Er is een voortdurende vraag naar biologisch onderzoek om de ontwikkeling van fluorescerende sondes op basis van het foto-geïnduceerde elektronenoverdracht (PET) mechanisme te versnellen. Door PET-formaties te moduleren, deze sondes veranderen de fluorescentie-intensiteiten aanzienlijk, waardoor een gemakkelijke route mogelijk is om analyten of omgevingsveranderingen met hoge gevoeligheid te volgen, levendige zichtbaarheid en uitstekende spatiotemporele resolutie.

Echter, het kwantitatieve ontwerp van fluorescentieprobes op basis van het PET-mechanisme blijft een uitdagende taak, aangezien kleurstofchemie nog steeds grotendeels gebaseerd is op trial-and-error.

Om deze uitdaging aan te gaan, een internationaal team van onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD), Dalian Instituut voor Chemische Fysica in China (DICP), en Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Zuid-Korea hebben een theoretische descriptor ontwikkeld, E, voor het kwantitatief ontwerpen van PET-fluorescentiesondes (zie afbeelding). Hun onderzoekspaper werd gepubliceerd in ACS publicaties.

Het team heeft de ΔE-descriptor vastgesteld door kwantumchemische berekeningen uit te voeren op ongeveer 140 bestaande PET-sondes en de correlaties tussen hun elektronische structuren en hun kwantumopbrengsten te analyseren. of anders bekend als de efficiëntie van het genereren van fluorescentie.

De onderzoekers toonden ook aan dat de descriptor van toepassing was op verschillende families van fluoroforen zoals BODIPY, fluoresceïne, en rhodaminederivaten. Op basis van de descriptor, ze voorspelden nauwkeurig en ontwikkelden met succes wasvrije fluorescerende vlekken van lipidedruppeltjes en mitochondriën voor bio-imaging van levende cellen.

Ze waren ook in staat om fluoroforen kwantitatief te ontwerpen met de aggregatie-geïnduceerde emissie-eigenschappen. De oprichting van deze theoretische descriptor stelt chemici en biologen in staat om nieuwe op PET gebaseerde fluorescentieprobes kwantitatief te zoeken en te ontwerpen.

"Ons onderzoeksdoel is om de kleurstofchemie te transformeren van trial-and-error naar moleculaire engineering, met de modernste onderzoekstools zoals chemische big data en kwantumchemische berekeningen. Omdat we nauw blijven samenwerken met kleurstofchemici om dit doel te bereiken, we zullen onderweg ook hoogwaardige fluorescerende materialen ontwikkelen, " zei assistent-professor Liu Xiaogang van SUTD.