MIT kimyagerleri, tümörlerin daha net görüntüleri üretme gibi uygulamalar için kullanılabileceğini umdukları yeni bir tip floresan molekül tasarladılar.
Yeni boya, bir borenium iyonuna dayanıyor-kırmızıdan kızılöteye yakın aralığa ışık yayabilen olumlu yüklü bir bor biçimi. Yakın zamana kadar, bu iyonlar görüntüleme veya diğer biyomedikal uygulamalar için kullanılamayacak kadar dengesiz olmuştur.
Bugün yayınlanan bir çalışmada Doğa kimyasıaraştırmacılar, borenium iyonlarını bir liganda bağlayarak stabilize edebileceklerini gösterdiler. Bu yaklaşım, hepsi kırmızı ve kızılötesi aralıkta ışığı yayan ve emen borenium içeren filmler, tozlar ve kristaller yaratmalarına izin verdi.
Bu önemlidir, çünkü IR’ye yakın ışığın, dokuların derinliklerinde görüntüleme yapılarını ne zaman görüntüleme yapılarını görmek daha kolaydır, bu da tümörlerin ve vücuttaki diğer yapıların daha net görüntülerine izin verebilir.
Novartis, bu çalışmada üst düzey kimya profesörü Robert Gilliard, “Bu tür boyaların vücuda ve dokuya UV ve görünür aralıktaki ışıktan çok daha iyi nüfuz etmesinin nedenlerinden biri, bu çalışmada üstesinden gelmeye çalıştığımız zorluklardır.” Diyor.
MIT araştırma bilimcisi Chun-Lin Deng, gazetenin baş yazarıdır. Diğer yazarlar arasında Bi Youan (Eric) Tra Ph.D. ’25, eski misafir lisansüstü öğrencisi Xibao Zhang ve yüksek lisans öğrencisi Chonghe Zhang.
Stabilize boruyum
Çoğu floresan görüntüleme mavi veya yeşil ışık yayan boyalara dayanır. Bu görüntüleme ajanları hücrelerde iyi çalışır, ancak dokuda o kadar yararlı değildir, çünkü vücut tarafından üretilen düşük mavi ve yeşil floresan seviyeleri sinyale müdahale eder. Mavi ve yeşil ışık da dokuda dağılır ve ne kadar derin nüfuz edebileceğini sınırlar.
Kırmızı floresan yayan görüntüleme ajanları daha net görüntüler üretebilir, ancak çoğu kırmızı boya doğal olarak kararsızdır ve düşük kuantum verimleri nedeniyle parlak bir sinyal üretmez (ışık fotonu başına yayılan floresan fotonların oranı emilir). Birçok kırmızı boya için kuantum verimi sadece%1’dir.
Kızılötesine yakın ışık yayabilen moleküller arasında borenium katyonları-diğer üç atoma bağlı bir bor atomu içeren pozitif olarak yüklü iyonlar bulunur.
Bu moleküller ilk kez 1980’lerin ortalarında keşfedildiğinde, “laboratuvar merakları” olarak kabul edildi, diyor Gilliard. Bu moleküller o kadar dengesizdi ki, onları havaya maruz kalmadan korumak için torpidox adı verilen kapalı bir kapta ele alınmaları gerekiyordu, bu da onları parçalara ayırabilir.
Daha sonra kimyagerler, bu iyonları ligand adı verilen moleküllere bağlayarak daha kararlı hale getirebileceklerini fark ettiler. Bu daha kararlı iyonlarla çalışan Gilliard’ın laboratuvarı 2019’da bazı olağandışı özelliklere sahip olduklarını keşfetti: yani, farklı ışık renkleri yayarak sıcaklıktaki değişikliklere yanıt verebilirler.
Ancak bu noktada, “açık havada ele alınamayacak kadar reaktif oldukları için önemli bir sorun vardı,” diyor Gilliard.
Laboratuvarı, 2022 çalışmasında bildirdikleri karbodicarbenler (CDC’ler) olarak bilinen ligandları kullanarak onları daha da stabilize etmek için yeni yollar üzerinde çalışmaya başladı. Bu stabilizasyon nedeniyle, bileşikler şimdi bir torpidox kullanmadan incelenebilir ve işlenebilir. Ayrıca, önceki birçok borenium bazlı bileşiklerin aksine, ışıkla parçalanmaya dirençlidirler.
Yeni çalışmada Gilliard, CDC-Borenium bileşiklerinin bir parçası olan anyonları (negatif yüklü iyonlar) denemeye başladı. Araştırmacılar, bu anyonlar ve borenium katyonu arasındaki etkileşimlerin, eksiton bağlantısı olarak bilinen bir fenomen ürettiğini keşfetti. Bu bağlantı, moleküllerin emisyon ve emilim özelliklerini renk spektrumunun kızılötesi ucuna doğru kaydırdılar. Bu moleküller ayrıca yüksek bir kuantum verim üretti ve daha parlak parlamalarına izin verdi.
Gilliard, “Sadece doğru bölgede değil, moleküllerin verimliliği de çok uygun.” Diyor. Diyerek şöyle devam etti: “Elektromanyetik spektrumun o bölgesi için yüksek olduğu düşünülen kırmızı bölgedeki kuantum verimleri için otuzlu yıllarda yüzdelere kalmışız.”
Potansiyel uygulamalar
Araştırmacılar ayrıca, borenium içeren bileşiklerini katı kristaller, filmler, tozlar ve kolloidal süspansiyonlar dahil olmak üzere birkaç farklı duruma dönüştürebileceklerini gösterdiler.
Biyomedikal görüntüleme için Gilliard, bu borenyum içeren malzemelerin polimerlerde kapsüllenebileceğini ve bir görüntüleme boyası olarak kullanılmak üzere vücuda enjekte edilmesine izin verebileceğini öngörüyor. İlk adım olarak, laboratuar MIT’deki Kimya Bölümünde ve MIT ve Harvard Geniş Enstitüsü’ndeki araştırmacılarla çalışmayı planlıyor.
Sıcaklık duyarlılıkları nedeniyle, bu malzemeler, örneğin ilaç veya aşıların nakliye sırasında çok yüksek veya düşük sıcaklıklara maruz kalıp kalmadığını izlemek için sıcaklık sensörleri olarak da dağıtılabilir.
Gilliard, “Sıcaklık izlemenin önemli olduğu her türlü uygulama için, bu tür ‘moleküler termometreler’ çok yararlı olabilir.”
İnce filmlere dahil edilirse, bu moleküller, özellikle esnek ekranlar gibi yeni malzeme türlerinde organik ışık yayan diyotlar (OLED’ler) olarak da yararlı olabilir.
Rutgers Üniversitesi’nde çalışmaya dahil olmayan kimya profesörü Frieder Jaekle, “IR yakınında elde edilen, mükemmel çevresel istikrarla birlikte elde edilen çok yüksek kuantum verimleri, bu bileşik sınıfını biyolojik uygulamalar için son derece ilginç hale getiriyor.”
“Biyolojik olarak belirgin bir faydanın yanı sıra, güçlü ve ayarlanabilir IR’ye yakın emisyon, bu yeni floroforları anticounterfeing, sensörler, anahtarlar ve gelişmiş optoelektronik cihazlar için akıllı malzemeler olarak çok çekici hale getiriyor.”
Bu boyalar için olası uygulamaları keşfetmenin yanı sıra, araştırmacılar şimdi renk emisyonlarını ek bor atomlarını dahil ederek başarmayı umdukları kızılötesine yakın bölgeye daha da genişletmeye çalışıyorlar. Bu ekstra bor atomları molekülleri daha az kararlı hale getirebilir, bu nedenle araştırmacılar da onları stabilize etmeye yardımcı olmak için yeni karbodicarben türleri üzerinde çalışıyorlar.
