Fullerenol Terlarut dalam Air dengan Grup Hidroksil yang Dioptimasi Meningkatkan Inaktivasi Fotodinamis Dua-Foton Mikroba Infeksius

Abstrak

Kami berhasil menyiapkan fullerenol terlarut dalam air [C₆₀(OH)₄₆] yang menunjukkan hasil kuantum oksigen singlet yang tinggi dan secara efisien menghasilkan spesies reaktif oksigen. Selain itu, fullerenol terlarut dalam air C₆₀(OH)₄₆ dengan komposisi grup hidroksil yang terbuka lebih tinggi memiliki stabilitas dan karakteristik dua-foton yang lebih unggul dibandingkan dengan yang memiliki komposisi grup tersebut lebih rendah. Oleh karena itu, fullerenol yang disiapkan dapat menjadi fotosensitiser dua-foton yang efektif. Fullerenol terlarut dalam air C₆₀(OH)₄₆ memiliki properti dua-foton yang baik. Tijdens terapi fotodinamis dua-foton, fullerenol terlarut dalam air C₆₀(OH)₄₆ memiliki aktivitas antimikroba yang substansial terhadap Escherichia coli pada tingkat energi ultrarendah sebesar 211,2 nJ pixel⁻¹ dengan 800 skan dan panjang gelombang photoeksitasi 760 nm.

Pendahuluan

Berbagai molekul fotosensitiser (PS) telah disintesis selama beberapa dekade terakhir [1]. Namun, aplikasi klinis PS yang ada melibatkan beberapa masalah. Sebagian besar molekul PS adalah hidrofobik dan dapat mudah mengagregasi dalam media air, sehingga mengurangi hasil kuantum (QY) mereka [2]. Selain itu, PS yang mengagregasi tidak dapat langsung diinjeksi secara intravena. Akumulasi selektif molekul PS pada jaringan yang meninggal juga diperlukan untuk mencegah kerusakan pada sel sehat. Karena masalah ini, pengembangan carrier PS yang efektif tetap menjadi tantangan utama dalam terapi fotodinamis (PTD). Oleh karena itu, minat dalam menggunakan nanopartikel sebagai carrier PS semakin meningkat.

Kemajuan dalam nanobioteknologi telah merangsang minat dalam aplikasi biomedis dari kelas baru struktur nano [3,4,5,6,7,8,9,10,11] yang terdiri secara eksklusif dari atom karbon, yaitu fullerene C₆₀, yang merupakan molekul sferoid (0,72 nm diameter) yang nontoksik dan memiliki properti fisikokimia unik. Ukuran kecil molekul C₆₀ lipofil adalah bertanggung jawab atas kompatibilitas sterik mereka dengan molekul biologis dan mempromosikan integrasi mereka ke dalam wilayah hidrofobik membran [12, 13]. Karena sistem π-konjugasi yang diperluas dari orbital molekuler, fullerene C₆₀ menyerap cahaya ultraviolet–visible (UV–vis) dan dapat menghasilkan spesies reaktif oksigen (ROS) dengan hasil kuantum oksigen singlet hampir 100% (Φ_Δ). Selain itu, properti fisikokimia fullerene C₆₀ memungkinkannya untuk menghasilkan ROS dan berfungsi sebagai PS untuk PTD. Fullerene juga dapat menimbulkan efek prooksidan, dan hal ini mungkin ditentukan oleh fullerene yang digunakan, jenis sel yang diteliti, dan setup eksperimental [14,15,16,17]. C₆₀ memiliki keabsolan air yang sangat rendah pada larutan polar, yang secara signifikan membatasi aplikasinya dalam medicina. Namun, karena kehadiran ikatan ganda, C₆₀ dapat dengan mudah dimodifikasi menggunakan grup kimia untuk meningkatkan keabsolan air-nya. Oleh karena it