Sistemas fotoluminescentes : arquitetura de derivados 2,1,3-benzotiadiazola para marcação celular e estudos de agregados de nanopartículas de carbono

Abstract

A presente tese trata sobre sistemas fotoluminescentes e suas aplicações em tecnologias de luz. O primeiro capítulo descreve o planejamento da arquitetura e a aplicação de pequenas moléculas orgânicas derivadas do núcleo 2,1,3-benzotiadiazola (BTD) como sensores fluorescentes para experimentos de imageamento celular. Os compostos foram planejados de modo que apresentassem seletividade por determinada organela de acordo com suas características estruturais, como carga iônica, solubilidade e presença de grupos funcionais, criando uma relação entre as características de suas estruturas e a organela alvo de marcação. Os resultados obtidos mostram a necessidade de mais estudos nessa área, uma vez que as relações obtidas foram diferentes do esperado. Dentre os compostos testados um apresentou seletividade por mitocôndrias e outro pela membrana plasmática. Experimentos de co-marcação foram realizados para a confirmação destes resultados. Análises de EPR demonstraram que o composto fluorescente não leva à formação de espécies reativas de oxigênio no interior das células, não afetando o metabolismo destas. O segundo capítulo discorre sobre nanopartículas de carbono fluorescentes, C-dots. Sua síntese, caracterização, estudos de propriedades fotoluminescentes, estudo de suas propriedades de agregação em solução são apresentados. Os C-dots obtidos neste trabalho apresentaram propriedades fotoluminescente sem precedente na literatura, com comportamento inédito em diferentes condições de pH e concentração. Suas emissões foram estudadas também em solução na presença de diferentes íons metálicos, afim de se verificar o efeito que a distribuição eletrônica e a carga destes teriam na emissão das partículas. Os experimentos revelaram também o efeito do ambiente químico nas propriedades de agregação, tamanho de partícula e potencial de carga de superfície. Com base nos resultados obtidos, um modelo de estrutura para essas partículas foi proposto para explicar o comportamento observado.

This work describes photoluminescent systems and their applications in Bioimaging experiments and light technologies. In the first chapter, small molecules 2,1,3-benzothiadiazole (BTD) derivatives (neutral, singly-charged and doubly-charged) were planned to elucidate the relationship between the molecular architecture and the selectivity inside the cells. The compounds were designed in a way that they presented preference for a specific organelle according to their molecular features such as ionic charge, solubility and the presence of functional groups, creating a relationship between the chemical structure and the biological target. The results obtained showed a need for new strategies, since the ones tested did not bring the expected outcomes. One of the derivatives stained mitochondria selectively another one stained the plasma membrane in an unexpected manner. Co-staining experiments confirmed the cellular localization of the new derivatives. EPR experiments demonstrated the fluorescent marker does not interfere in the production of reactive oxygen species inside the cells. The second chapter describes carbon nanoparticles, C-dots. Synthesis, characterization, investigation of its photophysical and aggregation properties were carried. The C-dots structure was characterized by IR, XPS, TEM, NMR. The nanoparticles presented unprecedented photoluminescent behavior that could be tuned by pH and solution concentration. Photoluminescent experiments were also conducted in the presence of metallic ions as a mean to investigate C-dots electron donation capability and how the electron distribution of the ion could influence the C-dots photoluminescence.