Forskare vid Kanazawa University övervakade utsläpp av blågrönt ljus från vattenlösliga tetrafenyletenmolekyler adsorberade vid ett fosfolipid-adsorberat vätske-vätskegränssnitt som liknar ett biomembran. De fann att processen kunde styras reversibelt av en externt applicerad potential (spänning), vilket öppnar möjligheten för en ny klass av molekylära sonder och riktade läkemedelsleveranssystem.

Den riktade leveransen av terapeutiska läkemedel eller DNA direkt till celler har många användningsområden för behandling av sjukdomar, därför finns det ett ökande intresse för biomolekyler som interagerar direkt med cellmembran. Aggregeringsinducerat utsläpp (AIE), en lovande teknik med applikationer för funktionella material, optoelektronik, och biomedicinsk teknik, är en process genom vilken självaggregat kan göras fluorescerande vid stapling tillsammans. Tetrafenyleten (TPE) derivat är propellerformade molekyler med fyra fenylringar som uppvisar denna egenskap. Individuellt, dessa molekyler är icke-fluorescerande, eftersom deras foto-upphetsade tillstånd förfaller till marken genom icke-emissiv molekylvibration eller rotation. Dock, när flera av dessa molekyler aggregerar tillsammans, de blir fluorescerande och avger blågrönt ljus.

Forskare från Institute of Science and Engineering vid Kanazawa University studerade AIE-beteendet hos vattenlösliga TPE-derivat på en artificiell cellmembranyta som bildades genom självmontering av fosfolipidmolekyler, som var och en har ett hydrofilt (vattenälskande) "huvud" och två hydrofoba (vattenskräckande) "svansar". Fosfolipider kan också användas för att göra bubblor som kallas vesiklar som kan smälta ihop med levande cellmembran för att leverera ett läkemedel eller DNA -nyttolast. "Potentiella tillämpningar av detta arbete inkluderar selektiv märkning av riktade vesiklar som innehåller farmaceutiska läkemedel, säger seniorförfattare till studien Hirohisa Nagatani.

Med hjälp av jonöverföringsvoltammetri och ytkänslig modulationsspektroskopi, forskargruppen kunde visa att fasöverföringen och gränssnittsadsorptionen av laddade TPE -molekyler skedde reversibelt baserat på en tillämpad potential. Detta efterliknar membranpotentialen hos de levande cellerna, som spelar en avgörande roll i många fysiologiska processer, inklusive jontransport och nervimpulsöverföring. "Det spänningsinducerade beteendet vi observerade i enkla vattenlösliga molekyler kan vara viktigt för utvecklingen av nya känsliga prober för membranpotential för biomedicinska tillämpningar, "förklarar Nagatani." Vårt system kan också vara ett alternativ till spänningskänsliga färgämnen som molekylära sonder. "Forskarna noterar också möjligheten att använda detta system som en fotokänsliggörare för fototerapi mot cancer, där celler selektivt kan markeras för ljusstrålning.