Um grupo de pesquisa liderado pelo Professor Associado Masahito Murai da Escola de Pós-Graduação em Ciências e pelo Professor Shigehiro Yamaguchi do Laboratório de Materiais Orgânicos Funcionais desenvolveu com sucesso moléculas antiaromáticas que exibem bandas de absorção e fluorescência na região do infravermelho próximo (NIR), uma região que é importante para dispositivos médicos.



Suas descobertas, publicadas na Angewandte Chemie International Edition , sugerem aplicações para o avanço das áreas de saúde, optoeletrônica e ciência dos materiais.

Absorção e fluorescência são temas fundamentais de pesquisa em espectroscopia, campo que explora a interação entre luz e matéria. Essas propriedades fotofísicas são cruciais para a compreensão de como as moléculas e os materiais se comportam quando expostos à luz.

Uma banda de absorção representa a faixa específica de comprimentos de onda onde um material absorve luz, fazendo com que os elétrons dentro das moléculas ou átomos façam a transição para estados de energia mais elevados. As bandas de fluorescência, por outro lado, referem-se à emissão de luz por uma substância que já absorveu luz, tendo a luz emitida um comprimento de onda maior que a luz absorvida.

O significado desta pesquisa reside no desenvolvimento de moléculas orgânicas que emitem luz na região NIR, especificamente comprimentos de onda entre 800 e 1100 nm. Esta região, conhecida como “janela óptica do tecido vivo”, oferece vantagens únicas em aplicações médicas, incluindo imagens biológicas profundas, terapia fotodinâmica e terapia fototérmica. A luz NIR pode penetrar nos tecidos mais profundamente com dispersão reduzida e fotodano mínimo, tornando-a uma ferramenta inestimável em pesquisas de saúde e ciências biológicas.

"Moléculas orgânicas que exibem propriedades de absorção e emissão na região do infravermelho próximo estão em forte demanda por materiais optoeletrônicos em aplicações de saúde e imagens de fluorescência, como sondas fluorescentes para imagens biológicas profundas, terapia fotodinâmica e terapia fototérmica", explicou Murai.

"No entanto, os corantes convencionais muitas vezes sofrem de solubilidade reduzida e aumento da lipofilicidade devido às fortes interações entre sistemas de elétrons π amplamente estendidos. Esses problemas tornam difícil moldar e processar as moléculas para uso como materiais eletrônicos e aplicá-las em imagens biológicas. "

A chave do sucesso da equipe está na fusão do tiofeno, um anel heterocíclico menos aromático, com a azepina. Esta estrutura de anel fundido equilibrou efetivamente os caracteres antiaromáticos e de polimetina para tornar mais provável a ocorrência de transições eletrônicas de compostos antiaromáticos e, como resultado, permitindo a aquisição de comprimentos de onda de absorção e fluorescência na região NIR. Esta inovação tem o potencial de levar à criação de diversos materiais luminescentes NIR.

A equipe projetou e sintetizou uma série de derivados de azepina com grupos aceitadores de elétrons e usou a análise da estrutura de raios X de cristal único para revelar diferenças estruturais significativas entre eles.

Enquanto a dibenzoazepina curva exibiu absorção e fluorescência em comprimentos de onda mais curtos, o análogo de ditienoazepina altamente planar exibiu absorção e fluorescência em comprimentos de onda superiores a 700 nm. A utilidade da estrutura molecular foi ainda demonstrada pela síntese de uma ditienoazepina com grupos indólio catiônicos, que exibiam uma forte banda de absorção em 846 nm e uma estreita banda de fluorescência em 878 nm.

No geral, sua pesquisa apresenta um caminho promissor para o desenvolvimento de materiais com fortes propriedades de absorção e fluorescência na faixa NIR. A ditienoazepina era um núcleo útil que poderia atingir absorção e emissão de comprimento de onda longo, apesar de seu pequeno esqueleto tricíclico.

O potencial de aplicação abrange uma ampla gama de campos, incluindo imagens de fluorescência, detecção e ciência de materiais, com foco particular em imagens de tecidos profundos e diagnósticos não invasivos, destacando o compromisso da Universidade de Nagoya em ampliar os limites da ciência e da inovação para melhorar a saúde. cuidados com tecnologia de ponta.

Mais informações: Masahito Murai et al, Dithienoazepine-Based Near-Infrared Dyes:Janus-Faced Effects of a Thiophene-Fused Structure on Antiaromatic Azepines, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202311445
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional

Fornecido pelo Instituto de Biomoléculas Transformativas (ITbM), Universidade de Nagoya