Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Люминесценция КС РЗЭ в видимой и ближней ИК области
Рис. 2. преимущество излучателей в ближнем ИК диапазоне для биоприменений
Рис. 3. Высокое время жизни и стабильность КС РЗЭ
Рис. 4. Механизм люминесценции КС РЗЭ
Рис. 5. Дендримеры как лиганды в КС РЗЭ
Рис. 6. 2,3-нафталимид
Рис. 7. Структура и люминесценция дендримера с европием
Рис. 8. Дендример с неодимом и антенной - 1,8-нафталимидом
Рис. 9. Использование неодимового дендримера для биовизуализации
Рис. 10. Использование дендримера как кислородного сенсора
Тестирование ex vivo

Люминесценция лантанидов для биовизуализации

Ключевые слова:  биотехнологии, люминесценция, периодика

Автор(ы): Stephane Petoud

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

15 сентября 2010

Почти все редкоземельные элементы (РЗЭ) способны люминесцировать в видимой или ближней ИК области (Рис. 1). Второе особенно важно для биологических применений, поскольку поглощение в биологических объектах, например, опухолей, ближнем ИК диапазоне довольно низко, а рассеяние при росте длины волны падает как l4, то есть также довольно низко в ближней ИК области (Рис. 2). Использование же именно координационных соединений лантанидов обосновано тем, что, во-первых, высокое время жизни возбужденного состояния позволяет, используя времяразрешенную спектроскопию, отсечь быструю флуоресценцию биологических объектов, а во-вторых, по сравнению с флуоресцентными органическими молекулами КС РЗЭ обладают стабильной во времени люминесценцией (Рис. 3).

Напомним, что люминесценция РЗЭ происходит по механизму, представленному на Рис. 4: органическая часть молекулы – «антенна» - поглощает излучение, которое далее входе внутримолекулярных переносов передается на центральный ион РЗЭ При этом важно учитывать возможность переизлучения энергии самой органической частью молекулы, а также возможность гашения люминесценции при наличии эффективных гасителей – в первую очередь O–H и N–H групп. Поэтому при подборе лигандов нужно учитывать множество факторов, поскольку интенсивность люминесценции лантанидов зависит от:

- квантового выхода, который в свою очередь зависит от эффективности антенны в качестве сенсибилизатора и защиты иона металла,

- числа фотонов, выходящих из источника излучения,

- поглощения люминесцирующих молекул и

- числа катионов РЗЭ в молекуле.

Проф. Стефан Пету предложил сосредоточиться на двух последних аспектах и использовать для биологической визуализации дендримеры (Рис. 5), содержащие несколько катионов РЗЭ в каждой молекуле. При этом по краям такого дендримера можно пришить эффективные сенсибилизаторы, а также дополнительные функциональные группы, например, для увеличения растворимости в воде. Одним из эффективных сенсибилизаторов является 2,3-нафталимид, который обладает высокой заселенностью триплетного уровня – до 95%, - с которого и происходит передача энергии на ион РЗЭ, а также его донирующие уровни энергии расположены таким образом, что возможна эффективная передача энергии почти на все ионы РЗЭ (Рис. 6).

Полученный дендример содержит 60 атомов кислорода - потенциальных координирующих центров, - 32 2,3-нафталимидных антенны и, что очень важно, биосовместим (Рис. 7). Однако комплекс европия, который был с ним получен, обладает квантовым выходом всего 0.0006(1)! Тогда чем же объяснить его яркую люминесценцию? Как раз большим числом входящих в его состав ионов РЗЭ.

Заменяя европий на неодим, а 2,3-нафталимид – на 1,8-нафталимид, можно получить дендримерный комплекс, излучающий в ближнем ИК диапазоне (Рис. 8). Его невысокий квантовый выход (0.000077) снова компенсируется восемью атомами неодима в его составе, а время жизни возбужденного состояния – 1.53 мкс – позволяет использовать его для биоприменений (Рис. 9). Но кроме этого, на основе таких соединений можно сделать клеточные сенсоры на кислород (Рис. 10), при повышении концентрации которого падает эффективность фотолюминесценции. Эти сенсоры стабильны, их сигнал обратим, а соотношение сигнал/шум достаточно велико.

А на Рис. 11 уже показано использование таких дендримеров в печени крысы!

Текст статьи основан на лекции, прочитанной проф. Пету на Первой международной конференции по люминесценции лантанидов.



Средний балл: 10.0 (голосов 5)

 


Комментарии
А как доказывают структуру дендримеров? Или это чисто умозрительные заключения?
Например, одна структура приведена в статье :)
Я имел в виду другое.
Дело в том, что в органике реакции редко идут до конца. Может там не 32 нафталида-антенны, а меньше. Или вместо чистого дендримера идёт смесь продуктов с разной степенью модификации.
Палии Наталия Алексеевна, 17 сентября 2010 11:17 
Интересно, а говорилось ли на лекции о возможном отрицательном влиянии лантанидов на организм. Хотя количества и маленькие, но вводятся даже и в печень(!). Относительно La и Ce, например, сказано , что "Cerium (La) can be a threat to the liver when it accumulates in the human body." ( это для больных, а для лечащего персонала актуально актуально: "Cerium(La) is mostly dangerous in the working environment, due to the fact that damps and gasses can be inhaled with air. This can cause lung embolisms, especially during long-term exposure")/ т.е. у больного может пострадать печень, а у лечащего персонала - легкие. http://www.l...c-chart.htm
Котловкер Илья Фёдорович, 20 сентября 2010 12:53 
Так это что любую жидкость можно осветить
подобным образом? Долго ли этот процесс может
продолжаться?
Набиуллин Александр Ринатович, Да, вопрос чистоты препарата, увы, не освещался. Но думаю, что методы типа ВЭЖХ позволяют выделить пусть и небольшой процент, но чистого продукта.

Палии Наталия Алексеевна, Нет, акцента такого не было, но насколько я знаю ( не сошлюсь на книгу, говорили на биолюминесцентном учебном курсе), что тербий и европий точно не вредны.

Котловкер Илья Фёдорович, не очень поняла про жидкость. растворы готовят в воде - не ацетон же лить в кровь, - а время достижения нужного органа может исчисляться минутами.
Палии Наталия Алексеевна, 25 сентября 2010 17:48 
Спасибо, Валентина Владимировна. Вопрос вызван тем обстоятельством, что отрицательное воздействие препаратов/медицинских устройств проявляется не сразу (как в случае NiTi - стентов, например)
Режабек Борис Георгиевич, 29 октября 2010 00:57 
Коллеги! Знает ли кто-нибудь, где берут такие замечательные дендримеры и сколько они стоят? Они могут мне очень пригодиться для работы с изолированной нервной клеткой, и если выяснится возможность слежения за динамикой потребления кислорода в нейроне, это будет очень интересно.
Сообщите по
inrir@inbox.ru или по тел (499) 195 1224,
буду весьма признателен!
Коровин Юрий Викторович, 05 января 2011 12:17 
Спасибо, Валентина. Нам, как организаторам, приятно осознавать, что участие в Первой международной конференции по люминесценции лантанидов было для Вас, несомненно, продуктивным и полезным.
Искренне желаем дальнейших успехов в соответствующем научном поиске.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Жеребенок
Жеребенок

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.