Фото из открытых источников
Исследователи из Tokyo Metropolitan University разработали новый краситель, который может сильно поглощать второе ближнее ИК-излучение и преобразовывать его в тепло. Начав с красителя из семейства желчных пигментов, они разработали уникальную кольцевую структуру, которая может связывать родий и иридий. Измерения и моделирование выявили сильное второе ближнее ИК-поглощение и исключительную фотостабильность. Вторые ближние ИК-волны легко проникают в ткани человека; новый краситель может применяться в глубокой терапии тканей и визуализации.
Вторая ближняя ИК-область электромагнитного спектра (1000–1700 нанометров) является потенциально важным диапазоном длин волн для медицинской науки. В этом диапазоне свет не так сильно рассеивается или поглощается биологической тканью. Эта прозрачность делает его идеальным для доставки энергии в более глубокие части тела, как для визуализации, так и для лечения. Важным примером такой терапии является фотоакустическая визуализация в диагностике и лечении рака. Когда контрастное вещество, введенное в тело, подвергается воздействию света, оно излучает тепло, которое создает крошечные ультразвуковые удары, которые могут быть либо обнаружены для визуализации, либо сами по себе использованы для повреждения раковых клеток.
Эффективность этого подхода зависит от доступности стабильных контрастных агентов, которые могут эффективно поглощать свет на этих длинах волн. Однако большинство контрастных агентов более чувствительны в первом ближнем ИК-диапазоне (700–1000 нанометров), где эффекты рассеяния сильнее, а доставка энергии менее эффективна.
Теперь группа исследователей под руководством Масатоши Ичиды из Токийского столичного университета разработала новое химическое соединение, которое преодолевает эту ахиллесову пяту. Начав с красителя из семейства желчных пигментов, называемого билатриеном, они применили метод, известный как химия N-конфузии, для модификации кольцевой структуры билатриена для принятия связывания ионов металлов. В своей последней работе они успешно включили ионы родия и индия в кольцо через атомы азота.
Новый краситель команды продемонстрировал самое сильное поглощение света на длине волны 1600 нанометров при нормальных условиях, что находится глубоко во второй ближней ИК-области. Также было показано, что он очень фотостабилен, что означает, что он не будет легко распадаться при воздействии света. Подробные измерения того, как молекула реагирует на магнитные поля, и численные расчеты с использованием теории функционала плотности (DFT) показали, как уникальное распределение электронов в облаке, охватывающем всю сложную структуру молекулы, связывающей металл (также известной как пи-радикалоид), привело к поглощению, которое невозможно в существующих подобных соединениях.
Поскольку второй ближний ИК-диапазон не так сильно поглощается тканями, области, сенсибилизированные красителем, могут сильнее подвергаться воздействию света, что позволяет получать более четкие изображения и лучшую доставку тепла для терапии. Команда надеется, что их молекула откроет дверь новым подходам к глубокой тканевой медицине, а также более общим приложениям к химическому катализу.
