Dos descriptores clave para el diseño de colorantes de segundo infrarrojo cercano y la validación experimental

Área de la Ciencia:

• Química orgánica
• Ciencias de los materiales
• Imágenes biomédicas

Sus antecedentes:

• La segunda imagen óptica de infrarrojo cercano (NIR-II) ofrece un contraste superior para el diagnóstico y la cirugía.
• Faltan estrategias de diseño eficientes para los tintes orgánicos NIR-II debido a los desafíos de síntesis, lo que dificulta el desarrollo de bioprobas.

Objetivo del estudio:

• Establecer una estrategia general para el diseño eficiente de moléculas orgánicas NIR-II.
• Identificar los descriptores clave para la predicción de los espectros de emisión NIR-II.
• Validar las predicciones teóricas a través de la síntesis experimental y las imágenes biológicas.

Principales métodos:

• Se realizaron cálculos teóricos en 62 sistemas multiarilo-pirrol (MAP).
• Se identificaron dos descriptores, ΔEgs (brecha de energía del estado de tierra) y μgs (momento dipolo del estado de tierra), y se correlacionaron con las propiedades espectrales.
• La validación experimental incluyó la síntesis de diez MAP y la realización de imágenes biológicas in vivo.

Principales resultados:

• El ajuste de los sustituyentes en los MAP permitió el desplazamiento espectral al rojo en la región NIR-II.
• Se encontró que ΔEgs y μgs son predictores confiables de la emisión NIR-II en condiciones específicas (ΔEgs ≤ 2,5 eV, μgs ≤ 22,55 D).
• Las imágenes in vivo de MAP23-BBT demostraron una angiografía de tejido profundo de alta resolución en la ventana NIR-II.

Conclusiones:

• Se estableció un marco predictivo para el diseño de tintes NIR-II basado en ΔEgs y μgs.
• Los descriptores identificados muestran una amplia aplicabilidad más allá de los sistemas MAP a otros tintes NIR-II donante-aceptante.
• Este trabajo facilita el desarrollo eficiente de nuevas bioprobas NIR-II para aplicaciones biomédicas avanzadas.