Existe una demanda constante en la investigación biológica para acelerar el desarrollo de sondas fluorescentes basadas en el mecanismo de transferencia de electrones fotoinducidos (PET). Modulando las formaciones de PET, estas sondas cambian significativamente las intensidades de fluorescencia, permitiendo una ruta conveniente para monitorear analitos o cambios ambientales con alta sensibilidad, vívida visibilidad y excelente resolución espacio-temporal.

Sin embargo, El diseño cuantitativo de sondas de fluorescencia basadas en el mecanismo de PET sigue siendo una tarea desafiante ya que la química de los tintes todavía se basa en gran medida en el ensayo y error.

Para abordar este desafío, un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), Instituto de Física Química de Dalian en China (DICP), y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) en Corea del Sur han desarrollado un descriptor teórico, ΔE, para diseñar cuantitativamente sondas de fluorescencia de PET (consulte la imagen). Su trabajo de investigación fue publicado en ACS Publicaciones.

El equipo estableció el descriptor ΔE realizando cálculos químicos cuánticos en alrededor de 140 sondas PET existentes y analizando las correlaciones entre sus estructuras electrónicas y sus rendimientos cuánticos. o también conocido como la eficiencia de generar fluorescencia.

Los investigadores también demostraron que el descriptor era aplicable a varias familias de fluoróforos como BODIPY, fluoresceína y derivados de rodamina. Basado en el descriptor, predijeron con precisión y desarrollaron con éxito tinciones fluorescentes sin lavado de gotitas de lípidos y mitocondrias para la obtención de imágenes biológicas de células vivas.

También pudieron diseñar fluoróforos cuantitativamente con las propiedades de emisión inducidas por agregación. El establecimiento de este descriptor teórico permite a los químicos y biólogos buscar y diseñar cuantitativamente nuevas sondas de fluorescencia basadas en PET.

"Nuestro objetivo de investigación es transformar la química de los tintes de prueba y error a ingeniería molecular, con herramientas de investigación de última generación, como big data químico y cálculos de química cuántica. A medida que continuamos trabajando en estrecha colaboración con los químicos de colorantes para lograr este objetivo, también desarrollaremos materiales fluorescentes de alto rendimiento a lo largo del camino, ", dijo el profesor asistente Liu Xiaogang de SUTD.