Il existe une demande continue dans la recherche biologique pour accélérer le développement de sondes fluorescentes basées sur le mécanisme de transfert d'électrons photo-induit (PET). En modulant les formations PET, ces sondes modifient significativement les intensités de fluorescence, permettant une voie pratique pour surveiller les analytes ou les changements environnementaux avec une sensibilité élevée, visibilité vive et excellente résolution spatio-temporelle.

Cependant, la conception quantitative de sondes de fluorescence basée sur le mécanisme TEP continue d'être une tâche difficile car la chimie des colorants est encore largement basée sur des essais et des erreurs.

Pour relever ce défi, une équipe internationale de chercheurs de la Singapore University of Technology and Design (SUTD), Institut de physique chimique de Dalian en Chine (DICP), et l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) en Corée du Sud ont développé un descripteur théorique, E, pour concevoir quantitativement des sondes de fluorescence PET (voir image). Leur article de recherche a été publié dans ACS parutions.

L'équipe a établi le descripteur ΔE en effectuant des calculs de chimie quantique sur environ 140 sondes TEP existantes et en analysant les corrélations entre leurs structures électroniques et leurs rendements quantiques, ou autrement connu comme l'efficacité de génération de fluorescence.

Les chercheurs ont également démontré que le descripteur était applicable à plusieurs familles de fluorophores comme BODIPY, fluorescéine, et les dérivés de rhodamine. Sur la base du descripteur, ils ont prédit avec précision et développé avec succès des colorations fluorescentes sans lavage de gouttelettes lipidiques et de mitochondries pour la bio-imagerie de cellules vivantes.

Ils ont également pu concevoir quantitativement des fluorophores avec les propriétés d'émission induites par l'agrégation. L'établissement de ce descripteur théorique permet aux chimistes et aux biologistes de rechercher et de concevoir de manière quantitative de nouvelles sondes de fluorescence basées sur la TEP.

"Notre objectif de recherche est de transformer la chimie des colorants d'essais et d'erreurs en ingénierie moléculaire, avec les outils de recherche de pointe tels que les mégadonnées chimiques et les calculs de chimie quantique. Alors que nous continuons à travailler en étroite collaboration avec des chimistes pour atteindre cet objectif, nous développerons également des matériaux fluorescents hautes performances en cours de route, " a déclaré le professeur adjoint Liu Xiaogang de SUTD.