Вплив умов формування на оптичні властивості J-агрегатів поліметинових барвників РІС та Сyan-bTh - Автореферат

Але останнім часом завдяки стрімкому розвитку нанотехнологій у галузі матеріалознавства створені нові, перспективні матеріали, які позбавлені недоліків традиційних органічних барвників (невеликий стоксівский зсув, низька фотостабільність, широкі смуги люмінесценції і т.ін.) і тому можуть бути використані у якості флуоресцентних зондів. У звязку з цим, поліметинові барвники, які здатні за певних умов утворювати люмінесцюючі високовпорядковані кластери (J-агрегати), становлять значний інтерес як новий тип люмінесцентних зондів для моніторингу функціонального стану клітин і окремих клітинних органел. Наприклад, нещодавно J-агрегати поліметинового барвника JC-1 були застосовані як ефективні люмінесцентні зонди для здійснення контролю за функціональнім станом клітин, оскільки було показано, що J-агрегати здатні утворюватися на поверхнях мітохондрій тільки живих клітин. Актуальними галузями, в яких можуть бути використані J-агрегати, є також детектування нуклеїнових кислот у гомогенному аналізі, вивчення процесів переносу енергії при фотосинтезі і т. ін. Встановити вплив умов отримання J-агрегатів поліметинових барвників PIC та Cyan-BTH (витримка розчину впродовж певного терміну часу, додавання електролітів, поверхнево-активних речовин, нуклеїнових кислот) в водних розчинах на їх мікроструктуру та спектрально-люмінесцентні властивості.У другому розділі «Експериментальна техніка та методики дослідження» надано опис експериментального обладнання для вимірювання оптичних спектрів поглинання, люмінесценції та збудження люмінесценції, пікосекундного лазерного комплексу для проведення експериментів із вимірювання часу загасання люмінесценції, наведено методику люмінесцентної мікроспектроскопії та методики приготування зразків для дослідження. Для дослідження спектрально-люмінесцентних властивостей J-агрегатів поліметинових барвників було використано спектроскопічний комплекс на базі двох монохроматорів МДР-23. Флуоресцентні зображення та спектри від окремих J-агрегатів були отримані за допомогою люмінесцентного мікроскопа. Третій розділ «Спектроскопія модифікованих структур окремих J-агрегатів PIC в водних розчинах електроліту» присвячено дослідженню трансформації у часі структури J-агрегатів PIC у розчинах за допомогою методів флуоресцентної мікроскопії та мікроспектроскопії. J-смуга майже в два рази звужується DNFWHM (свіжий розчин) ~ 270 см-1, DNFWHM (розчин після 24 годин) ~ 150 см-1, що свідчить про більш впорядковану структуру ниткоподібних J-агрегатів.У дисертаційній роботі було вирішено поставлену задачу і встановлено вплив умов отримання J-агрегатів поліметинових барвників PIC та Cyan-BTH (витримка розчину впродовж певного терміну часу, додавання електролітів, поверхнево-активних речовин, нуклеїнових кислот) в водних розчинах на їх мікроструктуру та спектрально-люмінесцентних властивості. Реальна надмолекулярна структура та люмінесцентні властивості J-агрегатів РІС у водних розчинах електроліту (NACL) є метастабільними і можуть змінюватись як при зміні мікрооточення, так і з часом, що підтверджується спостереженням трансформації окремих ниткоподібних J-агрегатів РІС з діаметром менш ніж 1 мкм та довжиною декілька сотень мкм в стержень-подібні кристаліти з діаметром понад 1 мкм та довжиною декілька сотень мкм. Ниткоподібні J-агрегати РІС, на відміну від стержень-подібних кристалітів, є надмолекулярними структурами, які можуть легко змінювати молекулярну упаковку під дією зовнішніх чинників. Наприклад, при короткохвильовому опромінюванні ниткоподібних J-агрегатів РІС має місце фотостимульована реорганізація їх молекулярного упакування. Оптичні властивості та ступень асоціації барвників РІС і Cyan-BTH можна ефективно контролювати шляхом додавання у розчин електроліту, ПАР або макромолекул з розвинутою поверхнею (НК).

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі було вирішено поставлену задачу і встановлено вплив умов отримання J-агрегатів поліметинових барвників PIC та Cyan-BTH (витримка розчину впродовж певного терміну часу, додавання електролітів, поверхнево-активних речовин, нуклеїнових кислот) в водних розчинах на їх мікроструктуру та спектрально-люмінесцентних властивості.

Основними науковими результатами є такі: 1. Реальна надмолекулярна структура та люмінесцентні властивості J-агрегатів РІС у водних розчинах електроліту (NACL) є метастабільними і можуть змінюватись як при зміні мікрооточення, так і з часом, що підтверджується спостереженням трансформації окремих ниткоподібних J-агрегатів РІС з діаметром менш ніж 1 мкм та довжиною декілька сотень мкм в стержень-подібні кристаліти з діаметром понад 1 мкм та довжиною декілька сотень мкм.

2. Ниткоподібні J-агрегати РІС, на відміну від стержень-подібних кристалітів, є надмолекулярними структурами, які можуть легко змінювати молекулярну упаковку під дією зовнішніх чинників. Наприклад, при короткохвильовому опромінюванні ниткоподібних J-агрегатів РІС має місце фотостимульована реорганізація їх молекулярного упакування.

3. Стержень-подібні кристаліти РІС є ефективними оптичними хвильоводами, які можуть бути використані при створенні нано-, та мікроелементів фотоприладів.

4. Оптичні властивості та ступень асоціації барвників РІС і Cyan-BTH можна ефективно контролювати шляхом додавання у розчин електроліту, ПАР або макромолекул з розвинутою поверхнею (НК).

5. Встановлено, що Cyan-BTH взаємодіє з ДНК за механізмом борозенкового звязування. При цьому спектри поглинання та люмінесценції барвника мають складний характер. Проведено інтерпретацію всіх смуг у спектрах.

6. Основним «будівельним блоком» J-агрегатів Cyan-BTH, що утворюються у малій борозенці ДНК, є дімери барвника.

7. Специфічність агрегації барвника Cyan-BTH на ДНК та РНК дає можливість запропонувати цей барвник у якості люмінесцентного зонду для детекції НК.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Pseudoisocyanine J-aggregate to optical waveguiding crystallite transition: microscopic and microspectroscopic exploration / A.N. Lebedenko, G.Ya. Guralchuk, A.V. Sorokin, S.L. Yefimova, Yu.V. Malyukin // J. Phys. Chem. B. - 2006. - v.110. - P.17772-17775.

2. Specificity of cyanine dye L-21 aggregation in solutions with nucleic acids / G.Ya. Guralchuk, A.V. Sorokin, I.K. Katrunov, S.L. Yefimova, A.N. Lebedenko, Yu.V. Malyukin, S.M. Yarmoluk // Journal of Fluorescence. - 2007. - v.17. - P. 370-376.

3. Strong enhancement of cyanine dye aggregation by a surfactant / G.Ya. Guralchuk, I.K. Katrunov, R.S. Grinyov, A.V. Sorokin, S.L. Yefimova, Yu.V. Malyukin, S.M. Yarmoluk // Functional Materials. - 2007. - v.14,№2. - P.228-232.

4. Применение агрегатов полиметиновых красителей для детекции нуклеиновых кислот / Г.Я. Гуральчук, Р.С. Гринев, И.К. Катрунов, А.В. Сорокин, С.Л. Ефимова, Ю.В. Малюкин, С.М. Ярмолюк // Вісник Харківського національного університету. Біофізичний вісник. - 2007. - вип.18(1). - С.102-107.

5. Исследование одиночных J-агрегатов псевдоизоцианина / А.В. Сорокин, Г.Я. Гуральчук, А.Н. Лебеденко, С.Л. Ефимова, Ю.В. Малюкин // Матеріали конференції молодих вчених «Фізика низьких температур». - Харків. - 2005. - С.32.

6. Features of individual PIC J-aggregate morphology /A.V. Sorokin, G.Ya. Guralchuk, A.N. Lebedenko, S.L. Efimova, Yu.V. Malyukin // Books of abstracts of 6th International Young Scientists Conference “Optics & High Technology Material Science”. - Kyiv (Ukraine), 2005. - P.60.

7. Specificity of cyanine dye L-21 self-aggregation on nucleic acids templates / A.V. Sorokin, G.Ya. Guralchuk, I.K. Katrunov, S.L. Yefimova, A.N. Lebedenko, Yu.V. Malyukin, S.M. Yarmolyuk // Book of abstracts of International Meeting “Clusters and nanostructured materials (CNM’2006)”. - Uzhorod - “Karpaty” (Ukraine). - 2006. - P.272-273.

8. Управление оптическими свойствами метастабильных молекулярных нанокластеров на примере J-агрегатов CYANBTH / Г.Я. Гуральчук, И.К. Катрунов, Р.С. Гринев, А.В. Сорокин, С.Л. Ефимова, Ю.В. Малюкин // Матеріали конференції молодих учених «Фізика низьких температур». - Харків. - 2007. - С.32.

9.