Onderzoekers van Kanazawa University volgden de emissie van blauwgroen licht van in water oplosbare tetrafenyletheenmoleculen geadsorbeerd aan een fosfolipide-geadsorbeerde vloeistof-vloeistofgrensvlak gemaakt om op een biomembraan te lijken. Ze ontdekten dat het proces omkeerbaar kon worden gecontroleerd door een extern aangelegde potentiaal (spanning), wat de mogelijkheid opent voor een nieuwe klasse van moleculaire probes en gerichte medicijnafgiftesystemen.

De gerichte afgifte van therapeutische geneesmiddelen of DNA rechtstreeks aan cellen heeft vele toepassingen voor de behandeling van ziekten, daarom is er een toenemende belangstelling voor biomoleculen die direct interageren met celmembranen. Door aggregatie geïnduceerde emissie (AIE), een veelbelovende techniek met toepassingen voor functionele materialen, opto-elektronica, en biomedische technologie, is een proces waarbij zelfaggregaten fluorescerend kunnen worden gemaakt door ze op elkaar te stapelen. Tetrafenyletheen (TPE) derivaten zijn propellervormige moleculen met vier fenylringen die deze eigenschap vertonen. individueel, deze moleculen zijn niet-fluorescerend, omdat hun foto-geëxciteerde toestanden vervallen tot de grondtoestand door niet-emitterende moleculaire trillingen of rotatie. Echter, wanneer verschillende van deze moleculen samenklonteren, ze worden fluorescerend en stralen blauwgroen licht uit.

Onderzoekers van het Institute of Science and Engineering aan de Kanazawa University bestudeerden het AIE-gedrag van in water oplosbare TPE-derivaten op een kunstmatig celmembraanoppervlak dat werd gevormd door zelfassemblage van fosfolipidemoleculen, die elk een hydrofiele (waterminnende) 'kop' en twee hydrofobe (watervrezende) 'staarten' hebben. Fosfolipiden kunnen ook worden gebruikt om bellen te maken die blaasjes worden genoemd en die kunnen samensmelten met levende celmembranen om een ​​medicijn of DNA-lading af te geven. "Mogelijke toepassingen van dit werk omvatten de selectieve etikettering van gerichte blaasjes die farmaceutische geneesmiddelen bevatten, ", zegt senior auteur van de studie Hirohisa Nagatani.

Met behulp van ionenoverdrachtsvoltammetrie en oppervlaktegevoelige modulatiespectroscopie, het onderzoeksteam kon aantonen dat de faseoverdracht en grensvlakadsorptie van geladen TPE-moleculen reversibel plaatsvond op basis van een toegepaste potentiaal. Dit bootst de membraanpotentiaal van de levende cellen na, die een cruciale rol speelt in veel fysiologische processen, inclusief ionentransport en transmissie van zenuwimpulsen. "Het door spanning geïnduceerde gedrag dat we hebben waargenomen in eenvoudige in water oplosbare moleculen, kan belangrijk zijn voor de ontwikkeling van nieuwe gevoelige sondes van membraanpotentiaal voor biomedische toepassingen, " legt Nagatani uit. "Ons systeem zou ook een alternatief kunnen zijn voor spanningsgevoelige kleurstoffen als moleculaire sondes." De onderzoekers merken ook de mogelijkheid op om dit systeem te gebruiken als een fotosensitizer voor fototherapie bij kanker, waarin cellen selectief kunnen worden gemarkeerd voor lichtstraling.