Nära-infraröda cyaninfärgämnen är vanliga verktyg för att studera cellers inre funktion och undersöka sjukdomens biokemi, inklusive cancer.

Men även om de har låg toxicitet och många applikationer, dessa fluorescerande färgämnen har en svaghet, säger Haiying Liu, professor i kemi vid Michigan Technological University. Lägg färgämnena i vatten och de slutar fungera. Deras molekyler klumpar ihop sig, eller sammanlagt, vilket avsevärt minskar deras ljusstyrka.

Liu och hans team undrade om det måste vara så. "Vi trodde att det kunde vara möjligt att använda aggregering för att aktivera färgämnets fluorescens, " säger han. "Vi ville vända en nackdel till en fördel."

Så de byggde ett nytt cyaninfärgämne som fungerar i vatten och har andra fördelaktiga egenskaper. Deras forskning publicerades nyligen i Kemisk kommunikation .

Liu började med att fästa kemikalien tetrafenyleten (TPE) till ett konventionellt cyaninfärgämne som mäter pH. Det nya färgämnet gör vad det konventionella färgämnet inte gör:det fluorescerar när det aggregerar i vatten, lyser starkt när förhållandena är sura och bleknar under alkaliska förhållanden. Plus, det nya färgämnet har ytterligare en fördel eftersom det fluorescerar under både nära-infrarött ljus och synligt ljus.

"Nära-infrarött är användbart i biomedicinsk forskning eftersom det penetrerar djup vävnad, " säger Liu. Plus, denna dubbla fluorescens ger forskarna mer valuta för pengarna. "Vi kan bestämma pH-förändringen i två olika färger, vilket låter oss dubbelkolla avbildningsresultaten."

Forskarna testade sitt cyaninfärgämne på levande celler odlade i vattenhaltiga lösningar med varierande pH. De fann att celler inkuberade i sura lösningar fluorescerade, medan fluorescensen bleknade i celler odlade under alkaliska förhållanden.

Teamet ville också se om färgämnet kunde spåra pH-fluktuationer i celler som utsätts för oxidativ stress - en markör för en sjukdom, inklusive cancer. Under dessa omständigheter, pH-nivåer i cellerna tenderar att sjunka.

Så forskarna testade också två cellkulturer. Den första hade inkuberats med en oxidant, Väteperoxid; den andra med kemikalien N-etylmaleimid (NEM) som stänger av en skyddande antioxidant i celler. I båda fallen, cellerna fluorescerade ljusare efter att de inkuberats, vilket visar att deras pH hade sjunkit till det sura området.

Det nya fluorescerande färgämnet är relativt enkelt att göra i labbet, Liu förklarar, och det skulle definitivt kunna hjälpa forskare som behöver upptäcka cellulärt pH i lösningar med en hög andel vatten. Dessutom, han tror att tekniken skulle kunna anpassas till olika typer av cyaninfärgämnen.

"Genom att modifiera hydroxylgrupperna från TPE-givare, " han säger, "du kan utveckla nya färgämnen för att känna av och avbilda koldioxid, enzymer och biotioler som GSH."