Os corantes fluorescentes de mudança de cor permitem medições precisas de temperatura nas células vivas

A temperatura é uma variável crítica que influencia inúmeros processos biológicos no nível celular. No entanto, medir com precisão as temperaturas dentro das células vivas permanece desafiador. As técnicas convencionais de medição de temperatura geralmente carecem da resolução espacial necessária para detectar variações sutis de temperatura em ambientes microscópicos complexos. Além disso, muitos termômetros moleculares existentes têm limitações significativas em termos de sensibilidade, resolução e metas aplicáveis, destacando a necessidade de abordagens inovadoras e ferramentas versáteis.

Nesse cenário, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Gen-Ichi Konishi, do Instituto de Science Tóquio, Japão, desenvolveu um termômetro molecular usando um novo corante fluorescente solvatocrômico. Suas descobertas, publicadas on-line no Jornal da American Chemical Society Em 5 de março de 2025, demonstram que esse novo composto permite medições de temperatura de alta precisão através de alterações nas propriedades de fluorescência.

Os pesquisadores projetaram uma série de fluoróforos doador-π-aceitador (D-π-A) com base em uma estrutura de fluoreno estendida π. Essas moléculas são especialmente projetadas para alterar suas propriedades de fluorescência em resposta à polaridade do ambiente circundante. Quando a temperatura aumenta, a polaridade do solvente diminui ligeiramente, o que faz com que esses corantes emitem luz em diferentes comprimentos de onda e intensidades.

Ao medir a proporção de intensidades de fluorescência em dois comprimentos de onda específicos, os pesquisadores podem calcular com precisão as mudanças de temperatura. Essa abordagem “ratiométrica” ​​elimina variáveis ​​como concentração de corante ou intensidade da luz de excitação, tornando -a excepcionalmente confiável para detectar flutuações de temperatura até minuto em ambientes microscópicos, como organelas celulares.

Os corantes recém -desenvolvidos exibiram propriedades solvatocrômicas excepcionais, com mudanças superiores a 200 nm entre diferentes solventes e comprimentos de onda de emissão atingindo a região vermelha (701-828 nm). Notavelmente, os pesquisadores podem realizar medições de temperatura com uma sensibilidade relativa notável de até 3,0%/° C e uma resolução inferior a 0,1 ° C.

“Esses resultados representam a maior sensibilidade e resolução relatadas para pequenos termômetros de fluorescência ratiométrica de fluoróforo único orgânico dispersos em solução, ideais para bioimagem”, observa Konishi. Através de uma análise mecanicista adicional, a equipe determinou os princípios subjacentes que levam às propriedades solvatocrômicas excepcionais dos corantes propostos, contribuindo para o projeto do termômetro molecular futuro.

A equipe demonstrou com sucesso a aplicação prática de seu termômetro molecular, introduzindo um dos corantes em culturas de células humanas vivas. Usando microscopia confocal ratiométrica, eles confirmaram que o corante funciona efetivamente como um sensor de temperatura em ambientes celulares, particularmente em gotículas celulares, onde as variações locais de temperatura podem desempenhar papéis cruciais em processos biológicos.

“Este termômetro molecular baseado em um corante fluorescente solvatocrômico deve expandir bastante o escopo da termometria de fluorescência e contribuir para descobrir fenômenos biológicos desconhecidos devido ao seu superior Resolução espacialnão invasividade e facilidade de design molecular “, explica Konishi.

Além das aplicações de pesquisa biológica, esse termômetro molecular inovador também mostra promessa para analisar as propriedades dependentes da temperatura dos materiais poliméricos e outros sistemas materiais. Os pesquisadores planejam desenvolver uma biblioteca de fluorescência Termômetros baseados nessa estratégia, para cobrir vários ambientes de interesse.

Ao fornecer informações sem precedentes sobre as flutuações microscópicas da temperatura, esses novos corantes podem ajudar os cientistas a desvendar fenômenos biológicos dependentes da temperatura e a contribuir para avanços significativos nos campos que variam da biologia celular à ciência da química e dos materiais.