Le radiazioni nella regione del vicino infrarosso sono invisibili, ma può penetrare in profondità nei tessuti viventi senza danneggiarli. Di conseguenza, le molecole di colorante che producono luce nel vicino infrarosso trovano preziose applicazioni nella diagnostica medica, e i ricercatori A*STAR hanno sviluppato un approccio sintetico in grado di identificare rapidamente modi per mettere a punto le proprie proprietà di emissione.

Un colorante noto come diidrossiantene (DHX), sebbene scoperto quasi 20 anni fa, ha attirato una raffica di rinnovato interesse dopo che i chimici hanno scoperto che piccoli ritocchi a un'"impalcatura" centrale - una struttura interconnessa di tre anelli aromatici - potrebbero accendere brillantemente, fluorescenza nel vicino infrarosso. Metodi sintetici attuali, però, sono mal equipaggiati per accedere a una varietà di analoghi da un singolo scaffold DHX. Ciò rende difficile comprendere come determinate strutture possano massimizzare la fluorescenza.

Jean-Alexandre Richard dell'Istituto di scienze chimiche e ingegneristiche di A*STAR e i suoi collaboratori miravano a esplorare il potenziale di DHX prendendo l'esempio dei chimici medicinali, che spesso generano librerie di potenziali farmaci candidati facendo reagire un intermedio comune con una serie di reagenti. Questa tecnica, noto anche come sintesi divergente, semplifica notevolmente gli sforzi per vagliare i composti con proprietà desiderabili.

"Ho visto il potenziale per lo sviluppo di una nuova chimica per produrre questi coloranti perché i percorsi riportati non erano abbastanza flessibili, " dice Richard. "Il nostro approccio dà accesso a un numero di molecole che sarebbe stato troppo dispendioso in termini di tempo per ottenere attraverso una sintesi puramente de novo".

Per costruire la loro libreria di coloranti, il team ha ideato una sintesi divergente in cui due "maniglie chimiche" erano attaccate alle due estremità dell'impalcatura DHX. Dando le maniglie opposte alle capacità di donazione e accettazione di elettroni, il team ha immaginato di poter creare le condizioni per un'ampia gamma di livelli di fluorescenza. Hanno identificato che, utilizzando manici di aldeide e bromuro di arile, potrebbero produrre l'impalcatura iniziale in un solo passaggio e su una scala di grammi.

I ricercatori hanno prima sistematicamente sostituito il manico di bromo con più di 20 donatori a base di aminoacidi, ciascuno con un lineare leggermente diverso, ciclico, e strutture aromatiche. Quindi, hanno scambiato direttamente il manico dell'aldeide con un gruppo ad anello aromatico carico per aumentare le proprietà di attrazione degli elettroni del DHX. I test ottici della libreria di coloranti hanno permesso al team di classificare gli analoghi in termini di intensità di fluorescenza, dati che potrebbero rivelarsi critici per il monitoraggio di diversi componenti in biosistemi complessi.

Il team è entusiasta del nuovo potenziale della tintura. "I coloranti DHX completeranno il numero piuttosto ridotto di coloranti nel vicino infrarosso ora disponibili, e incoraggiare le persone a considerarli una valida opzione per la microscopia, diagnostica e imaging, "dice Riccardo.