Мы не можем жить без кислорода, однако слишком его большое количество может принести разрушения. Кислород – важнейший элемент многих физиологических и патологических процессов в живой клетке. Кислородная недостаточность тканей способствует росту опухолей, повреждениям роговицы при диабете и ревматоидным артритам. Поэтому столь важно уметь определять содержание кислорода в клетках и ткани, что является достаточно серьезной проблемой на сегодня.

Новую технологию разработала команда из Университета Клемсона (Clemson University), США, которой руководил Джейсон МакНилл (Jason McNeill). Новый высокочувствительный способ количественного определения наличия кислорода в тканях организма, основанный на применении подкрашенных наночастиц, описан в статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie (Ratiometric Single-Nanoparticle Oxygen Sensors for Biological Imaging).

Датчики кислорода, использующие наночастицы, обычно включают в себя фосфоресцентные красители, заключенные в гелевую оболочку из полимерного материала или диоксида кремния, необходимых для защиты красителя от клеточной среды. Наночастицы, кроме того, интенсифицируют фосфоресценцию красителя. Американские исследователи разработали новую архитектуру наночастиц: они использовали полимеры со специальной – связанной электронной структурой, в которой электроны имеют существенные степени свободы.

Исследователи использовали этот полимер для изготовления наночастиц, которые они легировали кислород-чувствительными фосфоресцирующими красителями, в качестве которых использовались платиново-порфириновые соединения. При облучении полимер весьма эффективно поглощает световую энергию и передает ее красителю в виде «энергетических пакетов». Результирующая люминесценция в 5–10 раз более интенсивна, чем у всех известных на сегодня кислородныхсенсоров на наночастицах. В сравнении же с традиционными датчиками кислорода новые выигрывают по яркости люминесценции в 1000 раз.

Новые датчики в азотной среде светятся интенсивно красным цветом. При введении кислорода, краситель реагирует с последним, уменьшая интенсивность излучения. Чем больше кислорода, тем ниже яркость свечения. Исследователи сумели не только откалибровать сенсоры по концентрации кислорода, но и по времени жизни фосфоресценции- продолжительность свечения зависит от концентрации кислорода. Новые датчики достаточно чувствительны для того, чтобы обнаруживать отдельные частицы. Поскольку клетки легко втягивают в себя наночастицы, последние являются идеальным инструментом для количественного описания концентрации кислорода в отдельных клетках и локальных участках ткани.

Евгений Биргер