I ricercatori KAUST hanno sviluppato una strategia per produrre nanoparticelle altamente fluorescenti attraverso un'attenta progettazione molecolare di polimeri coniugati. Tali minuscole particelle a base di polimeri potrebbero offrire alternative ai coloranti organici convenzionali e ai punti quantici di semiconduttori inorganici come etichette fluorescenti per l'imaging medico.

Nanoparticelle derivate da polimeri coniugati, chiamato Pdots, si prevede di trasformare diverse aree, compresa l'optoelettronica, bio-immagine, biorilevamento e nanomedicina, a causa della loro intensa fluorescenza, elevata stabilità all'esposizione alla luce e bassa citotossicità. Le loro proprietà spettroscopiche sono regolabili modificando le strutture polimeriche. Ciò rende essenziale considerare il loro design a livello molecolare.

Le applicazioni di bio-imaging richiedono nanoparticelle sufficientemente piccole da essere eliminate dal corpo ed emettono fortemente luce nella gamma dal rosso lontano al vicino infrarosso. Però, l'attuale progettazione e fabbricazione di Pdot si è basata principalmente su approcci empirici, ostacolando i tentativi di produrre queste nanoparticelle ultrapiccole.

Per vincere questa sfida, Il Dr. Hubert Piwoski e il Professore Associato Satoshi Habuchi hanno ideato un metodo sistematico che migliora le prestazioni dei Pdots. Habuchi ha spiegato che il suo team mirava a creare Pdot di dimensioni più ridotte e con una fluorescenza più brillante utilizzando polimeri coniugati, la cui spina dorsale di legami alternati singoli e multipli consente ai cosiddetti elettroni di muoversi liberamente attraverso la struttura.

Per la prima volta, i ricercatori hanno optato per twisted, invece che planare, polimeri coniugati come elementi costitutivi per generare i loro Pdot. I Pdot esistenti di solito mostrano un'intensità di fluorescenza inferiore rispetto ai loro precursori come risultato di complesse interazioni fotofisiche inter- e intra-catena all'interno delle particelle.

Secondo Habuchi, questo processo è stato un colpo nel buio:il suo team ha avviato il progetto senza sapere realmente cosa sarebbe successo, ma sono rimasti comunque sorpresi dai comportamenti di fluorescenza di questi Pdot rispetto ai loro analoghi precedentemente studiati.

I risultati preliminari suggeriscono che le nanoparticelle appena sintetizzate erano i Pdot più piccoli e più luminosi riportati fino ad oggi. "Perciò, abbiamo ipotizzato che la forma attorcigliata delle molecole sia responsabile della fluorescenza molto brillante dovuta alla soppressione delle interazioni π-π all'interno delle particelle, " ha spiegato Habuchi.

I ricercatori hanno convalidato la loro ipotesi mediante caratterizzazioni fotofisiche e strutturali complete. "Quello è stato il momento più emozionante del nostro progetto, "aggiunse Habuchi, notando che questa dimostrazione ha aperto una nuova porta per la corretta previsione delle proprietà di fluorescenza dei Pdots.

"Stiamo ora cercando di introdurre gruppi funzionali in questi Pdot per la bioconiugazione, Habuchi ha continuato. Il team sta anche progettando e fabbricando nanoparticelle che emettono nel vicino infrarosso.