БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 8, с. 1154 - 1166

УДК 577.38

ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИБРИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ

АП КОНВЕРСИОННЫХ НАНОЧАСТИЦ

И ФТАЛОЦИАНИНОВ АЛЮМИНИЯ

Д.А. Гвоздев*, Е.П. Лукашев, В.В. Горохов, В.З. Пащенко

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,

биологический факультет, 119991 Москва, Россия;

электронная почта: danil131054@mail.ru

Поступила в редакцию 09.01.2019

После доработки 18.03.2019

Принята к публикации 12.04.2019

Изучено взаимодействие между ап конверсионными наночастицами и октакарбоксифталоцианином алю

миния. Показано, что эффективность безызлучательного переноса энергии от наночастиц на фталоцианин

возрастает с увеличением числа адсорбированных на наночастице молекул фталоцианина лишь до опреде

ленного предела. При дальнейшем увеличении концентрации фталоцианина его сенсибилизированная

флуоресценция уменьшается вследствие димеризации молекул красителя на поверхности наночастицы.

В гибридном комплексе при инфракрасном лазерном облучении происходит генерация синглетного кисло

рода молекулами фталоцианина. Обнаруженные эффекты представляют интерес с точки зрения направлен

ного поиска компонентов для высокоэффективных гибридных фотосенсибилизаторов третьего поколения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: UCNP, ап конверсия, фотосенсибилизаторы, FRET, синглетный кислород.

DOI: 10.1134/S0320972519080086

В последние годы все большее внимание ис

Затем он релаксирует в основное состояние

следователей привлекают нанокристаллы, обла

²F_7/2, при этом безызлучательно передавая энер

дающие анти cтоксовской фотолюминесценци

гию ближайшему иону активатора, который пе

ей, которые в современной англоязычной лите

реходит в состояние ⁴I_11/2. В зависимости от вре

ратуре получили название «upconversion nanopar'

мени жизни этого состояния возможны два спо

ticles» (UCNP) [1]. Благодаря нелинейному фо

соба формирования ап конверсионной люми

нонному механизму они способны конвертиро

несценции. Если следующий акт передачи энер

вать поглощенные фотоны ближнего инфра

гии от Yb³⁺ к акцептору произойдет за время,

красного (ИК) диапазона в обладающие более

меньшее чем время жизни состояния ⁴I_11/2Er³⁺,

высокой энергией фотоны видимого и УФ диа

то активатор перейдет в состояние ⁴F_7/2, откуда

пазона (явление ап конверсии) [2]. Традицион

безызлучательно релаксирует на состояние ⁴S_3/2

ные лантаноидные UCNP имеют ядро из неор

и затем перейдет в основное состояние, испус

ганических кристаллов керамики (обычно

тив при этом квант света в зеленой части спект

β NaYF₄), допированных трехвалентными ио

ра. Если время жизни метастабильного уровня

нами лантаноидов. Редкоземельные ионы име

⁴I_11/2меньше времени, через которое произойдет

ют подходящую структуру электронных уровней

вторая передача энергии, то ион Er³⁺ успеет ре

для осуществления многофотонных преобразо

лаксировать в более долгоживущее состояние

ваний световой энергии (на рис. 1 рассмотрена

⁴I_13/2. Тогда последующая передача энергии от

простейшая схема поглощения последовательно

сенсибилизатора переводит активатор в состоя

двух квантов инфракрасного света). Ионы, по

ние ²F_9/2, откуда он релаксирует в основное со

глощающие возбуждающий свет, называют сен'

стояние с излучением люминесценции в красной

сибилизаторами, а испускающие свет - актива'

части спектра. Вероятность реализации данных

торами. Наиболее эффективным сенсибилиза

процессов зависит от интенсивности возбужда

тором является Yb³⁺. При облучении ИК светом

ющего света [3]. Эффективность безызлучатель

ион Yb³⁺ поглощает фотон, в результате чего про

ного резонансного переноса энергии между воз

исходит переход в возбужденное состояние ²F_5/2.

бужденными атомами сенсибилизатора и атома

ми активатора также зависит от природы неор

* Адресат для корреспонденции.

ганического заполнителя ядра, концентрации

1154

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1155

допирующих ионов и спектрального перекрыва

ния между сенсибилизатором и активатором [4].

Каждый лантаноидный ион имеет собственный

набор возбужденных состояний, излучательная

релаксация из которых дает острые эмиссион

ные пики в спектре фотолюминесценции види

мого диапазона. К достоинствам UCNP частиц

можно отнести их фотостабильность, малую

токсичность и устойчивость к воздействию фак

торов внешней среды, таких как температура,

рН, химические добавки. Дополнительным

плюсом является возможность использования

для возбуждения ап конверсионной люминес

ценции коммерчески доступных диодных лазе

ров, которые являются компактными, недоро

гими и достаточно мощными. Все это делает ап

конверсионные наночастицы весьма перспек

тивными для использования в качестве зондов

для флуоресцентной диагностики [5, 6]. Возни

кает уникальная возможность получить на их

Рис. 1. Схематическое изображение энергетических уров

основе препараты для фотодинамической тера

ней пары Yb³⁺ Er³⁺.

пии (ФДТ) или сенсоры, которые могут быть ак

С цветным вариантом рис. 1 можно ознакомиться в элек т

тивированы светом в так называемое «окно

ронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/

journal/biokhsm/

прозрачности» биологических тканей (рис. 2, а)

[7, 8]. В этой области спектра собственное по

глощение и светорассеяние тканей минимально,

макроциклических красителей, которые отно

и поэтому свет ИК диапазона проникает гораз

сятся к тетраазобензопорфиринам. В области

до глубже, чем свет УФ или видимого диапазо

фотодинамической терапии их принято отно

на, что позволяет работать на суб дециметровой

сить к т.н. группе фотосенсибилизаторов II ти

глубине. Так, показано, что люминесцентная

па, механизм действия которых основан на об

диагностика раковых опухолей с использовани

разовании цитотоксического синглетного кис

ем ап конверсионных наночастиц возможна на

лорода при взаимодействии растворенного мо

глубине 15 мм [9] и даже больше - до 32 мм [1].

лекулярного кислорода с Фц в триплетном воз

В то же время, фотодинамическое действие кра

бужденном состоянии [12].

сителей, традиционно применяющихся в про

В своей мономерной форме Фц имеют до

цедурах ФДТ с использованием красного света в

статочно большие квантовые выходы образова

диапазоне 600 -700 нм, является эффективным

ния триплетного состояния и генерации син

на глубине не более 5-6 мм [10]. Для увеличения

глетного кислорода, что обеспечивает высокий

эффективности действия красителей (фотосен

фототоксический эффект, нашедший примене

сибилизаторов) в глубине тканей предлагается

ние в противоопухолевой ФДТ [13, 14] и фото

создавать гибридные комплексы UCNP и фото

динамической инактивации микроорганизмов

сенсибилизаторов, где возбуждение осущест

[15, 16]. Однако гидрофобные свойства макро

вляется в полосу поглощения UCNP в ИК об

цикла металлофталоцианинов способствуют

ласти спектра, а краситель акцептирует энергию

также и образованию в водных растворах нефлуо

ИК светового возбуждения, трансформирован

ресцирующих и не способных к генерации синг

ного наночастицей в излучение в зеленой или

летного кислорода агрегатов Фц [17]. Возбуж

красной области спектра. Обычно это происхо

денное состояние Фц в таких агрегатах дезакти

дит по индуктивно резонансному механизму

вируется в безызлучательных процессах, что

переноса энергии (FRET), для чего необходимо

приводит к падению квантового выхода образо

перекрывание полос излучения донора (UCNP)

вания синглетного кислорода. Эта проблема

и поглощения акцептора (краситель), а также

весьма актуальна, поскольку вода является важ

сближение молекул на расстояние фёрстеров

ной биологической средой. Было показано, что

ского радиуса.

введение ионогенных заместителей на перифе

Среди высокоэффективных фотосенсибили

рию макроцикла препятствует агрегации Фц

заторов можно назвать различные фталоциани

в водной среде, причем если четыре заряженных

ны (Фц) цинка или алюминия [11]. Эти соеди

заместителя только снижают тенденцию к обра

нения представляют собой отдельную группу

зованию димеров, то введение восьми анион

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1156

ГВОЗДЕВ и др.

Рис. 2. а - Спектры поглощения и люминесценции использованных в работе UCNP и фталоцианина алюминия. Серым

цветом выделена область «окна прозрачности» биологических тканей, штриховкой - область перекрывания спектра лю

минесценции UCNP и поглощения фталоцианина. Спектр поглощения UCNP состава, аналогичного используемым в ра

боте наночастицам, был взят из работы [32] за вычетом светорассеяния в коротковолновой области спектра; б - структур

ная формула октакарбоксифталоцианина гидроксиалюминия

ных или катионных заместителей приводит уже

ГНЦ «НИОПИК». Спектры поглощения и лю

к полной мономеризации в водной среде даже

минесценции данных соединений приведены на

фталоцианинов цинка, наиболее склонных к аг

рис. 2, а.

регации [18].

Спектры и времена жизни фотолюминес

В настоящей работе исследована возмож

ценции были измерены при комнатной темпе

ность образования гибридного комплекса из

ратуре с помощью флуориметра Fluorolog 3

частиц UCNP и алюминиевого фталоцианина с

(«Horiba Jobin Yvon», Франция) с кинетической

восемью отрицательно заряженными заместите

приставкой Fluoro Hub («Horiba Scientific»).

лями, практически не агрегирующего в водной

При регистрации спектров фотолюминесцен

среде. Целью работы было получение нового

ции для возбуждения был использован светоди

фотосенсибилизатора, активируемого светом

одный лазер с длиной волны излучения 980 нм

ИК диапазона для образования синглетного

(1,6 Вт, 12 VDC, «Laserlands», Китай), работаю

кислорода.

щий в стационарном режиме. Образец объемом

200 мкл помещали в кварцевую кювету 5 × 5 мм

(Hitachi low scatter micro cell) и в течение всего

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

эксперимента постоянно перемешивали маг

нитной мешалкой. Для увеличения энергии воз

В работе использовали водорастворимые

буждающего света и интенсивности излучения

UCNP (1 мг/мл) кристаллической структуры яд

между лазером и кюветой с образцом была уста

ро/оболочка NaYF₄(Er/Tm,Yb)/NaYF₄, покры

новлена короткофокусная линза, а сама кювета

тые органической оболочкой из полиэтиленгли

помещена в специальный держатель с двумя от

коля (ПЭГ) с терминальными NH₂ группами

ражающими сферическими зеркалами (Hitachi

(«Mesolight Inc.», США). Концентрацию UCNP

high sensitivity cell holder), что позволяло повы

в растворе определяли согласно [19]. Октакар

сить эффективность светосбора почти в три ра

боксифталоцианин гидроксиалюминия AlФц( 8)

за.

(формула на рис. 2, б) и ряд других Фц, исполь

Измерение длительности собственной фото

зованных в работе, были приобретены в ФГУП люминесценции частиц UCNP при импульсном

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1157

возбуждении светом 980 нм проводили на длине

Скорость генерации синглетного кислорода

волны регистрации 540 нм и 655 нм, а длительнос

молекулами Фц в комплексе с UCNP оценивали

ти стимулированной флуоресценции AlФц( 8) -

косвенным методом с помощью п нитрозоди

на длине волны 700 нм. В этом режиме излуче

метиланилина (RNO) в присутствии имидазола

ние ИК лазера было модулировано внешним

[20]. Имидазол реагирует с синглетным кисло

TTL сигналом (5В) с частотой 50 Гц. Длитель

родом с образованием интермедиатов. RNO об

ность лазерного П образного светового импуль

ладает пиком поглощения в синей области

са определяли временем поступающего TTL

спектра и выцветает при взаимодействии с ин

сигнала и была нами задана 15 мкс. Второй TTL

термедиатами имидазола. Облучение раствора,

триггерный синхроимпульс (5В, 1 мкс) для за

содержащего Фц и UCNP, производили с по

пуска развертки считывания излучаемых кван

мощью светодиодного ИК лазера, работающего

тов следовал с задержкой в 10 мкс после начала

в стационарном режиме. О генерации гибрид

лазерной вспышки. Для этой цели был исполь

ным комплексом синглетного кислорода судили

зован двухканальный генератор импульсов

по уменьшению оптической плотности в макси

Г5 56 (Россия). Регистрация времен жизни про

муме пика поглощения RNO (440 нм). Для ис

водилась с использованием программы

следования динамики изменений оптической

DataStation v2.6 («Horiba Scientific») в режиме

плотности растворов Фц, UCNP, их гибридного

Multi Channel Scaling (MCS). При записи излу

комплекса (ГК) и RNO использовали программ

чения UCNP на длине волны 540 нм шкала вре

ное обеспечение Spectrasuite («Ocean Optics»,

мени была установлена равной 1 мс (1000 кана

США). Эксперимент проводили в термостати

лов с шагом 1 мкс), а накопление проводили в

руемой ячейке Qpod 2e («Quantum Northwest»,

течение 10 000 одиночных импульсов. При реги

США) при температуре 30 °С и постоянном пе

страции на длине волны 655 нм (люминесцен

ремешивании раствора магнитной мешалкой.

ция UCNP) или 700 нм (ИК стимулированная

Спектры поглощения были измерены на мо

флуоресценция AlФц( 8)) шкала времени была

дифицированном спектрофотометре Hitachi

2 мс (1000 каналов с шагом 2 мкс), а накопление

557 («Hiltachi Ltd.», Япония) и USB2000 («Ocean

проводили в течение 20 000 и 100 000 импульсов

Optics»). Все вычисления проводили с помощью

соответственно.

пакетов программ OriginPro

9.1

(«OriginLab

Для измерения собственной длительности

Corporation», США).

флуоресценции AlФц( 8) на наносекундной

шкале времени был использован кинетический

режим Time Correlated Single Photon Counting

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

(TCSPC). В этом случае источником импульсно

го светового возбуждения являлся NanoLED 390

Электронное изображение использованных в

(390 нм, длительность импульса ~1 нс, энергия

работе UCNP приведено на рис. 3. Наночастицы

импульса 11 пДж, Horiba Scientific), работающий

(НЧ) представляют собой цилиндры размером

с частотой 1 МГц. Анализ кинетических кривых

35 × 24 нм с шестиугольным сечением; на изобра

проводили с помощью программы DAC 6, вхо

жениях прекрасно разрешается атомная структу

дящей в программное обеспечение флуори

ра кристалла. Образец обладает высокой моно

метра.

дисперсией размера частиц. Для определения

Исследование кристаллической структуры

концентрации НЧ в растворе была использована

UCNP проводили на аналитическом просвечиваю

модель, описанная в работе [19] и связывающая

щем электронном микроскопе JEOL JEM 2100

линейные размеры нанокристалла (для случая

(ускоряющее напряжение 200 кВ, разрешение

гексагональной кристаллической решетки) с его

0,2 нм). В образец водного раствора UCNP добав

массой. Таким образом, исходному раствору

ляли спирт (10% по объему) для предотвращения

UCNP с массовым содержанием 1 мг/мл соответ

агрегации наночастиц. Далее образец наносили

ствует концентрация 0,2 мкМ. Знание молярной

на стандартные объектные медные сетки, покры

концентрации наночастиц необходимо для со

тые формваровой подложкой с дополнительным

здания гибридных комплексов с определенным

напылением углерода методом электродугового

соотношением компонентов, поскольку от этого

испарения графита. После полного высыхания

параметра зависит эффективность переноса

образец помещали в микроскоп и осуществляли

энергии и фотодинамические свойства Фц в

фотографирование выборки наночастиц. Изме

комплексах с наночастицами [21]. Метод дина

рения ζ потенциала и гидродинамического ради

мического светорассеяния дает значения гидро

уса наночастиц проводили методом динамиче

динамического диаметра частиц ∼ 400 нм в воде,

ского светорассеяния на приборе Zetasizer Nano

что может свидетельствовать о существовании

ZS («Malvern Instruments», Англия).

UCNP в водных растворах в виде агрегатов.

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1158

ГВОЗДЕВ и др.

гомерные) и D типа (димерные) имеют узкий

пик поглощения, смещенный в синюю область

спектра по сравнению с пиком поглощения мо

номерной формы. Молекулы тетрапиррола в та

ких агрегатах образуют структуру типа «сэнд

вич»; агрегаты не флуоресцируют, так как воз

бужденное состояние дезактивируется безызлу

чательно за счет внутримолекулярной конвер

сии. Существуют также агрегаты J типа (поли

мерные), которые имеют широкий пик погло

щения, смещенный в красную область спектра

по сравнению с пиком поглощения мономерной

Рис. 3. Изображения UCNP, полученные с помощью про

формы. Они образованы молекулами тетрапир

свечивающей электронной микроскопии (200 кэВ)

рола, взаимодействующими торцевыми частя

ми. Эти агрегаты флуоресцируют и характерны

Молекулы полианионного фталоцианина

для немногих типов тетрапирролов. Возможно

алюминия эффективно адсорбируются на поверх

одновременное существование молекул тетра

ность UCNP, вызывая перезарядку ξ потенциала

пирролов в обеих формах (равновесие моно

наночастиц (рис. 4). Кроме того, образование

мер/агрегат) и в разных типах агрегатов, а также

гибридного комплекса при высоких соотноше

переходы между этими состояниями [23-25].

ниях [Фц] : [НЧ] способствует агрегации нано

В контроле без UCNP оптическая плотность

частиц: гидродинамический диаметр последних

раствора AlФц( 8) линейно зависит от его кон

увеличивается более чем в шесть раз (рис. 4,

центрации в диапазоне 100 нМ-10 мкМ. Одна

вставка). Наночастицы в присутствии высоких

ко в присутствии наночастиц (4 нМ) в спектре

концентраций AlФц( 8) полностью выпадают в

поглощения фталоцианинов появляются допол

осадок в течение суток с момента инкубации.

нительные пики (рис. 5). Так, в растворе AlФц( 8)

Металлокомплексы октакарбоксифталоциа

с UCNP уже при низких значениях [Фц]:[НЧ]

нинов также склонны к агрегации на поверх

наряду с мономерами Фц (пик с максимумом на

ности ап конверсионных наночастиц. Для тет

длине волны 695 нм) имеется фракция димеров

рапирролов доказано существование несколь

(пик с максимумом на длине волны 643 нм).

ких типов агрегатов [22]. Агрегаты Н типа (оли

При дальнейшем увеличении концентрации Фц

Рис. 4. ξ потенциал ап конверсионных наночастиц (4 нМ) при различной концентрации AlФц( 8). На вставке: гидроди

намический диаметр частиц в тех же образцах

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1159

Рис. 5. Спектр поглощения AlФц( 8) в дистиллированной воде (а) и в присутствии 4 нМ UCNP (б) при различной концен

трации фталоцианина (0,13-5,2 мкМ). Стрелка показывает увеличение абсорбции раствора фталоцианина при увеличе

нии его концентрации

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции UCNP в контроле в водном растворе и в присутствии возрастающих концентраций

AlФц( 8). Стрелка вниз обозначает тушение длинноволновой полосы фотолюминесценции UCNP, стрелка вверх - рост

интенсивности сенсибилизированной флуоресценции фталоцианина. Фотолюминесценцию UCNP возбуждали на длине

волны 980 нм в непрерывном режиме. На вставке - тушение полосы фотолюминесценции UCNP при 654 нм в зависи

мости от количества молекул AlФц( 8) на одну наночастицу

в растворе в спектре поглощения появляются две

Несмотря на низкую концентрацию раство

новые компоненты. Уменьшающаяся с концен

ра UCNP (4 нМ) и небольшой квантовый выход

трацией Фц фракция с пиком в области 698 нм,

люминесценции (< 0,1%), высокая чувствитель

вероятно, связана с мономерами; фракция с

ность детектора позволила проводить количест

широким пиком в области 710 нм, по видимому,

венный анализ спектральных свойств наночас

соответствует полимерным агрегатам Фц, до

тиц (рис.

6). Спектр фотолюминесценции

полнительно рассеивающим световой поток.

UCNP состоит из двух групп пиков в красной

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1160

ГВОЗДЕВ и др.

(главный максимум на длине волны 654 нм) и

лосы фотолюминесценции UCNP, но и появле

зеленой (главный максимум на длине волны

ние новой полосы при 700 нм, характерной для

540 нм) области спектра. Красный пик фотолю

спектра флуоресценции AlФц( 8) (рис. 6). Нуж

минесценции UCNP хорошо перекрывается со

но отметить, что тушение фотолюминесценции

спектром поглощения фталоцианинов (рис. 2, а),

UCNP наблюдается только в красной области

что является необходимым условием для эффек

(пик 654 нм), поскольку именно здесь есть пе

тивного безызлучательного переноса энергии в

рекрывание спектра люминесценции донора

гибридном комплексе (FRET).

энергии и поглощения акцептора (значение ин

На предварительном этапе работы было про

теграла перекрывания J = 4,5 × 10^-13 см⁶). Наи

ведено исследование спектральных свойств

большую величину интенсивности флуоресцен

комплексов UCNP с различными поликатион

ции Фц наблюдали для соотношения 100-150

ными и полианионными фталоцианинами алю

молекул Фц на молекулу UCNP. При дальней

миния. В растворе с положительно заряженны

шем увеличении концентрации Фц его флуорес

ми фталоцианинами алюминия мы не наблюда

ценция при 700 нм исчезает, очевидно, вслед

ли заметного тушения фотолюминесценции

ствие агрегации молекул Фц на поверхности

UCNP, что свидетельствовало бы об образова

UCNP. В этих же условиях с увеличением кон

нии комплекса с переносом энергии. Напротив,

центрации Фц происходит дальнейшее умень

инкубация наночастиц с полианионными Фц,

шение интенсивности фотолюминесценции

особенно с AlФц( 8), вызывала не только значи

UCNP при 654 нм (на величину порядка 90% от

тельное снижение интенсивности красной по

исходного уровня, вставка на рис. 6). Мы счита

Рис. 7. а - Кинетика фотолюминесценции наночастиц, измеренная в максимуме зеленой (540 нм) и красной (654 нм) по

лосы свечения, а также их аппроксимация суммой нарастающей и затухающей экспонент (черные кривые); б - тушение

фотолюминесценции наночастиц на разных длинах волн при добавлении фталоцианина алюминия. Длина волны возбуж

дения люминесценции UCNP 980 нм; в, г - кинетика затухания флуоресценции AlФц( 8) в комплексе с UCNP при воз

буждении на длине волны 980 нм (в) и 390 нм (г). Длина волны регистрации флуоресценции 700 нм.

С цветным вариантом рис. 7 можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/

biokhsm/

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1161

ем, что при высоких концентрациях AlФц( 8)

толюминесценции донора, составила ∼ 18%

находится на поверхности наночастиц, но уже в

(рис. 7, б). Величины эффективности переноса

димерной форме. Поглощение димеров Фц пе

энергии ∼ 10-20% типичны для ГК с участием

рекрывается с красной полосой фотолюминес

UCNP. Так, при использовании полупроводни

ценции UCNP, поэтому тушение люминесцен

ковых нанокристаллов в качестве акцепторов

ции UCNP продолжается с увеличением концен

энергии от UCNP величина W составила 14.8 %

трации Фц, но так как димеры Фц практически

[26]. В работе [27] удалось добиться значений

не флуоресцируют, то вся переданная им энер

W ∼ 18 % и ∼ 21 % в гибридных комплексах

гия возбуждения расходуется в процессе безыз

UCNP с тетрасульфо и тетракарбоксифталоци

лучательной дезактивации.

анинами алюминия соответственно. Больших

Поскольку флуоресценция AlФц( 8) при

значений эффективности переноса энергии по

700 нм в контроле без UCNP при освещении

лучить не удается, поскольку в переносе энер

светом 980 нм не наблюдается, а возникает толь

гии участвуют не все излучающие центры в на

ко при облучении раствора гибридных комплек

ночастице [26].

сов UCNP и AlФц( 8), логично предположить,

Скорость переноса энергии от донора к ак

что она является сенсибилизированной в ре

цептору по диполь дипольному индуктивно ре

зультате переноса энергии от ап конверсионной

зонансному механизму (FRET) определяется

наночастицы. Изменения интенсивности полос

формулой Фёрстера [28]:

флуоресценции донора энергии (UCNP) и ак

цептора (Фц), а также изменения длительности

;

(2)

фотолюминесценции (рис. 7) подтверждают

этот вывод. Эффективность переноса энергии

R₀

(3)

от донора к акцептору в теории индуктивно

резонансного переноса энергии рассчитывается

по формуле:

где χ² - ориентационный фактор, τ_d - время

жизни возбужденного состояния донора в отсут

(1)

ствии акцептора, R - расстояние между центра

ми молекул донора и акцептора, ∫ - интеграл пе

где ϕ_da и ϕ_d - квантовый выход флуоресценции

рекрывания спектров флуоресценции донора и

донора в присутствии и отсутствии акцептора

поглощения акцептора энергии, R₀ - радиус

соответственно. Изменение квантового выхода

Фёрстера, N_A - число Авогадро, n - показатель

люминесценции UCNP оценивали по измене

преломления среды.

нию ее длительности. Кинетические кривые

Эффективность переноса энергии при этом

собственной люминесценции наночастиц при

определяется формулой:

540 нм и 654 нм и сенсибилизированной флуо

ресценции AlФц( 8) при 700 нм показаны на ри

(4)

сунке 7, a и 7, в. В водном растворе кинетика

фотолюминесценции UCNP в зеленой области

Если в окружении донора имеется несколько

спектра имеет нарастающую и затухающую ком

молекул акцептора, то необходимо просумми

поненты с характерным временем 25,7 ± 0,6 и

ровать скорости переноса энергии на различные

86,5 ± 1,3 мкс соответственно. В присутствии

акцепторы. В случае, когда данные акцепторы в

AlФц( 8) в соотношении 100 молекул на моле

количестве n_a находятся на одинаковом расстоя

кулу UCNP времена этих процессов достоверно

нии от донора, то скорость переноса энергии от

не изменяются (25,1 ± 0,6 и 84,9 ± 1,3 мкс соот

донора увеличится в n_a раз, а эффективность пе

ветственно). Спектры фотолюминесценции

реноса энергии от донора к акцепторам будет

UCNP и поглощения Фц слабо перекрываются

выражаться формулой:

в этой области спектра, и перенос энергии мало

вероятен. Кинетика фотолюминесценции

(5)

UCNP в красной области спектра также имеет

нарастающую и затухающую компоненты с ха

Наблюдаемому в эксперименте значению

рактерным временем 78,7 ± 3,1 мкс и 213,8 ±

эффективности переноса энергии соответствует

± 16,6 мкс соответственно. В присутствии AlФц( 8)

среднее расстояние R между излучающими лан

характерные времена люминесценции UCNP

таноидами UCNP и молекулами Фц ∼ 27 Å (ра

уменьшаются (73,3 ± 1,3 мкс - нарастающая и

диус Фёрстера R₀ = 20,9 Å, константа переноса

175,7 ± 11,2 мкс - затухающая компонента). Та

энергии k = 1000 с^-1). Малая величина R означа

ким образом, эффективность переноса энергии,

ет, во первых, что Фц, очевидно, проникают

оцениваемая по уменьшению длительности фо

вглубь органической оболочки UCNP. Во вто

8 БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1162

ГВОЗДЕВ и др.

рых, это подтверждает предположение, что в пе

донора уменьшается незначительно. Тогда сис

реносе энергии участвуют только те излучаю

тема уравнений для населенностей доноров и

щие центры, которые расположены близко к

акцепторов при двухфотонном механизме воз

поверхности UCNP. Поскольку линейные раз

буждения донора энергии выглядит следующим

меры UCNP были оценены в 35 × 24 нм, значи

образом:

тельная часть лантаноидов находится от моле

кул Фц на расстоянии, намного превышающем

таковые для эффективного переноса энергии.

Эти центры могут передавать энергию акцепто

(6)

рам излучательно в менее эффективном процес

се реабсорбции [29]. Одним из способов увели

чить долю лантаноидов, способных участвовать

В этой системе дифференциальных уравне

в безызлучательном переносе энергии, является

ний N_D и N_A обозначают населенности возбуж

уменьшение линейных размеров UCNP, что

денных уровней донора и акцептора, k_M - кон

сопряжено с уменьшением квантового выхода

станта скорости переноса энергии, k_S = 1/τ_S

люминесценции наночастиц. Покрытие UCNP

обозначает константу скорости затухания воз

защитной оболочкой, уменьшающей вероят

бужденного состояния донора в отсутствии ак

ность тушения люминесценции наночастицы

цептора, с_D - концентрация донора, k_A = 1/τ_A

растворителем, приводит к уменьшению эф

обозначает константу скорости затухания воз

фективности переноса энергии из за увеличе

бужденного состояния акцептора, I₀ - плот

ния расстояния до акцепторов энергии [30].

ность энергии возбуждающего импульса, δ(t) -

Следует признать, что наличие множества от

дельта функция. Решая систему уравнений (6)

дельных излучающих центров в наночастице

методом Лапласа, можно получить:

затрудняет корректное определение стехиомет

рии донор:акцептор и эффективности переноса

энергии [31]. В таком случае, расстояние R, рас

считанное из параметра W, сложно физически

(7)

интерпретировать.

Собственная длительность флуоресценции

AlФц( 8) в комплексе с наночастицей достаточ

где k_D = k_S + k_M; N₀ - населенность возбужден

но короткая - при возбуждении светом 390 нм

ного состояния молекул донора в начальный

характерное время составляет 4,40 ± 0,02 нс

момент времени (N₀ = I₀₂c_Dσ₀₁).

(рис. 7, г). Однако при возбуждении наночастиц

При переходе от констант скоростей к вре

светом 980 нм с последующим ап конверсион

менам затухания уравнение (7) приобретает сле

ным переносом энергии на Фц, длительность

дующий вид:

флуоресценции последнего составляла уже 142,1 ±

± 15,4 мкс (рис. 7, в). Эта величина немного ко

(8)

роче, но очень близка к длительности фотолю

минесценции UCNP, измеренной при 654 нм в

Приравняв к нулю производную N_A в (7) по

этих же условиях (175,7 ± 11,2 мкс). Ситуация,

времени, определим время t_m достижения мак

когда донор энергии возбуждения (в нашем слу

симального значения населенности акцептора:

чае UCNP с красной полосой люминесценции)

имеет очень большую длительность люминес

(9)

ценции, а акцептор этой энергии (AlФц( 8))

имеет длительность собственной флуоресцен

где r_DA = τ_D/τ_A.

ции в 40 тыс. раз короче, является не тривиаль

Подставляя затем уравнение (9) в (8), полу

ной и заслуживает подробного анализа.

чим выражение для максимального значения

Рассмотрим систему, состоящую из молекул

населенности акцептора:

донора и акцептора энергии электронного воз

буждения. Предположим, что имеется необра

(10)

тимый перенос энергии от молекул доноров на

акцепторы. Пусть донор энергии селективно

возбуждается ультракоротким импульсом света,

Рассмотрим предельные случаи. Если r_DA → 0

имеющим вид дельта функции. При этом под

(τ_D << τ_A) NAmax = N₀τ_D/τ_M = N₀ k_M/k_D. При этом,

разумевается, что интенсивность возбуждающе

если k_D ≈ k_M, т. е. скорость переноса энергии зна

го импульса достаточно мала, так что при воз

чительно больше скорости внутренних потерь

буждении населенность основного состояния

возбуждения донора, то NAmax ≈ N₀. В обратном

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1163

пределе r_DA → ∞ (τ_D>>τ_A) NAmax = N₀τ_D/τ_M r_DA =

Очевидно, что для увеличения населенности

= N₀τ_A/τ_M = N₀k_M/k_A. В этом случае также будет

возбужденных состояний молекул акцептора

выполняться соотношение k_M << k_A, при этом

можно увеличивать интенсивность возбуждаю

максимальная населенность акцептора будет

щего света либо увеличивать скорость переноса

значительно меньше максимальной населен

энергии от донора за счет увеличения концен

ности донора.

трации акцептора. В случае ГК с участием

Физический смысл приведенных уравнений

UCNP последний способ реализуем лишь час

состоит в следующем. Если k_D > k_A (τ_D < τ_A), то

тично вследствие агрегации молекул Фц на

скорость обеднения населенности возбужден

UCNP при увеличении концентрации фталоциа

ных состояний молекул акцептора меньше, чем

нина.

скорость их образования за счет переноса энер

Поскольку образование ГК с UCNP приво

гии от доноров. В результате за время τ_D насе

дит к возникновению поглощательной способ

ленность акцептора вырастет практически до

ности фталоцианина в ИК области спектра,

населенности донора, при этом длительность

можно ожидать генерацию АФК в растворе

переднего фронта нарастания свечения акцеп

UCNP - AlФц( 8) при освещении образца инфра

тора будет близка к времени τ_D. После того, ког

красным светом. Для этого лазер был переведен

да населенность донора уменьшится, а населен

в режим постоянного излучения с высокой

ность акцептора увеличится так, что станет вы

мощностью для максимального сенсибилизиро

полняться соотношение k_MN_D = k_AN_A (см. второе

ванного фотодинамического эффекта Фц; на

уравнение в (6)), населенность акцептора прек

грев воды предотвращали путем использования

ратит увеличиваться (кинетика акцептора дос

термостата и перемешивания раствора в кювете.

тигнет максимума), затем населенность акцеп

В качестве сенсора АФК использовали окра

тора станет уменьшаться со временем ~τ_A.

шенный п нитрозодиметиланилин (RNO), не

В обратном случае, когда k_A > k_D (τ_A < τ_D),

обратимо выцветающий в присутствии имида

время достижения максимума населенности ак

зола и синглетного кислорода. Действительно,

цептора будет определяться временем τ_A, так как

нам удалось зарегистрировать уменьшение оп

уже при достаточно малых N_A станет выполнять

тической плотности в пике поглощения RNO

ся равенство k_MN_D = k_AN_A. Это означает, что хотя

(рис. 9). Более того, оказалось, что при действии

населенность донора еще высока, однако насе

ИК излучения RNO выцветает только в присут

ленность акцепторов уже начнет уменьшаться

ствии всех компонентов ГК и имидазола. Низ

(поступлений от донора уже начинает не хватать

кую скорость процесса можно объяснить тем,

для поддержания высокой населенности акцеп

что концентрация компонентов ГК в растворе

тора). При этом скорость уменьшения населен

ности акцептора будет определяться скоростью

затухания донора (все возбуждения, получен

ные от донора, быстро тратятся); максимальная

населенность акцептора окажется значительно

меньше максимальной населенности донора.

Кинетическое описание такой ситуации показа

но на рис. 8.

Полученный в эксперименте результат хоро

шо подтверждает вариант взаимодействия моле

кул донор - акцептор, когда длительность флуо

ресценции акцептора приближается к длитель

ности люминесценции долгоживущего возбуж

денного состояния донора, хотя длительность

собственной флуоресценции молекулы акцеп

тора короче на несколько порядков.

При постоянной засветке населенность доно

ра и акцептора можно определить из кинетичес

ких уравнений (6) (полагая δ(t) = 1 и считая I₀ ин

Рис.

8. Кинетика затухания флуоресценции донора

тенсивностью возбуждающего света), приравни

(сплошная кривая) и акцептора (прерывистая кривая)

вая производные в левой части к нулю. Оказыва

энергии при безызлучательном переносе энергии в гиб

ридном комплексе в случае, когда время жизни возбужден

ется,

ного состояния донора энергии значительно превышает

время жизни возбужденного состояния акцептора. Для

(11)

удобства приведена нормированная кинетика затухания

флуоресценции акцептора энергии (пунктирная кривая)

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1164

ГВОЗДЕВ и др.

Рис. 9. Изменение спектра поглощения водного раствора UCNP AlФц( 8) (Фц : НЧ = 100 : 1), RNO (50 мкМ) и имидазо

ла (10 мМ) при облучении светом с длиной волны 980 нм в течение 1 мин. На вставке - изменение оптической плотнос

ти в том же образце на длине волны 440 нм в гибридном комплексе и контрольном образце с Фц без UCNP

была крайне мала вследствие низкой концен

и иных красителей) интенсивность сенсибили

трации UCNP в исходном растворе. Рассмот

зированной флуоресценции акцептора ожидае

ренные выше особенности переноса энергии от

мо будет много ниже уровня слабой интенсив

UCNP на Фц - большая длительность фотолю

ности люминесценции UCNP. В третьих, мно

минесценции донора энергии и короткая дли

гие красители и Фц, способные к генерации ак

тельность собственной флуоресценции акцеп

тивных форм кислорода при возбуждении, име

тора определяют слабую населенность возбуж

ют тенденцию к образованию слабо флуоресци

денного состояния Фц и, как следствие, низкую

рующих эксимеров. Несмотря на это, водораст

скорость образования АФК.

воримые гибридные комплексы молекул с ак

Мы показали принципиальную возмож

тивацией светом в так называемое «окно проз

ность использования UCNP для фотодинами

рачности» биологических тканей на субдеци

ческой терапии онкозаболеваний - направле

метровой глубине являются уникальным

ния, которое активно развивается в последние

инструментарием для ФДТ. Поэтому в настоя

годы. Однако на пути получения эффективных

щее время развиваются различные методичес

препаратов для ФДТ с ИК активацией сущест

кие подходы для получения гибридных комп

вуют достаточно большие препятствия. Во пер

лексов UCNP с достаточно высоким выходом

вых, большие размеры таких наночастиц (>40 нм)

медико значимого синглетного кислорода или

и низкий квантовый выход люминесценции

других активных форм кислорода. Среди этих

(<1%) по сравнению с красителями или обыч

подходов рассматривается возможность полу

ными полупроводниковыми нанокристаллами

чения UCNP с меньшими размерами и высо

затрудняют формирование гибридных структур

ким квантовым выходом люминесценции, а

из UCNP и молекул красителей с эффективным

также технологии прочного «пришивания» мо

безызлучательным переносом энергии. Во вто

лекул красителя к поверхности наночастицы.

рых, вследствие большого различия в длитель

Это может быть и вторичная химическая конъ

ности люминесценции UCNP (сотни микросе

югация молекул красителя с подходящими для

кунд) и используемых акцепторов энергии (по

ковалентной химической связи группами обо

рядка единиц наносекунд для Фц, порфиринов

лочки наночастиц, или же синтез UCNP c обо

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

КОМПЛЕКС АП КОНВЕРСИОННАЯ НАНОЧАСТИЦА ФТАЛОЦИАНИН

1165

лочкой, включающей в себя молекулы красите

ров на поверхности UCNP, в результате чего та

ля.

кие гибридные комплексы становятся непри

годными для ФДТ. Наши предварительные ис

Таким образом, в настоящей работе показа

следования показали, что изменение ионной

на возможность получения важного с точки зре

силы водного раствора, использование различ

ния медицинского использования водного раст

ных буферов и детергентов может препятство

вора гибридного комплекса из молекул UCNP и

вать агрегации Фц и формированию их диме

AlФц( 8), способного генерировать синглетный

ров, но часто в таких средах нарушается и обра

кислород при освещении ИК светом на длине

зование гибридных комплексов UCNP Фц с пе

волны 980 нм. Такой комплекс обладает актив

реносом энергии.

ностью только при определенном количестве

молекул Фц на одну молекулу UCNP. Макси

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от

мальный выход люминесценции Фц и образова

сутствии конфликта интересов.

ния синглетного кислорода в среде наблюдается

Соблюдение этических норм. Настоящая ра

при соотношении Фц/UCNP = 100-150. При

бота не содержит каких либо исследований с

более высоких концентрациях Фц происходит

участием в качестве моделей людей или живот

формирование слабо флуоресцирующих диме

ных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Chen, G., Qiu, H., Prasad, P. N., and Chen, X. (2014)

yields of different photosensitizers in polar solvents and

Upconversion nanoparticles: design, nanochemistry, and

micellar solutions, Porphyr. Phthalocyanines, 2, 145-158,

applications in theranostics, Chem. Rev., 114, 5161-5214,

doi: 10.1002/(SICI)1099 1409(199803/04)2:2<145::AID

doi: 10.1021/cr400425h.

JPP60>3.0.CO;2 2.

Auzel, F. (2004) Upconversion and anti stokes processes

12.

Ishii, K. (2012) Functional singlet oxygen generators based

with f and d ions in solids, Chem. Rev., 104, 139-173,

on phthalocyanines, Coord. Chem. Rev., 256, 15-16,

doi: 10.1021/cr020357g.

1556-1568, doi: 10.1016/j.ccr.2012.03.022.

Würth, C., Kaiser, M., Wilhelm, S., Grauel, B., Hirsch, T.,

13.

Taquet, J. P., Frochot, C., Manneville, V., and Barberi

and Resch Genger, U. (2017) Excitation power dependent

Heyob, M. (2007) Phthalocyanines covalently bound to bio

population pathways and absolute quantum yields of

molecules for a targeted photodynamic therapy, Curr. Med.

upconversion nanoparticles in different solvents,

Chem., 14, 1673-1687, doi: 10.2174/092986707780830970.

Nanoscale. Royal Soc. Chem., 9, 4283-4294, doi: 10.1039/

14.

Çak r, D., Göksel, M., Çak r, V., Durmus, M., Biyiklioglu, Z.,

C7NR00092H.

and Kantekin, H. Amphiphilic zinc phthalocyanine photo

Кузнецова Ю.О. (2013) Передача электронного воз

sensitizers: synthesis, photophysicochemical properties

буждения в ап конверсионных наночастицах, содер

and in vitro studies for photodynamic therapy, Dalt. Trans.,

жащих редкоземельные ионы, Известия Самарского

44, 9646-9658, doi: 10.1039/C5DT00747J.

научного центра РАН, 15, 112-115.

15.

Ribeiro, A.P.D., Andrade, M.C., Bagnato, V.S., Vergani, C.E.,

Chen Y., and Liang, H. (2014) Applications of quantum

Primo, F L., Tedesco, A.C., and Pavarina, A.C. (2015)

dots with upconverting luminescence in bioimaging,

Antimicrobial photodynamic therapy against pathogenic

J. Photochem. Photobiol. B Biol., 135, 23-32, doi: 10.1016/

bacterial suspensions and biofilms using chloro aluminum

j.jphotobiol.2014.04.003.

phthalocyanine encapsulated in nanoemulsions, Lasers

Generalova, A.N., Chichkov, B.N., and Khaydukov, E.V.

Med. Sci., 30, 549-559, doi: 10.1007/s10103 013 1354 x.

(2017) Multicomponent nanocrystals with anti stokes

16.

Страховская М.Г., Антоненко Ю.Н., Пашковская А.А.,

luminescence as contrast agents for modern imaging tech

Котова Е.А., Киреев В., Жуховицкий В.Г., Кузнецова Н.А.,

niques, Adv. Colloid Interface Sci., 245, 1-19, doi: 10.1016/

Южакова О.А., Негримовский В.М., Рубин А.Б. (2009)

j.cis.2017.05.006.

Электростатическое связывание замещенных металло

Fong, L.S.E., Chatterjee, D.K., and Zhang, Y. (2009) Use

фталоцианинов с клетками энтеробактерий: роль в фото

of upconverting nanoparticles in photodynamic therapy,

динамической инактивации, Биохимия, 74, 1603-1614.

URL: www.nus.edu.sg

17.

Suchan, A., Nackiewicz, J., Hnatejko, Z., Waclawek, W.,

Wang, C., Tao, H., Cheng, L., and Liu, Z. (2011) Near

and Lis, S. (2009) Spectral studies of zinc octacarboxyph

infrared light induced in vivo photodynamic therapy of

thalocyanine aggregation, Dyes Pigments, 80, 239-244,

cancer based on upconversion nanoparticles, Biomaterials,

doi: 10.1016/j.dyepig.2008.06.009.

32, 6145-6154, doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.05.007.

18.

Макаров Д.А., Кузнецова Н.А., Южакова О.А., Савви

Рочева В.В., Шолина Н.В., Деревяшкин С.П., Генера

на Л.П., Калия О.Л., Лукьянец Е.А., Негримовский В.М.,

лова А.Н., Нечаев А.В., Хоченков Д.А., Семчишен В.А.,

Страховская М.Г. (2009) Влияние степени замещения

Хайдуков Е.В., Степанова Е.В., Панченко В.Я. (2016)

поликатионных фталоцианинов цинка и алюминия

Люминесцентная диагностика опухолей с применением

на их физико химические свойства и фотодинамичес

ап конвертирующих наночастиц, Альманах Клин. Мед.,

кую активность, Журнал Физ. Химии, 83, 1183-1190.

44, 227-233, doi: 10.18786/2072 0505 2016 44 2 227 233.

19.

Mackenzie, L.E., Goode, J.A., Vakurov, A., Nampi, P.P.,

10.

Dougherty, T.J. (1992) Photochemistry in the treatment of

Saha, S., Jose, G., and Millner, P.A. (2018) The theoretical

cancer, Adv. Photochem., 17, 275-311.

molecular weight of NaYF4:RE upconversion nanoparti

11.

Spiller, W., Kliesch, H., Wohrle, D., Hackbarth, S., Roder,

cles, Sci. Rep. Springer US, 8, 1-11, doi: 10.1038/s41598

B., and Schnurpfeil, G. (1998) Singlet oxygen quantum

018 19415 w.

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019

1166

ГВОЗДЕВ и др.

20. Kraljic, I., and Moshni, S.E. (1978) A new method for the

26. Bednarkiewicz, A., Nyk, M., Samoc, M., and Strek, W.

detection of singlet oxygen in aqueous solutions,

(2010) Up conversion FRET from Er3⁺/Yb3⁺: NaYF4

Photochem. Photobiol., 28, 577-581, doi: 10.1111/j.1751

nanophosphor to CdSe quantum dots, J. Phys. Chem., 114,

1097.1978.tb06972.x.

17535-17541, doi: 10.1021/jp106120d.

21. Гвоздев Д.А., Максимов Е.Г., Страховская М.Г., Ива

27. Watkins, Z., Uddin, I., Britton, J., and Nyokong, T. (2017)

нов М.В., Пащенко В.З., Рубин А.Б. (2017) Влияние

Characterization of conjugates of NaYF4:Yb,Er,Gd

ионной силы на спектральные свойства комплексов

upconversion nanoparticle with aluminum phthalocya

квантовых точек и фталоцианинов алюминия, Рос.

nines, J. Mol. Struct., 1130, 128-137, doi: 10.1016/j.molstruc.

Нанотехнол., 12, 7-16.

2016.10.011.

22. Kadish, K.M., Smith, K.M., and Guilard, R. (2003) The

28. Lakowicz, J.R. (2006) Principles of fluorescence spec'

porphyrin handbook. Volume 17/Phthalocyanines: properties

troscopy, 3rd Edn, Springer, New York.

and materials, San Diego, Academic Press.

29. Su, Q., Feng, W., Yang, D., and Li, F. (2017) Resonance

23. Gonçalves, P.J., Corrêa, D.S., Franzen, P.L., De Boni, L.,

energy transfer in upconversion nanoplatforms for selective

Almeida, L.M., Mendonça, C.R., Borissevitch, I.E., and

biodetection, Acc. Chem. Res., 50, 32-40, doi: 10.1021/

Z lio, S.C. (2013) Effect of interaction with micelles on the

acs.accounts.6b00382.

excited state optical properties of zinc porphyrins and

30. Drees, C., Raj, A.N., Kurre, R., Busch, K.B., Haase, M.,

J aggregates formation, Spectrochim. Acta Part A Mol.

and Piehler, J. (2016) Engineered upconversion nanoparti

Biomol. Spectrosc., 112, 309-317, doi: 10.1016/j.saa.2013.

cles for resolving protein interactions inside living cells,

04.065.

Angew. Chemie Int. Ed., 55, 11668-11672, doi: 10.1002/

24. Maiti, N.C., Mazumdar, S., and Periasamy, N. (1998)

anie.201603028.

J and H aggregates of porphyrin-surfactant complexes:

31. Resch Genger, U. and Gorris, H.H. (2017) Perspectives

time resolved fluorescence and other spectroscopic stud

and challenges of photon upconversion nanoparticles -

ies, J. Phys. Chem., 102, 1528-1538, doi: 10.1021/

part I: routes to brighter particles and quantitative spectro

jp9723372.

scopic studies, Anal. Bioanal. Chem., 409, 5855-5874,

25. Gandini, S.C.M., Yushmanov, V.E., Borissevitch, I.E., and

doi: 10.1007/s00216 017 0499 z.

Tabak, M.

(1999) Interaction of the tetra

(4 sul

32. Komarala, V.K., Wang, Y., and Xiao, M. (2010) Nonlinear

fonatophenyl) porphyrin with ionic surfactants: aggrega

optical properties of Er3⁺/Yb3⁺ doped NaYF4nanocrys

tion and location in micelles, Langmuir, 15, 6233-6243,

tals, Chem. Phys. Lett., 490, 189-193, doi: 10.1016/

doi: 10.1021/la990108w.

j.cplett.2010.03.041.

PHOTOPHYSICAL PROPERTIES OF UPCONVERTING

NANOPARTICLE PHTHALOCYANINE COMPLEXES

D. A. Gvozdev*, E. P. Lukashev, V. V. Gorokhov, and V. Z. Paschenko

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology,

119991 Moscow, Russia; E'mail: danil131054@mail.ru

Received January 9, 2019

Revised March 18, 2019

Accepted April 12, 2019

The interaction between the upconversion nanoparticles and aluminum octacarboxyphthalocyanine was studied. It is

shown that the efficiency of nonradiative energy transfer from nanoparticles to phthalocyanine increases with the

number of phthalocyanine molecules adsorbed on the nanoparticles, but only up to a certain limit. With a further

increase in the concentration of phthalocyanine, its sensitized fluorescence decreases due to dimerization of dye mol

ecules on the nanoparticle surface. Under infrared laser irradiation of a hybrid complex, singlet oxygen is generated

by phthalocyanine molecules. Observed effects are of interest for the directed search of new components to create

effective hybrid photosensitizers of the third generation.

Keywords: UCNP, upconversion, photosensitizers, FRET, singlet oxygen

БИОХИМИЯ том 84 вып. 8 2019