用绿光锻造分子键

QUT的研究人员创建了一种新的分子偶联工具，该工具同时使用绿光和pH触发，在药物输送和3D细胞培养平台等应用中具有潜在的应用前景。

–研究人员设计了光反应性分子，使它们能够以绿光为燃料，耦合在一起，这些分子通常用于医疗和工业应用。然后，他们通过改变pH(一种物质的酸碱度)来控制分子的光反应性。

–这是首次将pH值用作绿灯激活的无催化剂化学过程的开/关开关。

–所用的绿光也是迄今为止控制无催化剂的光化学键形成反应所用的最长波长的光(最高500纳米)。

–为了证明这种光化学创新的应用潜力，该团队生产了一系列具有不同机械性能的水凝胶。水凝胶通常用于隐形眼镜，组织工程支架，作为药物输送载体以及用于细胞生物学研究。

这项研究由QUT的软物质材料实验室的首席作者兼QUT博士化学研究员Kubra Kalayci，澳大利亚研究委员会(ARC)DECRA研究员Hendrik Frisch博士，研究研究员Vinh Truong博士和ARC获奖者教授Christopher Barner-Kowollik教授 进行。 科学与工程学院 中心材料科学。

Barner-Kowollik教授说，科学家们一直在寻求远离使用苛刻的紫外线来激活化学反应的方法。

他说：“我们的光化学创新是所谓的红移的另一个例子-穿过光谱中的光的颜色，从蓝色到绿色再到红色，再到具有更长波长的光，”

“过去，大多数这类光化学反应是由强烈的UV(紫外线)光触发的。但这阻止了在生物学环境中的应用，因为紫外线具有太多的能量，会杀死细胞。

牙科是其中一个已发生变化的领域的例子。最初，牙医使用紫外线灯。现在，任何有填充物的人都可能知道牙医使用带有较长波长蓝光的小灯进行固化。

“原则上，光的波长越长越好。辐射危害较小，因此可以用于生物学应用，并且可以使光穿透更深。对于牙科来说，这意味着更好，更均匀的固化。

“但是这样做也更加困难，因为光的波长越长，驱动化学反应的能量就越少。

“通过增加绿光的额外刺激(例如改变pH值作为反应的可逆开关)，可以提供更好的调节机会。这对于药物输送系统尤其重要，在该系统中，由于整个人体的pH值都在变化，因此药物需要在特定的pH下释放。

“这也是无催化剂的反应。这意味着没有辅助分子可以实现它。这对于生物学应用也很重要，因为在许多情况下，辅助分子中都含有金属，并且您不希望会渗出某些东西，或者发现那些具有细胞毒性或致癌性的东西。”

为了调查这种新型的绿光-pH耦合工具是否适用于生物材料工程，Kalayci女士说，研究团队创建了具有不同特性的水凝胶。

她说：“这些表明，绿光允许更高的穿透深度，从而制造出更厚的水凝胶。”

Truong博士说，在水凝胶内部培养的细胞“显示出形成凝胶的过程是无毒的，并且这些细胞还可以存活数天”。

该团队认为，新的耦合工具还具有其他潜在的应用范围。

“例如，在个性化医学的背景下，” Truong博士和Frisch博士说。“您可能希望利用我们的反应将抗癌药物附着到分子的特定部位，从而以适合特定患者的方式递送该药物。”

Barner-Kowollik教授说，这也是实现“分子手术”的又一步。

他说：“化学家希望做的是能够在一个分子的一部分上进行'操作'而不会影响其他任何东西。”

“因此，例如，如果您有一个蛋白质，一个大的复杂分子，我们希望能够像化学手术刀一样使用光，并且非常精细地进入并改变该分子的一部分，而不会影响任何其他部分。这提供了许多潜在的应用程序。”

Truong博士说，应用可能包括“研究DNA的选择性交联以研究癌症的潜在机制，寻找靶向治疗的途径，或创建动态水凝胶支架以研究细胞相互作用以进行组织再生治疗。

“使用光，我们正在提供化学工具以实现这些目标。”