ИСТИНА

Создание люминесцентных термометров - соединений, люминесцентные свойства которых значительно зависят от температуры, - возможно с использованием разных классов соединений (неорганических, органических и гибридных) и может использовать различные свойства, например, изменение интенсивности люминесценции или характерного времени жизни. Однако наиболее удобным является использование материалов, спектр люминесценции которых меняется с температурой. В частности, использование материалов с зависящим от температуры соотношением полос люминесценции позволяет решить две существующие проблемы: 1) сложность измерения, которая возникает при необходимости измерять кинетические характеристики (время жизни) и отсутствует в случае, когда измеряемым сигналом является спектр люминесценции, и 2) необходимость калибровки: измерение не абсолютной интенсивности, а соотношения интенсивностей приводит к проявлению эффекта «внутреннего стандарта». При проведении люминесцентных измерений в любых условиях заданное соотношение интенсивностей всегда будет соответствовать одной и той же температуре. В данной работе такие материалы будут получены на основе биметаллических соединений двух разных ионов лантанидов Ln1 и Ln2, а также наночастиц биметаллических фторидов L@(Ln1)x(Ln2)1-xF3, поверхностно-модифицированных органическим лигандом L. В спектрах этих соединений в отличие от соотношения металлов и использованного лиганда проявляются характерные полосы люминесценции двух металлов Ln1 и Ln2, которые хорошо разрешены на спектре. Наличие же целого ряда процессов переноса (L<- >Ln1, L<->Ln2, Ln1<->Ln2) неизбежно приводит к температурной зависимости соотношения этих полос, которая может проявляться в разных диапазонах температур: при охлаждении или при нагреве, - а оптимизация состава соединений будет направлена на получение материалов максимальной чувствительностью в физиологическом интервале температур (35-45 C). Важной задачей является получение материалов с люминесценцией в ближнем ИК диапазоне, поскольку в этом диапазоне живые ткани прозрачны. Работы в этой области дополнительно усложняются низкой интенсивностью ИК люминесценции, что связано с ее гашением. В рамках данной работы будет проведен как дизайн лигандов, эффективно сенсибилизирующих ИК люминесценцию лантанидов, так и поиск среди них лигандов, с использованием которых можно получать температурно-зависимую люминесценцию биметаллических соединений иттербия-неодима и неодима-эрбия. Таким образом, создание «люминесцентных термометров» для прецизионного контроля температуры, в том числе в ИК диапазоне, и установление фундаментальных свойств таких биметаллических систем, а также получение на их основе композитных материалов для гипертермии и их тестирование в живых клетках является задачей данной работы.

The luminescent thermometers are the compounds, whose luminescence properties depend significantly on temperature. Their creation is possible using different classes of compounds (i.e. inorganic, organic and hybrid) and can use various properties, for example, a change in the luminescence intensity or the excited state lifetime. However, the most convenient is the use of materials whose luminescence spectrum varies with temperature. In particular, the use of materials with a temperature-dependent ratio of the luminescence bands allows solving two existing problems: 1) the complexity of the measurement, which arises when it is necessary to measure the kinetic characteristics (lifetime) and is absent in the case when the measured signal is the luminescence spectrum, and 2) the need for calibration: measuring not the absolute intensity, but the intensity ratio leads to the appearance of the "internal standard" effect. When carrying out luminescent measurements under any conditions, the given intensity ratio will always correspond to the same temperature. In this paper, such materials will be obtained on the basis of bimetallic compounds of two different lanthanide ions, Ln1 and Ln2, as well as nanoparticles of bimetallic fluorides L@(Ln1)x(Ln2)1-xF3, surface-modified with an organic ligand L. In the spectra of these compounds, depending on the ratio of metals to the ligand used, the characteristic luminescence bands of two metals, Ln1 and Ln2, are well resolved in the spectrum. The presence of a whole series of energy transport processes (L <-> Ln1, L <-> Ln2, Ln1 <-> Ln2) inevitably leads to a temperature dependence of the ratio of these bands, which can be observed in different temperature ranges: at cooling or at heating. Optimization of the composition of compounds will be aimed at obtaining materials with maximum sensitivity in the physiological temperature range (35-45 C). An important task is to obtain materials with luminescence in the NIR range, since in this range the living tissues are the most transparent. The work in this area is further complicated by the low intensity of NIR luminescence, which is associated with its quenching. In the framework of this work, we will design ligands that effectively sensitize NIR luminescence of lanthanides, as well as search for ligands among them, with the help of which it is possible to obtain the temperature-dependent luminescence of bimetallic compounds of ytterbium-neodymium and neodymium-erbium. Thus, the creation of "luminescent thermometers" for precise temperature control, including in the infrared range, and the establishment of the fundamental properties of such bimetallic systems, as well as the production of composite materials for hyperthermia on their basis and their testing in living cells, is the task of this work.

1. Получены биметаллические координационные соединения с температурно-зависимой люминесценцией, в том числе в ИК диапазоне 2. Получены наночастицы биметаллических фторидов РЗЭ, поверхностно-модифицированные органическим лигандом, с температурно-зависимой люминесценцией, в том числе в ИК диапазоне 3. Определены механизмы температурной зависимости для КС РЗЭ и модифицированных наночастиц 4. Выбраны материалы, проявляющие максимальную чувствительность люминесценции S = 1/LIR*(dLIR/dT) ( T - температура, LIR - соотношение полос люминесценции разных ионов) среди обоих классов соединений 5. Модифицированные фториды дополнительно функционализованы для перевода в растворимую форму 6. Выбранные КС РЗЭ получены в виде наночастиц, стабильных в водной среде 7. Проведены тесты наночастиц in vitro, а именно определены цитотоксичность, клеточная проницаемость, наличие люминесценции в клеточной среде и ее температурная чувствительность 8. Получены композитные наночастицы, содержащие материал для гипертермии, покрытый слоем материала с температурно-зависимой люминесценцией, изучены их магнитные свойства 9. Композитные наночастицы переведены в раствор, определены цитотоксичность, клеточная проницаемость, температурная чувствительность люминесценции 10. Проведены эксперименты по гипертермии 11. Подготовлены к печати публикации.

Более 10 лет руководитель проекта проводит систематические исследования закономерностей направленного синтеза люминесцирующих координационных соединений РЗЭ, что привело к созданию в рамках лаборатории Химии координационных соединений группы Люминесценции (рук. В.В. Уточникова). Основной акцент сделан на синтезе новых люминесцирующих КС РЗЭ на основе ароматических карбоксилатов и изучении механизма их люминесценции, в результате чего разработан универсальных подход к анализу люминесцентных характеристик, позволяющий определить процесс, лимитирующий интенсивность люминесценции [1]. Опыт, накопленный при работе в области использования ароматических карбоксилатов тербия и европия как материалов эмиссионных слоев [2–4] включал в себя разработку способов повышения их растворимости [5,6], а также [Уточникова В. и др, Заявка на патент РФ #RU2017100582]. Изучены биметаллические КС РЗЭ и процессы переноса энергии в них и разработан подход к их анализу [3,5,7,8]. Активно ведется поиск новых ИК излучающих КС РЗЭ [3,9,10] Разработаны способы получения и повышения интенсивности люминесценции фторидов лантанидов, в том числе биметаллических, перевода их в растворимую форму и использования для люминесцентной биовизуализации [10,11].

1. Получены би- и триметаллические координационные соединения лантанидов с температурно-зависимой люминесценцией в видимом и ИК диапазонах 2. Получены наночастицы биметаллических фторидов РЗЭ, поверхностно модифицированных органическим лигандом, с температурно-зависимой люминесценцией в ИК диапазоне 3. Определены механизмы температурной зависимости люминесценции для КС РЗЭ и модифицированных наночастиц в видимом и ИК диапазонах для пар металлов Tb-Eu, Dy-Sm, Er-Yb 4. Выбраны материалы с максимальной температурной чувствительностью, которая будет определяться по формуле S= [(1/LIR)/(dLIR/dT)], где LIR - соотношение интенсивностей полос люминесценции двух металлов 5. Модифицированные фториды с люминесценцией в видимом и ИК диапазонах переведены в растворимую форму за счет солюбилизации полимером 6. КС с наибольшей температурной чувствительностью в видимом и ИК диапазонах получены в виде наночастиц, образующих стабильную суспензию в воде 7. Проведены исследования наиболее эффективных частиц in vitro: определены цитотоксичность, клеточная проницаемость и наличие люминесценции в клеточной среде 8. Подготовлены к печати публикации