C'è una continua richiesta nella ricerca biologica per accelerare lo sviluppo di sonde fluorescenti basate sul meccanismo di trasferimento di elettroni fotoindotto (PET). Modulando le formazioni di PET, queste sonde cambiano significativamente le intensità di fluorescenza, consentendo un comodo percorso per monitorare analiti o cambiamenti ambientali con elevata sensibilità, visibilità vivida ed eccellente risoluzione spazio-temporale.

Però, la progettazione quantitativa delle sonde di fluorescenza basate sul meccanismo PET continua a essere un compito impegnativo poiché la chimica dei coloranti è ancora in gran parte basata su tentativi ed errori.

Per affrontare questa sfida, un team internazionale di ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD), Istituto Dalian di Fisica Chimica in Cina (DICP), e la Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Corea del Sud hanno sviluppato un descrittore teorico, E, per progettare quantitativamente sonde di fluorescenza PET (fare riferimento all'immagine). Il loro documento di ricerca è stato pubblicato in sindrome coronarica acuta pubblicazioni.

Il team ha stabilito il descrittore ΔE eseguendo calcoli chimici quantistici su circa 140 sonde PET esistenti e analizzando le correlazioni tra le loro strutture elettroniche e le loro rese quantistiche, o altrimenti noto come efficienza di generazione di fluorescenza.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il descrittore era applicabile a diverse famiglie di fluorofori come BODIPY, fluoresceina, e derivati ​​della rodamina. In base al descrittore, hanno previsto con precisione e hanno sviluppato con successo colorazioni fluorescenti senza lavaggio di goccioline lipidiche e mitocondri per il bioimaging di cellule vive.

Sono stati anche in grado di progettare quantitativamente fluorofori con le proprietà di emissione indotta dall'aggregazione. La creazione di questo descrittore teorico consente a chimici e biologi di ricercare e progettare quantitativamente nuove sonde di fluorescenza basate su PET.

"Il nostro obiettivo di ricerca è trasformare la chimica dei coloranti da prove ed errori a ingegneria molecolare, con gli strumenti di ricerca all'avanguardia come i big data chimici e i calcoli della chimica quantistica. Mentre continuiamo a lavorare a stretto contatto con i chimici dei coloranti per raggiungere questo obiettivo, svilupperemo anche materiali fluorescenti ad alte prestazioni lungo la strada, ", ha affermato l'assistente professore Liu Xiaogang del SUTD.