• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Nanoteknologi01. 05. 2015 | Katrine Meyn

Et molekyle med to lanthanidioner

Nanoteknologi01. 05. 2015 By Katrine Meyn

Ved at udnytte lanthanidionernes unikke fysiske egenskaber og koordinationskemi er det lykkedes at fremstille et molekyle, der udsender lys med to forskellige bølgelængder. Intensiteten af henholdsvis rødt og grønt lys informerer direkte om mængden af opløst ilt i det solvent, der omgiver molekylet.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2015 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Anne Kathrine Junker og Thomas Just Sørensen, Nano-Science Center & Kemisk Institut, Københavns Universitet

Ilt er essentielt for liv. Et faktum, der har været kendt, siden grundstoffet blev identificeret. Ilt er ikke kun nødvendigt for, at mennesket kan fungere, for det har vist sig, at niveauet af opløst ilt i celler og væv kan rapportere om alvorlige helbredsproblemer. Kræftknuder vokser fra deres blodforsyning (iskæmi), og resultatet er, at der er stærkt iltfattigt væv selv i små kræftknuder. Iltfattigt væv er også en tidlig indikator, hvis ikke direkte årsag, til hjerteanfald og hjertesygdomme. At kunne bestemme og undersøge effekten af opløst ilt i væv og celler er derfor særdeles vigtigt. Alligevel er iltmangel (hypoksi) og iskæmi og konsekvenserne heraf, ikke fuldstændig kendt. Det skyldes bl.a., at der ikke findes gode kontraststoffer til at bestemme mængden af opløst ilt direkte f.eks. i et mikroskop [1-3].
Derfor arbejder vi mod at udvikle nye molekylære kontraststoffer til undersøgelse af biologisk væv. Her beskriver vi et molekyle, der er udviklet til internt kalibreret optisk bestemmelse af koncentrationen af opløst ilt. Molekylet er designet efter et princip, der vil kunne bruges til at lave kontraststoffer til effektiv bestemmelse af ilt i celler og væv.
Trivalente lanthanidioner har en række interessante egenskaber, hvor især evnen til at udsende lys er meget brugt. Lysstofrør, LED-pærer og internettet (fiberoptisk datatransmission) er alle baseret på lanthanidionernes optiske egenskaber, som også danner grundlag for det diagnostisk vigtige DELFIA® assay.

Stabile lanthanidkomplekser
For at kunne udnytte lanthanidionernes egenskaber i studier, der foregår i opløsning, er det nødvendigt at binde dem i komplekser. Alle trivalente lanthanidioner udviser hurtig udskiftning af ligander, og det er derfor nødvendigt at arbejde med ligander, der danner termodynamisk og yderst kinetisk stabile komplekser [4]. Benyttes denne type ligander, kan lanthanidkomplekserne betragtes som molekylære byggeklodser på lige fod med små organiske forbindelser. En tilgang til kinetisk stabile komplekser er at bruge 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triacetic acid (DO3A) som ligand. DO3A har et sekundært nitrogenatom, det fjerde i cyclen-ringen, der kan funktionaliseres med en fjerde ”arm” i en simpel nukleofil substitutionsreaktion (SN2). Den fjerde ”arm” kan enten bære en funktionel gruppe, således at der kan laves kemi på lanthanidkomplekset, eller ”armen” kan indeholde en antenne-kromofor, der gør lanthanidkomplekset kraftigt emitterende.
En generel syntesevej til termodynamisk og kinetisk stabile lanthanidkomplekser af DO3A-typen er vist i figur 1. Tre eksempler på molekyler er inkluderet:
A: Et molekyle, der under UV-belysning vil udsende lys med den valgte lanthanidions unikke farve.
B: Et syrefunktionaliseret kompleks til videre syntese.
C: Et aminofunktionaliseret kompleks til videre syntese.
Oprensningen af den beskyttede ligand og afsaltningen af det endelige produkt er de største udfordringer i denne type kemi.
Med komplekser som B og C i figur 1 kan der udføres mange typer reaktioner, det er f.eks. muligt at bruge Ugi- og peptid-koblinger. ”Click” kemi virker også med lanthanidkomplekserne. Selv de barske reaktionsbetingelser, der skal til for at lave diazotering, har ingen effekt på disse kinetisk stabile lanthanidkomplekser, hvilket retfærdiggør betegnelsen molekylære byggeklodser.
Det molekylære system vi har udviklet til optisk bestemmelse af mængden af opløst ilt, indeholder både en europium- og en terbiumion, figur 2, og er syntetiseret i en Ugi-reaktion mellem Tb.B, Eu.C, naftaldehyd og benzylisocyanid [5]. Systemet virker ved, at naftylkromoforen exciteres, og herved fungerer som antenne for de to lanthanidioner, der kan udsende et rødt (Eu) og grønt (Tb) lys, se figur 2.

Lanthanid-luminescens – antenneprincippet
Fluorescensteknologi er vigtig i både sundhedsvidenskabelig og naturvidenskabelig forskning. Vi arbejder med fluorescerende [6] og luminescerende [7] molekyler, der kan bruges i forskellige aspekter af fluorescensteknologien. Lanthanidionerne er her unikke, da den samme molekylære struktur, den samme ligand, kan bruges til alle de trivalente lanthanidioner. Emissionsfarven afhænger alene af hvilket lanthanid, der vælges, mens molekylet udviser stort set de samme kemiske egenskaber med de forskellige lanthanidioner.
Udfordringen ved at lave et kraftigt lysende lanthanidkompleks er, at lanthanidionerne er meget dårlige til at absorbere lys ( < 3 M-1cm-1). Det er derfor nødvendigt at have en kromofor, der kan absorbere lys og videregive lysenergien til lanthanidionen i en Dexter-type energioverførsel. Dette kaldes antenneprincippet i lanthanidbaseret luminescens. Antenneprincippet er illustreret i figur 3. Et effektivt farvestof, der kan absorbere lys af højere energi end lanthanidionen, bruges som antennen. Efter lysabsorption overføres lysenergien til lanthanidionen, der med høj effektivitet frigiver energien i form af lys. Derved opnås et kraftigt absorberende farvestof og en højeffektiv lysudsendelse. De vigtigste kriterier for at det virker, er:
1) At energien i farvestoffets anslåede tilstand er højere end energien, det kræver at anslå lanthanidionerne og
2) at energitransporten mellem farvestof og lanthanid er effektiv.

Et lanthanidbaseret ilt-sensormolekyle
Vælges der en antenne og lanthanidioner således, at energierne passer, er det muligt at lave responsive molekyler, der kan fungere som sensorer for f.eks. pH og ilt. I det molekyle, vi har lavet, figur 2, indgår der to lanthanidioner: Terbium og europium samt en naftyl-antenne-kromofor. Da molekylet udsender lys i to farver, når naftylkromoforen belyses, er systemet internt kalibreret. Lanthanidkomplekset kan også beskrives som en intensitets-ratiometrisk probe for ilt, der udsender rødt og grønt lys. Molekylet er designet, så det grønne lys udsendt fra terbium varierer som funktion af mængden af opløst ilt, mens det røde lys udsendt fra europium er konstant, se figur 4. For de nærmere detaljer i designet og mekanismen, hvormed molekylet med to lanthanidioner opererer, henvises til reference [5].

Fra sensormolekyle til kontraststof i forskning og diagnostik
Det beskrevne molekyle med to lanthanidioner kræver belysning med ultraviolet lys, hvilket ikke er brugbart til analyse af biologisk væv. Det næste skridt bliver at vælge to lanthanidioner og en antenne-kromofor, der kan belyses og udsende lys i det ”biologiske vindue” mellem 650 nm og 950 nm. Det optimale kontraststof adresseres med to-foton belysning af antennen og svarer ved emissionen fra f.eks. europium (725 nm) og neodymium (880 nm). Det er ikke nødvendigvis let at lave dette molekyle, da iltsensorfunktionen i molekylet afhænger af en fin balance mellem molekylære geometrier og fotofysiske egenskaber. Når det er sagt, så er vi på vej med den næste generation af molekyler, så studierne af ilt i celler og væv for alvor kan begynde.

Referencer
1. Bertout, J.A., S.A. Patel and M.C. Simon, The impact of O2 availability on human cancer. Nat Rev Cancer, 2008. 8(12): p. 967-975.
2. Singhal, A.B., A review of oxygen therapy in ischemic stroke. Neurological Research, 2007. 29(2): p. 173-183.
3. Wilson, W.R. and M.P. Hay, Targeting hypoxia in cancer therapy. Nat Rev Cancer, 2011. 11(6): p. 393-410.
4. Bünzli, J.-C.G., Lanthanide coordination chemistry: From old concepts to coordination polymers. Journal of Coordination Chemistry, 2014: p. 1-45.
5. Sørensen, T.J., A.M. Kenwright and S. Faulkner, Bimetallic lanthanide complexes that display a ratiometric response to oxygen concentrations. Chemical Science, 2015. 6(3): p. 2054-2059.
6. Maliwal, B.P., et al., Long-Lived Bright Red Emitting Azaoxa-Triangulenium Fluorophores. PLoS ONE, 2013. 8(5): p. e63043.
7. Faulkner, S. and J.L. Matthews, Fluorescent Complexes for Biomedical Applications, in Comprehensive Coordination Chemistry, M.D. Ward, Editor. 2004, Elsevier: Oxford. p. 913-1003.

Skrevet i: Nanoteknologi

Seneste nyt fra redaktionen

ISO 13391 og ISO 25078

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstilling18. 02. 2026

– beregning af skovens klimaeffekter En ny international ISO-standard for beregning af skovens klimaeffekter giver emnet fornyet aktualitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af

Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg (KFNU) i dets nuværende inkarnation daterer sig fra 1940. Udvalgets første større bedrift var i 1952 at nedkomme med

CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

CleanCloud er et EU-finansieret forskningsprojekt, hvor der blandt andet er udført to målekampagner på Villum Research Station (VRS) på Station Nord i Nordgrønland, med det formål at undersøge, hvordan partikler og skyer interagerer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses

Supporting chemical thermodynamics:

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik18. 02. 2026

The role of infrared spectroscopy The use of molecular vibrations to probe structure in hydrogen bonding liquids. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) By Evangelos Drougkas, Georgios

To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Naturvidenskab kom ind i latinskolen – den lærde skole – i midten af 1800-tallet. Hvad var det for lærere, der underviste i naturvidenskab i den lærde skole og realskolen? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi18. 02. 2026

Vores fødevareproduktion er alt for klimabelastende, og én af løsningerne findes i mælkeprotein produceret af svampe med en teknologi, der kaldes præcisionsfermentering. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

- effektvurdering på Danmarks længst iltede søer: Hald Sø og Furesø. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Sofie Kamlarczyk1, Henrik Skovgaard2, Julia Groth1, Theis Kragh1 og Kasper

Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

Artikler fra Dansk KemiMedicinalkemi18. 02. 2026

Fluorid styrker tænders emalje ved at erstatte hydroxid i hydroxyapatit og sænke opløseligheden. Strontium styrker også tænders emalje, selv om strontium-analogen til Ca5(OH)(PO4)3 er mere opløselig. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

Analytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi18. 02. 2026

Hvordan moderne kemiske analysemetoder hjælper os til at forstå dynamikken af mikroforureninger i spildevandet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kristoffer Kilpinen1, Selina

Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljøTop18. 02. 2026

– et problem i hele Kongeriget Danmark Seneste års monitering viser, at miljøet og mennesker i Danmark, Færøerne og Grønland kan være kritisk belastet af per- og polyfluorerede alkylstoffer (de såkaldte PFAS). I Danmark har brugen af PFAS – i særligt industrien, landbruget og brandøvelser – været

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Lithiumbatterier: Sådan sikrer du din virksomhed

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Energiomkostninger reduceret med 50% via et centraliseret vakuumsystem

  • Kem-En-Tec Nordic

    Nyt produkt – Streptavidin

  • DENIOS ApS

    Sådan fejrer vi valentinsdag hos DENIOS

  • Holm & Halby

    Holm & Halby klar med seminarprogram for foråret 2026

  • Holm & Halby

    TÜV-certificering styrker dokumenteret kvalitet hos Holm & Halby

  • Holm & Halby

    Workshop sætter fokus på Green Chemistry i sporstofanalysen

  • Holm & Halby

    Fokus på reproducerbare bioprocesser i ny international webinarserie

  • DENIOS ApS

    Olien flød ud i vandet – men én ting inddæmmede den

  • MD Scientific

    Kolonne til hurtig måling af ADCC-aktivitet

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • ISO 13391 og ISO 25078

    18.02.2026

  • Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

    18.02.2026

  • CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

    18.02.2026

  • Supporting chemical thermodynamics:

    18.02.2026

  • To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

    18.02.2026

  • Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

    18.02.2026

  • Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

    18.02.2026

  • Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

    18.02.2026

  • Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

    18.02.2026

  • Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

    18.02.2026

  • Grønlandske miner og metaller  

    10.02.2026

  • 2026-udgaven af Torkil Holm Prisen måtte deles af to markante forskningsprofiler

    03.02.2026

  • Italienskfødt, dansk-bosat forsker modtager årslegat for at sætte molekyler på menuen

    27.01.2026

  • To år med enhedspatentet og Enhedspatentdomstolen

    26.01.2026

  • Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

    20.01.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik