Nanosondas fluorescentes : estrategias sintéticas y fotofísica en la interfase (in)orgánica

Abbas, Javier Martín

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Nanosondas fluorescentes : estrategias sintéticas y fotofísica en la interfase (in)orgánica
Título alternativo:	Fluorescent nanoprobes : synthetic strategies and photophysics in the (in)organic interphase
Autor:	Abbas, Javier Martín
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono (CIHIDECAR)
Publicación en la Web:	2022-11-29
Fecha de defensa:	2022-07-08
Fecha en portada:	8 de julio de 2022
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Orgánica
Departamento Docente:	Departamento de Química Orgánica
Director:	Spagnuolo, Carla Cecilia
Director Asistente:	Wolosiuk, Alejandro
Consejero:	Uhrig, María Laura
Jurado:	Erra Balsells, Rosa; Candal, Roberto Jorge; Montserrat, Javier Marcelo
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7173_Abbas
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7173_Abbas.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7173_Abbas
Ubicación:	QUI 007173
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Abbas, Javier Martín. (2022). Nanosondas fluorescentes : estrategias sintéticas y fotofísica en la interfase (in)orgánica. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7173_Abbas

Resumen:

Los avances en microscopía de fluorescencia , impulsados en los últimos años por el desarrollo de técnicas de superresolución, han estimulado la demanda de sondas fluorescentes con actividad en la zona del infrarrojo cercano ( NIR, 650 - 900 nm) , biocompatibles y con propiedades fotofisicas mejoradas. En este contexto, se propone como hipótesis de trabajo la posibilidad de mejorar la fotoestabilidad de tricarbocianinas por desactivación de sus estados tripletes fotorreactivos. Se plantean así dos estrategias: por un lado, la modificación directa de la estructura química del fluoróforo con antioxidantes para evaluar un aumento de fotoestabilidad en solución, y, por otro lado, el confinamiento del fluoróforo y el antioxidante en mesoporos de nanopartículas de dióxido de silicio. En este trabajo de tesis se sintetizaron aminotricarbocianinas rígidas solubles en agua que presentan fluorescencia en el NIR . Estas cianinas bifuncionales presentan en su estructura molecular dos grupos carboxílico s que permite su unión en plataformas y biomoléculas e incluyeron ácido gálico y Trolox ( antioxidantes ) derivatizados con espaciadores diamina en la posición meso de su estructura química con el fin de mejorar su fotoestabilidad. Los estudios de fotoblanqueo de la fluorescencia demostraron menores niveles de fotodegradación de las tres cianinas con grupo antioxidante. A su vez, se realizó un estudio de las vías cinéticas del fotoblanqueo de estas moléculas mediante medidas de generación de oxígeno singulete y voltametría cíclica a partir de las cuales se propone una posible vía de fotodegradación por reacción con O2 y formación del anión superóxido. En segunda instancia, se estudió la incorporación de las tricarbocianinas en sistemas nanoparticulados porosos con el propósito de integrar en una sola plataforma, sondas fluorescentes y antioxidantes. Para este objetivo se emplearon nanopartículas de sílice mesoporosas de 60 nm de diámetro basadas en la co - condensación de tetraetiletoxisilano (TEOS) y 3 - mercaptopropiltrimetoxisilano (MPMS); este sistema permitió explorar alternativas para el anclado de una tricarbocianina ( Cy – Cl ) y ácido gálico en los poros del material mediante diferentes estrategias sintéticas. Las partículas con colorante resultaron ser fluorescentes en el infrarrojo cercano con cierto grado de agregación en el volumen del poro al tiempo que se observó una moderada mejora en la fotoestabilidad. Los resultados de esta tesis resultan una promisoria base de conocimiento para futuros estudios de nanosondas fluorescentes con propiedades ópticas mejoradas necesarias para microscopías de fluorescencia de sistemas biológicos.

Abstract:

Advancements in fluorescent microscopies over the last years and the development of super resolution techniques have stimulated the need of near infrared (NIR) fluorescent probes (650 - 9 00 nm), with improved photophysical properties. In this context we hypothesize that deactivation of photoreactive triplet states enhances the photostability of tricarbocyanines as photodegradation pathways are avoided. Hence, two strategies were proposed: i) the modification of the chemical structure of the fluorescent probe with antioxidant molecules to evaluate an improvement of photostability in solution, and ii) the confinement of the fluorescent probe and the antioxidant in the pore walls of mesoporous silica nanoparticles. In the first part of this thesis we present four new water soluble rigid NIR - fluorescent aminotricarbocyanines. These bifunctional cyanines present carboxylic acid groups that allow their connection to diverse substrates, platforms and biomolecules. In order to enhance their photostability, derivatized antioxidants are attached to the meso position of the dye´s chemical structure. The photobleaching studies revealed diminished photodegradation rates for the three cyanines with antioxidant groups. In addition, singlet oxygen generation studies ruled out the presence of 1 O 2 as the molecule responsible for dye degradation. Given this result and the electrochemical dye ́s redox properties that enable the thermodynamic oxidation of dissolved oxygen, we suggest the formation of superoxide as the main photodegradation route. Our next step aimed to the design of a chemical integrated system based on the incorporation of tricarbocyanines and the antioxidant in a porous nanoparticle platform. For this objective, we explored several synthetic strategies for anchoring a tricarbocyanine ( Cy – Cl ) and an antioxidant, gallic acid, with in 60 nm mesoporous SiO 2 nanoparticles. Although the SiO 2 nanoparticles were successfully chemically modified with the NIR probe and showed fluorescence in the NIR zone, we observed dye aggregation in the porous system as well as a moderated photostability enhancement. In summary, the results presented in this thesis provide synthetic and analysis tools for designing fluorescent nanoprobes with enhanced optical properties to be used in fluorescent microscopies of biological systems.

Citación:

---------- APA ----------

Abbas, Javier Martín. (2022). Nanosondas fluorescentes : estrategias sintéticas y fotofísica en la interfase (in)orgánica. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7173_Abbas

---------- CHICAGO ----------

Abbas, Javier Martín. "Nanosondas fluorescentes : estrategias sintéticas y fotofísica en la interfase (in)orgánica". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2022.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7173_Abbas

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