Forskare från University of Miami har utvecklat ett sätt att slå på och av fluorescerande molekyler i vattenhaltiga miljöer, genom att strategiskt fånga molekylerna inuti vattenlösliga partiklar och kontrollera dem med ultraviolett ljus. Det nya systemet kan användas för att utveckla bättre fluorescerande sonder för biomedicinsk forskning.

Tidigare studier har använt vattenlösliga partiklar för att föra in organiska molekyler i vatten. Det som är nytt med detta system är användningen av en fotoväxlingsmekanism i kombination med dessa partiklar.

Resultaten publicerade online av Chemistry-A European Journal , beskriv skapandet av ett fluorescerande fotoväxlingsbart system som är mer effektivt än nuvarande teknologier, säger Francisco Raymo, professor i kemi vid UM College of Arts and Sciences och huvudforskare av denna studie.

"Att hitta ett sätt att byta fluorescens inuti celler är en av huvudutmaningarna i utvecklingen av fluorescerande prober för bioavbildningstillämpningar, " säger Raymo. "Våra lysrörsbrytare kan användas i vatten effektivt, erbjuder möjligheten att avbilda biologiska prover med upplösning på nanometernivå."

Fluorescerande molekyler är inte vattenlösliga; Därför skapade Raymo och hans team sitt system genom att bädda in fluorescerande molekyler i syntetiska vattenlösliga nanopartiklar som kallas polymerer som fungerar som transportmedel in i levande celler. Väl inne i cellen, fluorescensen av molekylerna fångade i nanopartiklarna kan slås på och av under optisk kontroll.

"Polymererna kan bevara egenskaperna hos de fluorescerande molekylerna och samtidigt hjälpa till att överföra molekylerna till vatten, " säger Raymo. "Det är lite som att ha en fisk i en skål, så att fisken kan fortsätta med sina aktiviteter i skålen och hela skålen kan överföras till en annan miljö."

Det nya systemet är snabbare och mer stabilt än nuvarande metoder. De fluorescerande molekylerna lyser när de exponeras samtidigt för ultraviolett och synligt ljus och återgår till sitt ursprungliga icke-lysande tillstånd på mindre än 10 mikrosekunder efter att det ultravioletta ljuset har avlägsnats.

Genom att använda konstruerade syntetiska molekyler, det nya systemet kan övervinna den naturliga förslitningsprocess som organiska molekyler utsätts för när de utsätts för ultraviolett ljus.

"Systemet kan växlas fram och tillbaka mellan fluorescerande och icke-fluorescerande tillstånd i hundratals cykler, utan tecken på försämring, säger Raymo.

Ytan på systemet kan anpassas för att hjälpa det att fästa vid specifika molekyler av intresse, vilket gör det möjligt för forskare att visualisera strukturer och aktivitet i celler, i realtid, med en lösning som annars skulle vara omöjlig att uppnå.