TA-001: Ağıllı molekullar

Kodu: TA-001

Rəhbəri: Toğrul Alməmmədov

Status: Müraciətlərə qapalı

Başlama tarixi: 01/2021

Tələbə(lər): Təhminə Allahverdiyeva (Fransız-Azərbaycan Universiteti, UFAZ), Sona Babasoy (ADA Universiteti), Salim Kazım-zadə (Fransız-Azərbaycan Universiteti, UFAZ) və Şəbnəm Rəcili (Fransız-Azərbaycan Universiteti, UFAZ)

---

Ümumi Məlumat

Fluoroforlar onlara uyğun dalğa uzunluğu ilə şüalandığı zaman işıq saça bilir. Bu proses Jablonski diaqramında sinqlet 1 həyəcanlanmış haldan sinqlet 0-a (təməl elektronik hal) emissiya ilə izah olunur.

Bu emissiyanın adı fluoresensiyadır. Bu səbəblə fluoresensiya özəlliyi göstərən maddələrə fluorofor deyilir (1). Fluoroforlar müxtəlif şəkildə dizayn edilib məntiq qapılarının (logic gate) da verdiyi fürsətlərlə seçici olaraq müəyyən maddələri görüntüləyə bilir. Kimyada məntiq qapısı məhfumunu ilk dəfə Queen’s Universiteti professoru Amilra Prasanna de Silva ortaya atıb. Onun sintezi antrasen törəməsi bir maddə olub bir də kovalent olaraq tac efir (crown ether) və pH ortamına həssas amin funksiyaları da var (2). Tac efirin radiusu natriyumu tuta biləcək miqyasdadır. Amin isə pH<5 mühitində protonlana bilir. Həm natriumun tac efirə koordinasiyalı şəkildə tutunması, həm də aminin protonlanması bu funksiyalardakı elektronların natriuma və hidrogenə xərclənməsi anlamına gəlib, fotoinduktiv elektron transferi və ya PET (photoinduced electron transfer) mexanizmini pozaraq antrasenin 390 nm foton şüasiyla emissiya verməsiylə nəticələnir. Bu emissiya PET mexanizmi ilə pozulur, yəni natriyum və hidrogen iyonlarının yoxluğu tac efirin və aminin sərbəst elektronlarının antrasen üzərinə induktiv olaraq transferi emissiyanı söndürür.

ICT – induktiv yük transeri (inductive charge transfer), FRET – Förster rezonans elektron transeri məntiq qapılarında digər bilinən mexanizmlərdir. ICT mexanizmində konyuqasiyada olan ikili bağlar üzərindən elektron alış-verişi stabil artdığı zaman dalğa uzunluğu artır (bathochromic shift və ya qırmızıya keçid), bu stabillik azaldığı zaman isə (hipsochromic shift və ya maviyə keçid) azalır. Mavi və qırmızıya keçid sırayla elektromaqnetik spektrdəki qısa və uzun dalğa uzunluğunu ifadə edir. Yəni PET mexanizmindən fərqli olaraq, ICT-də fərqli alalitlərlə 0/1 məntiqi deyil (off-on) dalğa uzunluğunun uzanıb-qısalması keçərli olur. FRET isə PET kimi off-on tərzində elektron transferi mexanizmidir. (3) Sadəcə FRET-də elektron verən funksiya emissiya verən funksiyadan (reporter) daha uzaq olur. Ən çox bilinən bu 3 mexanizmdən yola çıxaraq çox müxtəlir sensorlar, dərmanlar və nanomateriyallar sintezlənmişdir.

Beləliklə aktivlənə bilən molekullar xərçəng tədqiqatında və müalicəsində də istifadə olunacaq səviyyəyə çatmışdır. Məsələn, beyin xərçəngində çox şiddətli aktivliyə sahib Monoamin oksidaz zülalı (MAO) varlığında fərqliləşə bilən və bu fərqliliyi fiziki – kimyəvi özəlliklərlə göstərən bir rezorufin törəməsi 2007-ci ildə C. Chang öndərliyində California Berkeley Universitetində sintezlənmişdir. Monoamin oksidaz yoxluğunda rezorufin birləşməsi 600 nm işıqla heç bir parıldama (emissiya) göstərmir. Lakin bu enzimin nanomolyar səviyyəsindəki qatılığı belə rezorufinin ICT mexanizmi ilə aktivlənib 600 nm işıqla parıldaması üçün kifayət edir. (4). Aktivlənə bilən işığa həssas maddələr eyni zamanda sinqlet haldan triplet hala keçərək ortamda var olan oksigeni sitotoksik sinqlet oksigenə çevirə bilir və sonuncu problemli olan bölgədəki hüceyrələri apoptoz yolu ilə öldürə bilir (5). Bu müalicəvi özəllik üçün maddənin işıqla şüalandıqdan sonra triplet elektronik hala keçməsi çox önəmlidir, çünkü sadəcə bu yolla ətrafdaki triplet oksigen sitotoksik oksigenə çevrilə bilir. Triplet hala keçə bilən maddələrə triplet fotohəssaslandırıcı deyilir. Normal maddələrdə sinqlet haldan triplet hala keçid qadağan olub yalnız müəyyən modifikasiyalarla mümkün olur. Bunlardan ən yaxşı bilinəni maddəyə ağır atom bağlamaqdır. Ağır atom dövri cədvəldə atom nömrəsi 26-dan çox olan elementlər sayıılır. Bu atomların üzvi quruluşlardaki varlığı qadağan olunmuş sistemlerarası keçid əngəlini ortadan qaldıraraq elektronik durumu sinqletdən tripletə keçirə bilir və beləliklə sitotoksik oksigen əmələ gəlməsi ilə müalicəvi özəllik də ortaya çıxır (6).

Ədəbiyyat

1. Fishman, D (n/a). Fluorescence Excitation and Emission Fundamentals, Berkeley University
2. Erbas-Cakmak, S., Kolemen, S., Sedgwick, A. C., Gunnlaugsson, T., James, T. D., Yoon, J., &amp; Akkaya, E. U. (2018). Molecular logic gates: The past, present and future. Chemical Society Reviews, 47(7), 2228-2248
3. Wu, J., Liu, W., Ge, J., Zhang, H., &amp; Wang, P. (2011). New sensing mechanisms for design of fluorescent chemosensors emerging in recent years. Chemical Society Reviews, 40(7), 3483
4. Albers, A. E., Rawls, K. A., Chang, C. J. (2007). Activity-based fluorescent reporters for monoamine oxidases in living cells. Chemical Communications, (44), 4647
5. Li, X., Kolemen, S., Yoon, J., Akkaya, E. U. (2016). Activatable Photosensitizers: Agents for Selective Photodynamic Therapy. Advanced Functional Materials, 27(5), 1604053
6. Zhao, J., Wu, W., Sun, J., Guo, S. (2013). Triplet photosensitizers: From molecular design to applications. Chemical Society Reviews, 42(12), 5323

Görüləcək İşlər

• Məntiq qapılarını araşdırmaq
• Pi konyuqasiyası ilə absorbsiya ve emissiya bağlantılarını araşdırmaq
• ICT, PET, FRET mexanizmlərinin məntiq qapılarındaki tətbiqini araşdırmaq
• Supramolekulyar kimya barəsində ədəbiyyatı incələmək
• Jablonski diaqramını incələmək
• Triplet fotohəssaslandırıcıları araşdırmaq
• Alternativ üzvi molekul quruluşları təklif etmək və nisbi olaraq absorbsiya maksimumlarını təxmin etmək
• Fluoroforları müxtəlif üzvi analitlərə birləşdirmək (kovalent rabitə ilə) və reaksiyalar nəticəsində fluoroforun yenidən əmələ gəldiyini göstərmək
• Triplet oksigendən sitotoksik sinqlet oksigenin əmələ gəlməsini incələyib, sonuncunun fiziki, kimyəvi özəlliklərini müxtəlif yollarla təyin etmək
• Maraq sahəsinə görə fərqli xəstəliklərdə tapılan yüksək qatılıqdakı analitləri tapmaq və məntiq qapısını istifadə edərək sensorlar təklif etmək

Tələb Olunanlar

• Təməl kimya bilgisi; elektromaqnetik spektrumunu qavramaq; üzvi reaksiyalarda kovalent bağları araşdırmaq; foton və energiya əlaqələrini anlamaq
• Təməl üzvi sintezlə tanışlıq və müxtəlif bilinən reaksiyalara nəzər yetirmək
• İngilis dilində elmi ədəbiyyatı oxuyub, anlayacaq və hesabat yazacaq qədər bilgi (B2 və yuxarısı | TOEFL: >85| İELTS > 6.5 | İngilis dili bilgisini göstərən digər metodlar da keçərlidir)