Un gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Masahito Murai della Graduate School of Science e dal Professor Shigehiro Yamaguchi del Laboratorio di Materiali Organici Funzionali ha sviluppato con successo molecole antiaromatiche che mostrano bande di assorbimento e fluorescenza nella regione del vicino infrarosso (NIR), una regione che è importante per i dispositivi medici.
I loro risultati, pubblicati in Angewandte Chemie International Edition , suggeriscono applicazioni per il progresso nei campi dell'assistenza sanitaria, dell'optoelettronica e della scienza dei materiali.
L'assorbimento e la fluorescenza sono argomenti di ricerca fondamentali nella spettroscopia, un campo che esplora l'interazione tra luce e materia. Queste proprietà fotofisiche sono cruciali per comprendere come si comportano le molecole e i materiali quando esposti alla luce.
Una banda di assorbimento rappresenta l’intervallo specifico di lunghezze d’onda in cui un materiale assorbe la luce, provocando la transizione degli elettroni all’interno delle molecole o degli atomi verso stati energetici più elevati. Le bande di fluorescenza, d'altro canto, si riferiscono all'emissione di luce da parte di una sostanza che ha precedentemente assorbito la luce, con la luce emessa che ha una lunghezza d'onda maggiore rispetto alla luce assorbita.
L'importanza di questa ricerca risiede nello sviluppo di molecole organiche che emettono luce nella regione NIR, in particolare lunghezze d'onda comprese tra 800 e 1100 nm. Questa regione, nota come "finestra ottica del tessuto vivente", offre vantaggi unici nelle applicazioni mediche, tra cui l'imaging biologico profondo, la terapia fotodinamica e la terapia fototermica. La luce NIR può penetrare i tessuti più profondamente con una dispersione ridotta e un fotodanneggiamento minimo, rendendola uno strumento prezioso nella ricerca sanitaria e nelle scienze della vita.
"Le molecole organiche che mostrano proprietà di assorbimento ed emissione nella regione del vicino infrarosso sono molto richieste per materiali optoelettronici nelle applicazioni sanitarie e nell'imaging a fluorescenza, come sonde fluorescenti per l'imaging biologico profondo, la terapia fotodinamica e la terapia fototermica", ha spiegato Murai. /P>
"Tuttavia, i coloranti convenzionali spesso soffrono di ridotta solubilità e maggiore lipofilicità a causa delle forti interazioni tra sistemi di elettroni π ampiamente estesi. Questi problemi rendono difficile modellare ed elaborare le molecole per utilizzarle come materiali elettronici e applicarle all'imaging biologico. "
La chiave del successo del team risiede nella fusione del tiofene, un anello eterociclico meno aromatico, con l'azepina. Questa struttura ad anello fuso bilancia efficacemente i caratteri antiaromatici e polimetinici per rendere più probabili le transizioni elettroniche dei composti antiaromatici e, di conseguenza, consentire l'acquisizione di lunghezze d'onda di assorbimento e fluorescenza nella regione NIR. Questa svolta ha il potenziale per portare alla creazione di diversi materiali luminescenti NIR.
Il team ha progettato e sintetizzato una serie di derivati dell'azepina con gruppi che accettano gli elettroni e ha utilizzato l'analisi della struttura a raggi X del cristallo singolo per rivelare differenze strutturali significative tra loro.
Mentre la dibenzoazepina curva mostrava assorbimento e fluorescenza a lunghezze d'onda più corte, l'analogo della ditienoazepina altamente planare mostrava assorbimento e fluorescenza a lunghezze d'onda superiori a 700 nm. L'utilità della struttura molecolare è stata ulteriormente dimostrata sintetizzando una ditienoazepina con gruppi di indolio cationico, che mostravano una forte banda di assorbimento a 846 nm e una stretta banda di fluorescenza a 878 nm.
Nel complesso, la loro ricerca introduce una strada promettente per lo sviluppo di materiali con forti proprietà di assorbimento e fluorescenza nella gamma NIR. La ditienoazepina era un nucleo utile in grado di ottenere assorbimento ed emissione a lunga lunghezza d'onda nonostante il suo piccolo scheletro triciclico.
Il potenziale applicativo abbraccia una vasta gamma di campi, tra cui l'imaging a fluorescenza, il rilevamento e la scienza dei materiali, con particolare attenzione all'imaging dei tessuti profondi e alla diagnostica non invasiva, evidenziando l'impegno dell'Università di Nagoya nell'ampliare i confini della scienza e dell'innovazione per migliorare la salute cura utilizzando una tecnologia all'avanguardia.
Ulteriori informazioni: Masahito Murai et al, Coloranti nel vicino infrarosso a base di ditienoazepina:effetti bifronti di una struttura fusa con tiofene su azepine antiaromatiche, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202311445
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM), Università di Nagoya
