El descriptor general desencadena avances en la química de los tintes
Dejar de lado los ineficientes desarrollos de ensayo y error para diseñar cuantitativamente materiales luminiscentes
Existe una demanda continua en la investigación biológica para acelerar el desarrollo de sondas fluorescentes basadas en el mecanismo de transferencia de electrones fotoinducidos (PET). Al modular las formaciones de PET, estas sondas cambian significativamente las intensidades de fluorescencia, permitiendo una ruta conveniente para monitorear los analitos o los cambios ambientales con alta sensibilidad, visibilidad vívida y excelente resolución espacio-temporal.
Los investigadores de SUTD, DICP y POSTECH desarrollaron un descriptor teórico ΔE para predecir las sondas de fluorescencia basadas en PET; utilizando este descriptor, diseñaron cuantitativamente manchas fluorescentes de gotas de lípidos y mitocondrias para la bioimagen de células vivas.
SUTD
Sin embargo, el diseño cuantitativo de las sondas de fluorescencia basado en el mecanismo de la TEP sigue siendo una tarea difícil, ya que la química de los tintes sigue basándose en gran medida en el método de ensayo y error.
Para hacer frente a este desafío, un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), el Instituto de Física Química de Dalian en China (DICP) y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) en Corea del Sur han desarrollado un descriptor teórico, ΔE, para diseñar cuantitativamente sondas de fluorescencia PET.
El equipo estableció el descriptor ΔE realizando cálculos químicos cuánticos en unas 140 sondas PET existentes y analizando las correlaciones entre sus estructuras electrónicas y sus rendimientos cuánticos, o lo que se conoce como la eficiencia de la generación de fluorescencia.
Los investigadores también demostraron que el descriptor era aplicable a varias familias de fluoróforos como BODIPY, fluoresceína y derivados de la rodamina. Basándose en el descriptor, predijeron con precisión y desarrollaron con éxito manchas fluorescentes sin lavado de gotas de lípidos y mitocondrias para la bioimagen de células vivas.
También pudieron diseñar cuantitativamente los fluoróforos con las propiedades de emisión inducida por agregación. El establecimiento de este descriptor teórico permite a los químicos y biólogos buscar y diseñar cuantitativamente nuevas sondas de fluorescencia basadas en la TEP.
"Nuestro objetivo de investigación es transformar la química de los tintes de ensayo y error en ingeniería molecular, con las herramientas de investigación más avanzadas, como los grandes datos químicos y los cálculos químicos cuánticos. A medida que continuemos trabajando estrechamente con los químicos de los tintes para lograr este objetivo, también estaremos desarrollando materiales fluorescentes de alto rendimiento a lo largo del camino", dijo el Profesor Adjunto Liu Xiaogang de SUTD.
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