Een strategie om zeer fluorescerende nanodeeltjes te produceren door middel van zorgvuldig moleculair ontwerp van geconjugeerde polymeren is ontwikkeld door KAUST-onderzoekers. Dergelijke minuscule op polymeer gebaseerde deeltjes zouden alternatieven kunnen bieden voor conventionele organische kleurstoffen en anorganische halfgeleider kwantumstippen als fluorescerende tags voor medische beeldvorming.

Van geconjugeerde polymeer afgeleide nanodeeltjes, genaamd Pdots, zullen naar verwachting verschillende gebieden transformeren, inclusief opto-elektronica, bio-beeldvorming, bio-sensing en nanogeneeskunde, vanwege hun intense fluorescentie, hoge stabiliteit bij blootstelling aan licht en lage cytotoxiciteit. Hun spectroscopische eigenschappen kunnen worden aangepast door de polymeerstructuren aan te passen. Dit maakt het essentieel om hun ontwerp op moleculair niveau te bekijken.

Bio-imaging-toepassingen vereisen nanodeeltjes die klein genoeg zijn om uit het lichaam te worden verwijderd en sterk licht uitstralen in het ver-rode tot nabij-infrarode bereik. Echter, het huidige ontwerp en de fabricage van Pdots zijn meestal gebaseerd op empirische benaderingen, het belemmeren van pogingen om deze ultrakleine nanodeeltjes te vervaardigen.

Om deze uitdaging aan te gaan, Dr. Hubert Piwoski en universitair hoofddocent Satoshi Habuchi bedachten een systematische methode die de prestaties van Pdots verbetert. Habuchi legde uit dat zijn team pdots van een kleiner formaat en helderdere fluorescentie wilde maken door geconjugeerde polymeren te gebruiken, waarvan de ruggengraat van afwisselende enkelvoudige en meervoudige bindingen de zogenaamde π-elektronen in staat stelt vrij door de structuur te bewegen.

Voor de eerste keer, de onderzoekers kozen voor twisted, in plaats van vlak, geconjugeerde polymeren als bouwstenen om hun Pdots te genereren. Bestaande Pdots vertonen gewoonlijk een lagere fluorescentie-intensiteit dan hun voorlopers als resultaat van complexe inter- en intra-keten fotofysische interacties binnen deeltjes.

Volgens Haboechi, deze proef was een schot in het duister - zijn team startte het project zonder echt te weten wat er zou gebeuren - maar ze waren nog steeds verrast door het fluorescentiegedrag van deze Pdots in vergelijking met hun eerder onderzochte analogen.

Voorlopige resultaten suggereren dat de nieuw gesynthetiseerde nanodeeltjes de kleinste en helderste Pdots tot nu toe waren. "Daarom, we veronderstelden dat de gedraaide vorm van de moleculen verantwoordelijk is voor de zeer heldere fluorescentie als gevolg van de onderdrukking van π-π-interacties in de deeltjes, ’ legde Haboechi uit.

De onderzoekers valideerden hun hypothese door uitgebreide fotofysische en structurele karakteriseringen. "Dat was het meest opwindende moment van ons project, " voegde Haboechi eraan toe, opmerkend dat deze demonstratie een nieuwe deur heeft geopend voor de juiste voorspelling van de fluorescentie-eigenschappen van Pdots.

"We proberen nu functionele groepen in deze Pdots te introduceren voor bioconjugatie, "Vervolgde Habuchi. Het team ontwerpt en fabriceert ook nanodeeltjes die bijna-infrarood uitzenden.