Há uma demanda contínua na pesquisa biológica para acelerar o desenvolvimento de sondas fluorescentes baseadas no mecanismo de transferência de elétrons foto-induzida (PET). Ao modular as formações PET, essas sondas alteram significativamente as intensidades de fluorescência, permitindo uma rota conveniente para monitorar analitos ou mudanças ambientais com alta sensibilidade, visibilidade vívida e excelente resolução espaço-temporal.

Contudo, o projeto quantitativo de sondas de fluorescência com base no mecanismo PET continua a ser uma tarefa desafiadora, pois a química do corante ainda é amplamente baseada em tentativa e erro.

Para enfrentar este desafio, uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), Instituto Dalian de Física Química da China (DICP), e a Pohang University of Science and Technology (POSTECH) na Coreia do Sul desenvolveram um descritor teórico, ΔE, para projetar quantitativamente sondas de fluorescência PET (consulte a imagem). Seu artigo de pesquisa foi publicado em ACS publicações.

A equipe estabeleceu o descritor ΔE realizando cálculos químicos quânticos em cerca de 140 sondas PET existentes e analisando as correlações entre suas estruturas eletrônicas e seus rendimentos quânticos, ou também conhecido como a eficiência de geração de fluorescência.

Os pesquisadores também demonstraram que o descritor era aplicável a várias famílias de fluoróforos, como BODIPY, fluoresceína, e derivados de rodamina. Com base no descritor, eles previram com precisão e desenvolveram com sucesso manchas fluorescentes livres de lavagem de gotículas de lipídios e mitocôndrias para bioimagem de células vivas.

Eles também foram capazes de projetar fluoróforos quantitativamente com as propriedades de emissão induzida por agregação. O estabelecimento deste descritor teórico permite que químicos e biólogos pesquisem quantitativamente e projetem novas sondas de fluorescência baseadas em PET.

"Nosso objetivo de pesquisa é transformar a química do corante de tentativa e erro em engenharia molecular, com as ferramentas de pesquisa de última geração, como big data e cálculos químicos quânticos. À medida que continuamos a trabalhar em estreita colaboração com os químicos de corantes para atingir esse objetivo, também desenvolveremos materiais fluorescentes de alto desempenho ao longo do caminho, "disse o professor assistente Liu Xiaogang do SUTD.