I ricercatori dell'Università di Kanazawa hanno monitorato l'emissione di luce blu-verde da molecole di tetrafeniletene solubili in acqua adsorbite in un'interfaccia liquido-liquido adsorbito da fosfolipidi fatta per assomigliare a una biomembrana. Hanno scoperto che il processo potrebbe essere controllato in modo reversibile da un potenziale applicato esternamente (tensione), che apre la possibilità per una nuova classe di sonde molecolari e sistemi mirati di somministrazione di farmaci.

La somministrazione mirata di farmaci terapeutici o DNA direttamente alle cellule ha molti usi per il trattamento delle malattie, quindi c'è un crescente interesse per le biomolecole che interagiscono direttamente con le membrane cellulari. Emissione indotta dall'aggregazione (AIE), una tecnica promettente con applicazioni per materiali funzionali, optoelettronica, e ingegneria biomedica, è un processo mediante il quale gli autoaggregati possono essere resi fluorescenti quando vengono impilati insieme. I derivati ​​del tetrafenilene (TPE) sono molecole a forma di elica con quattro anelli fenilici che mostrano questa proprietà. Individualmente, queste molecole non sono fluorescenti, perché i loro stati fotoeccitati decadono allo stato fondamentale attraverso vibrazioni o rotazioni molecolari non emissive. Però, quando molte di queste molecole si aggregano insieme, diventano fluorescenti ed emettono luce blu-verde.

I ricercatori dell'Istituto di Scienza e Ingegneria dell'Università di Kanazawa hanno studiato il comportamento dell'AIE dei derivati ​​idrosolubili del TPE su una superficie di membrana cellulare artificiale che si è formata dall'autoassemblaggio di molecole di fosfolipidi, che hanno ciascuno una "testa" idrofila (amante dell'acqua) e due "code" idrofobe (che temono l'acqua). I fosfolipidi possono anche essere usati per creare bolle chiamate vescicole che possono fondersi con le membrane delle cellule viventi per rilasciare un farmaco o un carico utile di DNA. "Le potenziali applicazioni di questo lavoro includono l'etichettatura selettiva di vescicole mirate contenenti farmaci, ", afferma l'autore senior dello studio Hirohisa Nagatani.

Utilizzando la voltammetria a trasferimento ionico e la spettroscopia di modulazione sensibile alla superficie, il team di ricerca è stato in grado di dimostrare che il trasferimento di fase e l'adsorbimento interfacciale di molecole di TPE cariche si sono verificati in modo reversibile in base a un potenziale applicato. Questo imita il potenziale di membrana delle cellule viventi, che svolge un ruolo cruciale in molti processi fisiologici, compreso il trasporto di ioni e la trasmissione degli impulsi nervosi. "Il comportamento indotto dalla tensione che abbiamo osservato in semplici molecole idrosolubili può essere importante per lo sviluppo di nuove sonde sensibili del potenziale di membrana per applicazioni biomediche, " spiega Nagatani. "Il nostro sistema potrebbe anche essere un'alternativa ai coloranti voltaggio-sensibili come sonde molecolari". I ricercatori notano anche la possibilità di utilizzare questo sistema come fotosensibilizzatore per la fototerapia del cancro, in cui le cellule possono essere selettivamente contrassegnate per la radiazione luminosa.