Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН выявили особенности строения и поведения органического соединения флуоресцеина, применяемого в медицине и экологической отрасли в качестве высокочувствительного зонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments.

Флуоресцеин — это краситель, и с его помощью можно окрашивать самые разнообразные миниатюрные объекты: живые клетки, системы доставки лекарств, ферменты, белки, биополимеры, мицеллы, углеродные нанотрубки. Вещество имеет вид оранжево-красных кристаллов и растворяется в воде, главное его достоинство — щедрость, с которой возбуждённые молекулы флуоресцеина испускают яркое зеленоватое свечение. Запустив в человеческий организм частицы, окрашенные флуоресцеином, легко отследить их движение — свечение легко регистрируется приборами, и мы узнаем, было ли доставлено лекарство в повреждённый орган, к примеру. Или поймём, где в теле пациента развивается новообразование. В отличие от биолюминесцирующих меток, которые светятся по принципу живых светлячков и «сами себе хозяева», флуоресцеин нуждается в возбуждении извне — на него нужно направит луч света, и они тут же вернут его, едва успев поглотить.

Флуоресцеин как представитель обширного семейства ксантеновых красителей был синтезирован более ста лет назад и за это время, казалось бы, хорошо изучен. Однако, как утверждают исследователи, основательно изученный «светящийся агент» до сих пор таит в себе некоторые секреты — до сих пор не изучена структура спектров флуоресценции в широком диапазоне рН, и «виноват» в этом перенос протона, который происходит, когда молекулы вещества находятся в возбуждённом состоянии.

«Между тем поглощением кванта света и испусканием его в виде флуоресценции проходит совсем немного времени, каких-нибудь несколько наносекунд, но событий за это время (в масштабе квантовой системы) происходит целое множество. В эти события включена сама молекула и её ближайшее окружение — молекулы растворителя, и это, конечно, влияет на наблюдаемый результат — флуоресценцию с её интенсивностью и длиной волны (цветом). Если разобраться в механизмах темновых процессов, предшествующих свечению, то на этой основе можно создать очень чувствительный сенсор на состояние окружения молекулы. На этой основе работают все оптические сенсоры и флуоресцеин, в частности. Одним из важных, конкурентных испусканию, процессов у флуоресцеина является перенос протона в возбуждённом состоянии. А это значит, что молекула, обладающая очень яркой зелёной люминесценцией, является сенсором на наличие протонных групп, т. е. на кислотность или pH окружения. Используя все преимущества оптических сенсоров, флуоресцеин можно применять для определения локальной кислотности очень специфических и малодоступных биологических объектов, например, живых клеток», — отметила профессор базовой кафедры фотоники и лазерных технологий СФУ Евгения Слюсарева.

«Мы проанализировали данные измерений, полученные методом абсорбционной и стационарной флуоресцентной спектроскопии, и результаты расчётов на основе нестационарной теории функционала плотности. Благодаря сочетанию эксперимента и теории в решении проблемы нам удалось получить уникальную информацию о поведении в возбуждённом состоянии разных ионных форм флуоресцеина. Мы полагаем, что эти данные в дальнейшем могут быть использованы при создании высокочувствительного сенсора, работающего по принципу „включение-выключение" процесса переноса протона между ионными формами флуоресцеина или его производных», — рассказала Марина Герасимова, старший преподаватель кафедры общей физики СФУ.

«В своей работе мы вносим вклад в понимание природы и эффективности переноса протона в возбуждённом состоянии. Мы описали этот процесс на языке квантовой химии, энергетики, скоростей протекающих процессов. Это позволит перейти с эмпирического языка на язык строгих количественных оценок. Это интересно и с фундаментальной точки зрения, чтобы проникнуть в секреты природы, дополнить знания о семействе ксантенов и других люминофоров, в том числе полученных из медуз зелёных светящихся белков (green fluorescent protein, GFP), и с практической — достичь решения задач биосенсорики гораздо более высокого уровня», — резюмировала Евгения Слюсарева.

Помимо учёных СФУ и Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН, участие в работе принимали исследователи Университета Невады (Рино, США) и Национального института передовых промышленных наук и технологий (Цукуба, Япония).

Пресс-служба СФУ

Похожие новости

  • 30/09/2019

    Сибирские ученые используют материалы с памятью формы для хирургии

    ​Появление никелид титановых имплантатов стало революционным шагом в хирургии. Несмотря на искусственный синтез, они оказались во много раз лучше изделий из биологических материалов, а также других имплантатов на металлической основе.
    271
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    1434
  • 19/07/2019

    В ИЯФ СО РАН создают установку для щадящего избавления пациентов от рака

    Иногда путь перспективных, казалось бы, технологий в повседневную реальность тернист. Достаточно вспомнить управляемый термоядерный синтез. Особенно обидно, когда речь идет о спасении человеческих жизней, а методика лечения многие десятилетия остается экспериментальной.
    321
  • 14/12/2018

    Красноярские ученые оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки

    ​Экологи из Сибирского федерального университета (СФУ) оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки и изучения климата прошлого. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (1, 1).
    1289
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    1135
  • 26/01/2018

    Ученые установили, что раковые клетки можно удалять с помощью золотых наночастиц и тепла

    ​Российские и канадские ученые разработали способ адресного разрушения раковых клеток с помощью наночастиц золота и теплового воздействия. Доставку терапевтических наночастиц к опухоли осуществляют специальные молекулы.
    1375
  • 23/09/2019

    Учёные изучили неожиданные свойства разупорядоченных нанорешёток

    Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России (Красноярск), Института физики им.
    274
  • 29/01/2018

    3D – принтеры для печати сердца будут стоять в каждой клинике

    ​Аортальный стеноз, коарктация аорты, транспозиция магистральных сосудов, тотальная аномалия впадения легочных вен, тетрада Фалло — в современной медицине насчитываются десятки видов пороков сердца, которые бывают как врожденными, так и приобретенными.
    1593
  • 03/10/2019

    В Иркутске обсудили возвращение на Байкал глубоководных обитаемых аппаратов

    8 сентября 2019 года состоялся визит в Институт земной коры СО РАН Героя Российской Федерации, известного советского и российского инженера, командира глубоководного обитаемого аппарата «Мир» Евгения Сергеевича Черняева.
    303
  • 24/09/2019

    Новосибирские физики обсудили с коллегами со всего мира новое в работе с ускорителями частиц

    ​Новосибирские физики делятся опытом с учеными из разных стран. В Институте Ядерной физики - международное совещание: эксперты обсуждают новое в работе с ускорителями частиц. В чем новосибирские исследователи сегодня мировые лидеры? Прототип секции охлаждения электронного кулера для российского коллайдера «Ника», который сейчас строят в Подмосковье, представили в Институте ядерной физики СО РАН новосибирские ученые.
    330