Preview

Biomedical Photonics

Расширенный поиск

Взаимосвязь спектроскопических и структурных свойств j-агрегатов индоцианина зеленого

https://doi.org/10.24931/2413-9432-2022-11-3-4-16

Аннотация

Индоцианин зеленый (ICG), находясь в растворе, способен образовывать стабильные структуры наночастиц или коллоидный раствор, изменяя при этом свои спектроскопические свойства. В работе различными методами, основанными на светорассеянии, были исследованы степень агрегации и средний размер наночастиц в зависимости от концентрации коллоидного раствора наночастиц индоцианина зеленого (ICG NPs) в форме J-агрегатов. Размер наночастиц представляет собой важный параметр с точки зрения клинического применения, так как техника внутривенного введения препаратов, с целью избежания тромбозов микрососудов и эмболии, предусматривает лекарственные формы с включениями, в виде отдельных молекул или их кластеров, не превышающими в диаметре 500 нм. С другой стороны, наночастицы размером менее 30 нм длительно циркулируют в организме и могут проникать в клетки здоровой ткани. В ходе исследований, было установлено, что увеличение концентрации ICG NPs в растворе ведет к увеличению среднего размера спонтанно формируемых J-агрегатов, что в свою очередь ведет к уменьшению коэффициента поглощения в агрегатах. Предположительно, нелинейная зависимость поглощения J-агрегата от его размера, может быть объяснен формированием центров поглощения на поверхности J-агрегата в виде подвижных поверхностных молекул. Был определен пороговый диапазон концентрации молекул ICG, при котором происходит переход от агрегации с увеличением размера с медленным прибавлением молекул J-агрегата ICG в высоту, но с быстрым прибавлением в ширину.

Об авторах

Д. С. Фаррахова
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Россия


И. Д. Романишкин
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Россия


Д. В. Яковлев
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
Россия


Ю. С. Маклыгина
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Россия


В. А. Олейников
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
Россия


П. В. Федотов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Московский физико-технический институт
Россия


М. В. Кравчик
Научно-исследовательский институт глазных болезней им. М.М. Краснова
Россия


Л. Бездетная
Институт рака Лотарингии, 6Центр автоматических исследований в Нанси, CNRS
Франция


В. Б. Лощенов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Россия


Список литературы

1. Shakiba M., Ng K.K., Huynh E., Chan H., Charron D.M., Chen J., Muhanna N., Foster F.S., Wilson B.C. and Zheng G. Stable J-aggregation enabled dual photoacoustic and fluorescence nanoparticles for intraoperative cancer imaging // Nanoscale. – 2016. – 8. – P.12618-12625. https://doi.org/10.1039/C5NR08165C

2. Zweck J. and Penzkofer A. Microstructure of indocyanine green J-aggregates in aqueous solution // Chemical Physics. – 2001. – 269. P.399-409. https://doi.org/10.1016/S0301-0104(01)00368-8

3. Bricks J.L., Slominskii Y.L., Panas I.D. and Demchenko A.P. Fluorescent J-aggregates of cyanine dyes: basic research and applications review // Methods and applications in fluorescence. – 2017. – 6, P.012001.

4. Obara Y., Saitoh K., Oda M. and Tani T. Room-temperature fluorescence lifetime of pseudoisocyanine (PIC) J excitons with various aggregate morphologies in relation to microcavity polariton formation // International Journal of Molecular Sciences. -2012. – 13. P.5851-5865. https://doi.org/10.3390/ijms13055851

5. Hill T.K., Abdulahad A., Kelkar S.S., Marini F.C., Long T.E., Provenzale J.M. and Mohs A.M. Indocyanine green-loaded nanoparticles for image-guided tumor surgery // Bioconjugate chemistry. – 2015. – 26. P.294-303. https://doi.org/10.1021/bc5005679

6. Wittmann M., Rotermund F., Weigand R. and Penzkofer A. Saturable absorption and absorption recovery of indocyanine green J-aggregates in water // Applied Physics B: Lasers &Optics. – 1998. – 66.

7. Würthner F., Kaiser T.E. and Saha‐Möller C.R. J-aggregates: from serendipitous discovery to supramolecular engineering of functional dye materials // Angew. Chem., Int. Ed. – 2011. -50. P.3376– 410. https://doi.org/10.1002/anie.201002307

8. Farrakhova D., Maklygina Y., Romanishkin I., Yakovlev D., Plyutinskaya A., Bezdetnaya L. and Loschenov V. Fluorescence imaging analysis of distribution of indocyanine green in molecular and nanoform in tumor model // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2022. – 37. P.102636. https://doi.org/10.1016/j. pdpdt.2021.102636

9. Farrakhova D., Romanishkin I., Maklygina Y., Bezdetnaya L. and Loschenov V. Analysis of Fluorescence Decay Kinetics of Indocyanine Green Monomers and Aggregates in Brain Tumor Model In Vivo // Nanomaterials. – 2021. – 11, P.3185. https://doi. org/10.3390/nano11123185

10. Farrakhova D.S., Romanishkin I.D., Yakovlev D.V., Maklygina Yu.S., Savelieva T.A., Bezdetnaya L., Loschenov V.B. The spectroscopic study of indocyanine green J-aggregate stability in human blood and plasma // Physics of Wave Phenomena. – 2022. – 30. P.86-90. https://doi.org/10.3103/S1541308X22020029

11. Weigand R., Rotermund F. and Penzkofer A. Degree of aggregation of indocyanine green in aqueous solutions determined by Mie scattering // Chemical physics. – 1997. – 220. 373-P.384. https://doi.org/10.1016/S0301-0104(97)00150-X

12. Liu R., Tang J., Xu Y., Zhou Y., Dai Z. Nano-sized indocyanine green J-aggregate as a one-component theranostic agent // Nanotheranostics. – 2017. – 1. P.430. https://doi.org/10.7150/ntno.19935

13. Wang J., Pang X., Tan X., Song Y., Liu L., You Q., Sun Q., Tan F., Li N. A triple-synergistic strategy for combinational photo/radiotherapy and multi-modality imaging based on hyaluronic acid-hybridized polyaniline-coated WS2 nanodots // Nanoscale. – 2017. – 9. P.5551-5564. https://doi.org/10.1039/C6NR09219E

14. Berlepsch H.V. and Böttcher C. Cryo-transmission electron microscopy reveals mesoscopic H-and J-aggregates of near infrared cyanine dyes // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – 2010. -214. P.16-21. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem. 2010.05.025

15. Weigand R., Rotermund F. and Penzkofer A. Aggregation dependent absorption reduction of indocyanine green // The Journal of Physical Chemistry A. – 1997. – 101. P.7729-7734. https://doi. org/10.1021/jp9700894

16. Gregg S.D. and Sing K.S.W. Adsorption, Surface Area and Porosity // Journal of The electrochemical society. – 1967. – 114. P.279Ca.

17. Lowell S. and Shields J. E. Powder surface area and porosity // Springer Science & Business Media. – 1991. – 2.

18. Czikkely V., Försterling H.D. and Kuhn H. Light absorption and structure of aggregates of dye molecules // Chem. Phys. Lett. – 1970. – 6. P.11–14. https://doi.org/10.1016/0009-2614(70)80062-8


Рецензия

Для цитирования:


Фаррахова Д.С., Романишкин И.Д., Яковлев Д.В., Маклыгина Ю.С., Олейников В.А., Федотов П.В., Кравчик М.В., Бездетная Л., Лощенов В.Б. Взаимосвязь спектроскопических и структурных свойств j-агрегатов индоцианина зеленого. Biomedical Photonics. 2022;11(3):4-16. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2022-11-3-4-16

For citation:


Farrakhova D.S., Romanishkin I.D., Yakovlev D.V., Maklygina Yu.S., Oleinikov V.A., Fedotov P.V., Kravchik M.V., Bezdetnaya L., Loschenov V.B. Correlation of spectroscopic and structural properties of indocyanine green j-aggregates. Biomedical Photonics. 2022;11(3):4-16. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2022-11-3-4-16

Просмотров: 619


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-9432 (Print)