektroskopiske egenskaber kan justeres ved at justere polymerstrukturerne. Dette gør det vigtigt at overveje deres design på molekylært niveau.

Bio-billeddannelsesapplikationer kræver nanopartikler, der er små nok til at blive elimineret fra kroppen og udsender kraftigt lys i det langt røde til nær-infrarøde område. Imidlertid, nuværende design og fremstilling af Pdots har for det meste været afhængig af empiriske tilgange, hindrer forsøg på at fremstille disse ultrasmå nanopartikler.

For at imødekomme denne udfordring, Dr. Hubert Piwoski og lektor Satoshi Habuchi kom med en systematisk metode, der forbedrer ydeevnen af ​​Pdots. Habuchi forklarede, at hans team havde til formål at skabe Pdots af en mindre størrelse og lysere fluorescens ved at bruge konjugerede polymerer, hvis rygrad af vekslende enkelt- og multiple bindinger gør det muligt for såkaldte π-elektroner at bevæge sig frit gennem strukturen.

For første gang, forskerne valgte snoede, i stedet for plan, konjugerede polymerer som byggesten til at generere deres Pdots. Eksisterende Pdots udviser normalt lavere fluorescensintensitet end deres forstadier som et resultat af komplekse inter- og intra-kæde fotofysiske interaktioner i partikler.

Ifølge Habuchi, dette forsøg var et skud i mørket - hans team startede projektet uden rigtig at vide, hvad der ville ske - men de var stadig overraskede over fluorescensadfærden hos disse Pdots sammenlignet med deres tidligere undersøgte analoger.

Foreløbige resultater tyder på, at de nyligt syntetiserede nanopartikler var de mindste og lyseste Pdots rapporteret til dato. "Derfor, vi antog, at den snoede form af molekylerne er ansvarlig for den meget lyse fluorescens på grund af undertrykkelsen af ​​π-π-interaktioner inde i partiklerne, " forklarede Habuchi.

Forskerne validerede deres hypotese ved hjælp af omfattende fotofysiske og strukturelle karakteriseringer. "Det var det mest spændende øjeblik i vores projekt, " tilføjede Habuchi, bemærker, at denne demonstration har åbnet en ny dør for den korrekte forudsigelse af Pdots' fluorescensegenskaber.

"Vi forsøger nu at introducere funktionelle grupper i disse Pdots til biokonjugation, " Fortsatte Habuchi. Holdet designer og fremstiller også nær-infrarødt-emitterende nanopartikler.