Исследование люминесцентных свойств комплексов полупроводниковых квантовых точек с тетрапиррольными соединениями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Мартыненко Ирина Владимировна

• Мартыненко Ирина Владимировна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Мартыненко Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Литературный обзор

1.1 Полупроводниковые квантовые точки как донор энергии в комплексах с тетрапиррольными молекулами для фотодинамической терапии

1.1.1 Полупроводниковые квантовые точки. Спектральные и

фотофизические свойства

1.1.1 Тетрапиррольные соединения. Спектральные и фотофизические свойства

1.2 Типы связывания комплексов КТ-тетрапиррольные молекулы

1.2.1 Ковалентное связывание

1.2.2 Электростатическое взаимодействие

1.2.3 Координационное связывание

1.3 Спектрально-люминесцентные проявления комплексообразования между КТ и ТМ

1.3.1 Влияние комплексообразования на спектры поглощения и фотолюминесценции квантовых точек и тетрапиррольных молекул

1.3.2 Тушение фотолюминесценции КТ в комплексах с тетрапиррольными молекулами: концентрационная зависимость и механизмы тушения

1.4 Физические механизмы тушение фотолюминесценции КТ в комплексах с тетрапиррольными молекулами

1.4.1 FRET. Эффективность передачи энергии. Основные доказательства передачи энергии: сенсибилизированная фотолюминесценция, генерация синглетного кислорода

1.4.2 Фотоперенос электрона

1.4.3 Формирование центров рекомбинации в местах присоединения молекул к КТ

1.4.4 Тушение фотолюминесценции молекул в комплексах с КТ

1.4.4 Агрегация ТМ в комплексе с КТ

1.4.5 Агрегация КТ в комплексе с ТМ

1.5 Биологическое применение КТ и комплексов КТ/ТМ для ФДТ

1.5.1 Применение КТ в качестве фотосенсибилизаторов в ФДТ

1.5.2 Основные требования к комплексам КТ/ТМ как

фотосенсибилизаторам для ФДТ

1.5.3 Комплексы КТ/ТМ для ФДТ

ГЛАВА 2 Методическая часть

2.1 Материалы и методы исследования

2.1.1 Материалы

2.1.2 Методы модификации КТ и ТМ

2.1.3 Методы спектрально-люминесцентного и микроскопического анализа комплексов в растворах

2.1.4 Характеристики полупроводниковых квантовых точек

2.1.5 Характеристики тетрапиррольных молекул

2.2 Формирование комплексов на основе квантовых точек и тетрапиррольных молекул

2.2.1 Формирование комплексов в результате электростатического взаимодействия в растворах

2.2.2 Формирование комплексов в результате координационного связывания в растворах

2.3 Методы исследования комплексов в биологических средах

2.3.1 Методы спектрально-люминесцентного исследования комплексов в плазме крови человека

2.3.2 Методы исследования фотоиндуцированной цитотоксичности

комплексов в клетках Асцитной Карциномы Эрлиха

ГЛАВА 3 Оптические свойства и эффективность переноса энергии в

комплексах молекул А1(ОН)-сульфофталоцианина и полупроводниковых квантовых точек

3.1 Влияние агрегации молекул Al(OH)-сульфофталоцианина в комплексах с CdSe/ZnS квантовыми точками на люминесцентные свойства комплексов

3.1.1 Спектрально-люминесцентные свойства смесей катионных CdSe/ZnS КТ и ФЦ

3.1.2 Анализ тушения фотолюминесценции катионных CdSe/ZnS КТ в смеси с ФЦ

3.1.3 Анализ фотолюминесценции ФЦ в смеси с катионными CdSe/ZnS КТ

3.1.4 Эффективность переноса энергии в комплексах катионных CdSe/ZnS КТ/ФЦ

3.1.5 Спектральные проявления агрегации молекул ФЦ в комплексах с катионными CdSe/ZnS КТ

3.1.6 Физическая модель образования гетерогенной системы комплексов квантовая точка/органическая молекула

3.1.7 Влияние степени сульфирования ФЦ на агрегацию молекул в комплексах с катионными CdSe/ZnS КТ

3.2 Влияние типа связывания компонентов комплексов на агрегацию молекул Al(OH)-сульфофталоцианина в комплексах с CdTe квантовыми точками

3.2.1 Спектрально-люминесцентные свойства смесей анионных CdTe КТ и ФЦ

3.2.2 Анализ тушения фотолюминесценции анионных CdTe КТ в смеси с ФЦ

3.2.3 Определение константы комплексообразования комплексов анионных CdTe КТ/ФЦ в щелочном растворе

3.2.5 Эффективность переноса энергии в комплексах анионных CdTe КТ/ФЦ

3.2.6 Временная устойчивость комплексов CdTe КТ/ФЦ в щелочной среде

3.3 Выводы по главе

111

ГЛАВА 4 Оптические свойства и эффективность переноса энергии в комплексах молекул хлорина е6 и полупроводниковых квантовых точек

4.1 Люминесцентные свойства комплексов CdSe/ZnS и ZnSe/ZnS квантовых точек с хлорином е6

4.1.1 Спектрально-люминесцентные свойства смесей катионных CdSe/ZnS и /пБе^пБ КТ с Хл е6

4.1.2 Анализ спектров поглощения Хл е6 в смесях с катионными Сё8е/7п8 и /пБе^пБ КТ

4.1.3 Анализ тушения фотолюминесценции катионных CdSe/ZnS и /пБе^пБ КТ в смесях с Хл е6

4.1.4 Эффективность переноса энергии в комплексах катионных Сё8е/7п8 и /пБе^пБ КТ/Хл е6

4.2 Выводы по главе

ГЛАВА 5 Комплексы полупроводниковых квантовых точек и

тетрапиррольных молекул в биологических средах

5.1 Оптические свойства и эффективность переноса энергии в комплексах одноименно заряженных молекул А1(ОН)-сульфофталоцианина и полупроводниковых квантовых точек в плазме крови человека

5.1.1 Люминесцентные свойства комплексов анионных СёТе КТ и ФЦ в плазме крови человека

5.1.2 Эффективность переноса энергии в комплексах анионных CdTe КТ и ФЦ в плазме крови человека

5.2 ¡п-уЫго исследование фотоиндуцированной цитотоксичности комплексов ZnSe/ZnS КТ/Хл е6

5.2.1 Исследование внутриклеточного проникновения комплексов /пБе^пБ КТ/Хл е6

5.2.2 Исследование переноса энергии фотовозбуждения от ZnSe/ZnS КТ к Хл е6 в клетках АКЭ

5.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование люминесцентных свойств комплексов полупроводниковых квантовых точек с тетрапиррольными соединениями»

Актуальность проблемы

В настоящее время большой научный интерес представляет создание и исследование гибридных структур с уникальными характеристиками, возникающими в результате комбинирования свойств полупроводниковых наночастиц и органических молекул. В частности, в последнее десятилетие интенсивно ведутся работы по созданию и исследованию свойств комплексов коллоидных полупроводниковых нанокристаллов, или квантовых точек (КТ), c органическими соединениями. Благодаря своим уникальным оптическим свойствам, таким как: высокая поглощательная способность, высокий квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ), КТ могут выступать в качестве высокоэффективного донора энергии в комплексах с органическими молекулами. Тетрапиррольные молекулы (ТМ) занимают особое место среди органических молекул, поскольку в них сочетается способность эффективно генерировать синглетный кислород и концентрироваться в пораженных тканях. Соединения тетрапиррольного ряда широко используются в диагностике и терапии онкологических заболеваний.

Использование КТ в качестве донора энергии в комплексах с тетрапир-рольными молекулами кардинально расширяет спектральный диапазон возбуждающего излучения молекул, а эффективный внутрикомплексный перенос энергии фотовозбуждения по механизму Ферстеровского резонансного переноса (FRET) от КТ к молекулам позволяет значительно увеличить эффективность генерации синглетного кислорода. Кроме того, КТ потенциально могут выступать в качестве агентов доставки, увеличивая внутриклеточное проникновение молекул фотосенсибилизаторов. Данная работа посвящена исследованию условий формирования и физических процессов в комплексах коллоидных водорастворимых квантовых точек полупроводников группы А2В6 с молекулами тет-рапиррольного ряда в водных и биологических средах.

Несмотря на интенсивное изучение комплексов наноразмерных полупроводниковых квантовых точек и тетрапиррольных молекул, до сих пор остаются неясными многие вопросы, связанные как с процессами внутрикомплексной миграции энергии, так и с аспектами функционирования подобных комплексов в биологических средах.

В частности, недостаточно полно изучено индуцирование возможных каналов безызлучательной дезактивации возбужденного состояния донора энергии (квантовых точек). Возникновение подобных каналов приводит к существенному снижению эффективности внутрикомплексного переноса энергии и эффективности генерации синглетного кислорода. Изучение процессов диссипации энергии в комплексах КТ с тетрапиррольными молекулами является необходимым этапом разработки комплексов перед исследованием эффективности их функционирования в биологических средах и в живых организмах для фотодинамической диагностики и терапии онкологических заболеваний.

На сегодняшний день также плохо изучены физические механизмы изменения фотофизических свойств тетрапиррольного соединения в комплексе с КТ. Для возможности применения комплексов КТ с тетрапиррольными молекулами для генерации синглетного кислорода одним из необходимых условий является сохранение фотофизических свойств тетрапиррольных молекул в составе комплекса, в первую очередь, их способности генерировать синглетный кислород при фотовозбуждении. Однако, связываясь в комплекс с квантовыми точками, молекулы могут значительно менять как спектральные, так и фотофизические свойства по сравнению с их свободной формой. В частности, особый интерес представляет исследование агрегации ТМ в комплексах с КТ, так как исследования, посвященные пространственному расположению молекул акцептора (взаимного расположения, возможной димеризации и агрегации молекул) в комплексах с КТ, где на одну квантовую точку приходится несколько молекул, до сих пор находятся на начальном этапе. В тоже время, такая информация крайне важна не только для понимания физики внутрикомплексных процессов переноса энергии и заряда, образования конкурентных каналов безызлучатель-

ной дезактивации возбужденных состояний донора и акцептора, но и оптимизации создания комплексов для эффективной генерации синглетного кислорода и лекарственных препаратов на их основе.

В настоящее время отсутствует полное понимание закономерностей формирования и функционирования комплексов КТ/ТМ в биологических средах. В частности, представляется актуальным исследование условий формирования и фотофизических свойств комплексов в плазме крови человека. В общем случае в данной среде, формирование комплексов между заряженными квантовыми точками и молекулами в плазме крови является нетривиальной задачей. Это обусловлено тем, что плазма крови человека является многокомпонентной активной средой, содержащей большое число белков, органических и минеральных соединений. Поэтому возможно взаимодействие как квантовых точек, так и тетрапиррольных молекул с компонентами плазмы крови, что, в свою очередь может приводить к неустойчивости комплексов.

Также на данный момент окончательно не установлено, приводит ли высокоэффективный перенос энергии фотовозбуждения от КТ к тетрапиррольным молекулам к желаемому повышению эффекта фотоиндуцированной цитоток-сичности комплексов. В частности, следует учитывать, что увеличение фотодинамической деструкции раковых клеток по сравнению со свободными тетра-пирролами может быть обусловлено двумя независимыми причинами: 1) увеличением генерации синглетного кислорода молекулами благодаря эффективному внутрикомплексному переносу энергии возбуждения от КТ к молекуле; 2) увеличением внутриклеточного проникновения молекул в комплексах с КТ. Очевидно, что установление основных физических закономерностей внутриклеточного функционирования комплексов является необходимым для их практического применения.

Целью работы является установление закономерностей формирования комплексов водорастворимых коллоидных квантовых точек полупроводников

группы А2В6 с соединениями тетрапиррольного ряда и фотофизических процессов в них.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие

задачи:

1. Исследовать условия формирования комплексов молекул А1(ОН)-сульфофталоцианина и хлорина е6 c полупроводниковыми квантовыми точками в водных растворах.

2. Исследовать оптические свойства и экспериментальные проявления переноса энергии в комплексах молекул А1(ОН)-сульфофталоцианина и хлорина е6 с полупроводниковыми квантовыми точками в водных растворах.

3. Исследовать фотофизические свойства комплексов полупроводниковых квантовых точек и тетрапиррольных молекул в биологических средах.

На публичную защиту выносятся следующие положения:

1. Молекулы А1(ОН)-сульфофталоцианина в комплексах с катионными полупроводниковыми квантовыми точками могут образовывать нелюмине-сцирующие агрегаты, что приводит к уменьшению квантового выхода фотолюминесценции молекул и эффективности внутрикомплексного переноса энергии.

2. В комплексах анионных полупроводниковых квантовых точек агрегации молекул А1(ОН)-сульфофталоцианина не происходит, поэтому квантовый выход фотолюминесценции А1(ОН)-сульфофталоцианина не зависит от его концентрации, а эффективность внутрикомплексного переноса энергии близка к теоретическому значению.

3. В водных растворах катионные квантовые точки в комплексах с молекулами хлорина е6 образуют агрегаты, что приводит к уменьшению эффективности внутрикомплексного переноса энергии от квантовых точек к молекулам.

4. В плазме крови человека и в живых клетках асцитной карциномы Эрлиха, образование агрегатов в комплексах квантовых точек полупроводников А2В6 не происходит, что позволяет реализовать высокоэффективный перенос энергии фотовозбуждения от квантовых точек к молекулам Al(OH)-сульфофталоцианина и хлорина е6.

Научная новизна работы

1. Экспериментально установлено, что в комплексах катионных коллоидных квантовых точек CdSe/ZnS с противоположно заряженными молекулами Al(OH)-сульфофталоцианина могут образовываться нелюминесци-рующие агрегаты молекул. Показано, что увеличение концентрации агрегатов молекул приводит к уменьшению квантового выхода фотолюминесценции Al(OH)-сульфофталоцианина и эффективности внутриком-плексного переноса энергии.

2. Предложена модель образования комплексов катионных квантовых точек с противоположно заряженными молекулами, описывающая зависимости квантового выхода фотолюминесценции молекул и эффективности внут-рикомплексного переноса энергии от концентрации нелюминесцирующих агрегатов молекул.

3. В комплексах анионных CdTe квантовых точек с одноименно заряженными молекулами Al(OH)-сульфофталоцианина реализован перенос энергии фотовозбуждения от КТ к молекулам, эффективность которого близка к теоретически возможной для данной донорно-акцепторной пары, поскольку в этих комплексах не происходит образования нелюминесциру-ющих агрегатов молекул.

4. Предложена модель образования комплексов между одноименно заряженными КТ и молекулами, согласно которой молекулы образуют координационную связь с молекулами солюбилизатора на поверхности КТ, хорошо описывающая спектрально-люминесцентные свойства комплек-

сов анионных CdTe квантовых точек с молекулами А1(ОН)-сульфофталоцианина.

5. Показано, что в комплексах катионных квантовых точек CdSe/ZnS и ZnSe/ZnS с молекулами хлорина е6 в водных растворах происходит агрегация КТ, которая приводит к уменьшению эффективности переноса энергии от КТ к молекулам хлорина е6.

6. Показано, что в плазме крови человека комплексы анионных квантовых точек CdTe с молекулами А1(ОН)-сульфофталоцианина стабильны и сохраняют свои фотолюминесцентные свойства.

7. Получено двукратное увеличение фотодинамического эффекта в живых клетках карциномы Эрлиха при использовании комплексов катионных ZnSe/ZnS квантовых точек с молекулами хлорина е6. Показано, что улучшение функциональности традиционного фотосенсибилизатора, хлорина е6, достигается за счет эффективного переноса энергии фотовозбуждения от квантовых точек к молекулам и увеличения эффективности внутриклеточного проникновения.

Основные методы исследования

Для решения поставленных задач в работе были исследованы стационарные и кинетические люминесцентные свойства комплексов коллоидных квантовых точек полупроводников группы А2В6 с соединениями тетрапиррольного ряда в водных растворах и плазме крови человека с использованием современных спектрально-люминесцентных стационарных и кинетических методов. /п-уНто эксперименты по исследованию кинетики накопления комплексов в живых клетках асцитной карциномы Эрлиха проводились с использованием методов конфокальной люминесцентной спектроскопии. /п-уг/то-эксперименты по исследованию фотоиндуцированных и темновых процессов, вызванных в клетках комплексами, были проведены методом оценки выживаемости клеток по степени окрашивания красителем трипановым синим.

Практическая ценность диссертационной работы определяется тем, что разработка новых наноматериалов и систем, которые могли бы значительно усилить воздействие органических молекул, традиционно применяемых в биомедицине в качестве лекарственных средств, является важнейшей задачей современной физики наноструктур. Фундаментальные исследования, направленные на получение новых знаний о фотофизических механизмах миграции энергии в комплексах полупроводниковых квантовых точек и функциональных молекул в водных растворах и биологических средах весьма актуальны для физики низкоразмерных систем. Это обусловлено тем, что полное понимание физических механизмов, отвечающих за эффективность функционирования данных комплексов в качестве фотосенсибилизаторов, позволит вывести в будущем эффективность диагностики и терапии онкологических заболеваний на принципиально новый уровень.

Результаты диссертационной работы использованы и используются в Университете ИТМО при выполнении проектов в рамках государственных контрактов, грантов РФФИ и Правительства Санкт-Петербурга, аналитических ведомственных программ Министерства образования и науки РФ.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры оптической физики и современного естествознания Университета ИТМО при подготовке студентов по двум профилям 200700 «Оптика Наноструктур» и «Физика наноструктур».

Публикации и апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах Университета ИТМО, а также на международных и всероссийских конференциях:

1. ANM 2015, Авейру, Португалия;

2. ICNFA 2015, Барселона, Испания, 2015;

3. SPIE BiomedicAl Optics 2015, Мюнхен, Германия, 2015;

4. IV Всероссийский конгресс молодых ученых, Санкт-Петербург, Россия, 2015;

5. III конференция молодых ученых и специалистов «Будущее оптики-2015», Санкт-Петербург, Россия, 2015;

6. NANOCON 2015, Брно, Чехия, 2014;

7. VIII международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики-2014», Санкт-Петербург, Россия, 2014;

8. iNOW InternationAl Nano-Optoelectronics Workshop, Санкт-Петербург, Россия, 2014;

9. SPIE Photonics Europe, Брюссель, Бельгия, 2014;

10. III Всероссийский конгресс молодых ученых Университета ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, 2014;

11. VII Международная конференция «Оптика-2013», Санкт-Петербург, Россия, 2013;

12. ANBRE13, Сеул, Южная Корея, 2013;

13. II Всероссийский конгресс молодых ученых Университета ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, 2013;

14. ХLI научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, Санкт- Петербург, Россия, 2013;

15. 3-rd InternationAl Symposium "Molecular Photonics", Репино, Санкт-Петербург, Россия, 2012.

По результатам конференций были опубликованы 18 научных трудов в сборниках тезисов докладов.

Основные результаты по теме диссертации изложены в 28 печатных изданиях, 10 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Вклад автора

заключался в непосредственном выполнении основной части экспериментальных и теоретических исследований, написании и редактировании статей и тезисов докладов. Обсуждение результатов и подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Общая постановка целей и задач исследования в рамках диссертационной работы проведена совместно с научным руководителем работы А.О. Орловой.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объем диссертации 168 страницы текста с 49 рисунками и 3 таблицами. Список литературы содержит 148 наименований.

ГЛАВА 1 Литературный обзор

1.1 Полупроводниковые квантовые точки как донор энергии в

комплексах с тетрапиррольными молекулами для фотодинамической

терапии

1.1.1 Полупроводниковые квантовые точки. Спектральные и фотофизические

свойства

Квантовые точки являются наноразмерными полупроводниковыми кристаллами [1; 2]. Уникальные оптические свойства КТ обусловлены эффектом размерного квантования энергии, о котором впервые было сообщено в 1982 году в пионерской работе Екимова и Онущенко на примере ^О нанокристаллов в стеклянной матрице [3]. Следующим важным этапом в физике полупроводниковых наноструктур стала разработка Мюррей с соавторами процедур коллоидного синтеза КТ на основе CdSe [4], позволяющих получать коллоидные растворы квантовых точек в органических растворителях.

Эффект размерного квантования энергии заключается в том, что квазинепрерывные энергетические спектры и волновые функции элементарных возбуждений объемного полупроводникового материала кардинальным образом модифицируются при уменьшении линейных размеров объекта. В квантовых точках возникают дискретные уровни размерного квантования. Эти эффекты возникают, если размер кристалла меньше или соразмерен с боровским радиусом, который является характеристикой материала [5], и находится в диапазоне 2-20 нм.

Решение уравнения Шредингера для сферической полупроводниковой квантовой точки, которая моделируется сферически симметричной потенциальной ямой дает выражение для энергетического спектра носителей заряда с

обратно пропорциональной зависимостью ширины запрещенной зоны от квадрата радиуса КТ (формула (1.1)). Энергетические уровни определяются значениями главного квантового числа п = 1, 2, 3 и т.д., и углового момента 1= 0(8), 1(Р), 2(0), и т.д.:

(1.1)

где Б&о - ширина запрещенной зоны соответствующего объемного материала, ап1 - пные решения уравнения 7/(ап /)=0, где Лх) - сферическая функция Бесселя I- порядка (а10=п, а11=4.49, а12=5.76, а20=2п, и т.д.), теь=те-ти/(те+ть) - эффективная масса экситона (электрон-дырочной пары), те и ти - эффективная масса электрона (е) и дырки (И), соответственно. Первое возбужденное состояние квантовых точек, которое обычно называется первым экситонным состоянием [6], соответствует переходу 1£(е)->1£(й). Дискретный спектр электронных состояний CdSe КТ приведен на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Иллюстрация трансформации непрерывного энергетического спектра зоны проводимости и валентной зоны объемного полупроводникового материала в дискретный спектр электронных состояний квантовых точек. Е£ о > ~ ширина запрещенной зоны в объемном полупроводником материале и квантовой точке, пс1 и пш Ь - наборы квантовых чисел, соответствующие состояниям зоны проводимости и валентной зоны ( / = 1,2,3) [2]

Благодаря эффекту размерного квантования, энергии оптических переходов КТ могут быть перестроены в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до инфракрасной области путем изменения их размера и состава.

Квантовые точки имеют протяженные спектры поглощения с чрезвычайно высокими коэффициентами экстинкции (в(Х) ~ 105-106 моль-1см2), узкие полосы излучения с высокими квантовыми выходами ФЛ (до 85%), они демонстрируют химическую стабильность и фотостабильность по сравнению с органическими красителями или люминесцентными белками. Все эти уникальные оптические свойства делают КТ крайне привлекательными в широком ряду направлений исследований, в том числе, биологических.

1.1.1 Тетрапирролъные соединения. Спектральные и фотофизические

свойства

Одним из интересных классов органических молекул являются тетрапир-рольные молекулы [7]. Они относятся к классу химических соединений, молекулы которых имеют циклическую структуру и состоят из четырёх пирролль-ных колец, связанных вместе напрямую или через одноуглеродные мостики. В циклических ТМ не поделённая электронная пара на атоме азота, направленная в центр макроциклического кольца, может образовывать ковалентные или координационные связи с ионами таких металлов как алюминий, железо, цинк, или магний.

Особенностью ТМ является наличие макрокольца с сопряженной п-электронной системой, обладающего ароматическими свойствами. В зависимости от размера цикла ТМ могут иметь большой набор связывающих и разрыхляющих п-орбиталей. В связи с этим верхняя заполненная орбиталь п-симметрии может лежать очень высоко по сравнению с изолированной этиленовой п-орбиталью, а нижняя вакантная п-орбиталь, наоборот, будет иметь очень низкую энергию. Эта особенность п-орбиталей протяженных ароматических систем обусловливает расположение полос п-п*-переходов в видимой об-

ласти спектра. Спектры поглощения растворов ТМ в видимой области состоят из четырех полос небольшой интенсивности (в(Х) ~ 103-104 моль-1см2), которые обозначают как Р-полосы и традиционно нумеруют римскими цифрами, начиная с длинноволновой полосы [8]. Электронные полосы поглощения Р(1) и 0(Ш) появляются за счет перехода электронов на двукратно-вырожденных молекулярных орбиталях основного состояния, на орбитали возбужденного состояния. Вторые и четвертые полосы поглощения ТМ являются колебательными спутниками электронных полос поглощения Р(1) и [9]. Также в спектрах

поглощения ТМ наблюдается интенсивная полоса е(Х) ~ 104-105 моль см2) в ближайшем ультрафиолете (т.н. полоса Соре), которая соответствует разрешенному электронному переходу. Фотолюминесценция ТМ является другим свойством, вызванным наличием сопряженных двойных связей; ТМ имеют узкие полосы излучения, которые обычно расположены в красной части видимой области спектра.

Тетрапиррольные соединения являются светочувствительным органическими веществами. При введении в организм они обладают способностью селективно накапливаться в зараженных участках ткани. А под воздействием излучения с длиной волны, соответствующей полосам поглощения вещества, тет-рапиррольные соединения генерируют синглетную форму окружающих его молекул кислорода. Эта активная форма разрушает окружающие клетки ткани. На этом принципе основан фотодинамический эффект и метод лечения онкологических заболеваний - фотодинамическая терапия (ФДТ), в которой тетрапир-рольные соединения выступают в роли фотосенсибилизаторов [10; 11]. Одними из соединений тетрапиррольного ряда, активно используемых в качестве фо-тенсибилизаторов, являются хлорин е6 (Хл е6) и фталоцианины. В частности, на данный момент в клиниках используется препарат для фотодинамической терапии Фотосенс®, представляющий собой раствор смеси определенного состава натриевых солей Л1(ОИ)-сульфофталоцианина с различной степенью сульфирования (ФЦ).

Все тетрапиррольные соединения, которые сегодня применяются в ФДТ, имеют ряд существенных недостатков: высокая токсичность, длительный период выведения из организма, необходимость индивидуального подбора источника возбуждающего излучения. В связи с этим представляется актуальным создание комплексов на основе КТ и ТМ.

В подобных комплексах, квантовые выступают в качестве доноров энергии фотовозбуждения для органических ТМ, которые генерируют синглетный кислород в результате акта переноса энергии, как схематично показано на Рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема миграции энергии к комплексах КТ/ТМ на примере

комплексов КТ/ФЦ

В системе КТ-донор ТМ-акцептор можно легко реализовать условия для передачи энергии по механизму Ферстеровского резонансного переноса энергии (FRET), обеспечивая максимальное перекрытие спектра поглощения акцептора со спектром фотолюминесценции донора, меняя размер КТ. В таких комплексах, эффективность генерации синглетного кислорода органическими молекулами может быть значительно увеличена благодаря высоким поглощатель-ным способностям КТ в широком спектральном диапазоне. Увеличение генерации синглетного кислорода может приводить к общему увеличению эффективности фотодинамической терапии, и к снижению терапевтических доз фотосен-

сибилизатора, тем самым снижая побочные эффекты фотодинамической терапии. Кроме того, КТ могут выступать в качестве агента доставки для молекул ТМ [12].

Эффективность функционирования комплексов квантовых точек с тетра-пиррольными молекулами в качестве фотосенсибилизаторов зависит от фотофизических свойств комплексов, в частности от эффективности внутриком-плексной передачи энергии фотовозбуждения от КТ к молекулам и от способности молекул генерировать синглетную форму кислорода. Очевидно, что данные свойства комплексов могут в значительной степени определяться условиями формирования комплексов и типом связывания компонентов в нем. Поэтому, ниже рассмотрены основные возможные механизмы связывания в комплекс коллоидных полупроводниковых КТ с органическими молекулами.

1.2 Типы связывания комплексов КТ-тетрапиррольные молекулы

Тип связывания определяет трудоемкость процесса получения и стабильность комплексов, и разнообразие молекул, которые могут быть связаны в комплекс с КТ. С другой стороны, механизм связывания определяет физико-химические свойства и влияет на спектрально-люминесцентные свойства комплексов, которые будут рассмотрены в следующем разделе.

Для комплексов КТ-тетрапиррольные молекулы можно рассмотреть три основных механизма связывания, а именно: ковалентная связь, связь, обусловленная электростатическим взаимодействием между КТ и молекулами, и координационная связь того или иного типа. Существуют некоторые другие виды связи, например, гидрофобное взаимодействие, водородная связь или биоконь-югация, описанная в работах [13; 14] но в рамках данной работы эти типы связывания рассмотрены не будут. . Ниже обсуждаются три основных типа связывания компонентов комплексов наряду с особенностями их синтеза и стабильности.

1.2.1 Ковалентное связывание

Комплексы с ковалентным типом связывания являются наиболее устойчивыми, но одновременно и наиболее трудозатратными в получении. Одним из первых примеров образования комплексов КТ-тетрапиррол методом ковалент-ной связи был описан в работе [15]. В этой работе CdTe КТ, солюбилизирован-ные тиопропионовой кислотой (TPA) или тиогликолевой кислотой (TGA) были ковалентно сшиты с цинк- или индий- производными тетрааминофталоциани-нона с использованием N-этил-К (3-диметиламинопропил) карбодиимида (EDC) и N-гидроксисукцинимидом (NHS) в качестве молекул-линковщиков. Было отмечено, что ковалентная связь приводит к незначительному смещению спектра поглощения фталоцианина (около 2 нм). По интерпретации авторов работы, что этот факт является общей особенностью данного вида связи и вызывается наличием большой длины цепи линкера между КТ и фталоцианином. В работе [16] CdSe/CdS/ZnS КТ, солюбилизированные пептидами, были также ковалентно связаны с молекулами красителей хлорином е6 (Хл е6) или с бенгальским розовым (RB) через молекулы пептидов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мартыненко Ирина Владимировна, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Efros, A. L. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications / A. L. Efros, D. J. Lockwood, L. Tsybeskov: Springer, 2003. — 263 p.

2. Optical Properties of Semiconductor Quantum Dots / A. V. Fedorov [и др.] —St. Petersburg: Nauka, 2011. — 186 p.

3. Ekimov, A. I. Optical Spectroscopy of Size Effects in Semiconductor Microcrystals / A. I. Ekimov, A. L. Efros; ред. Ekimov, A. I. // Laser Optics of Condensed Matter: Springer US, 1988. — 25. — 978-1-4615-7343-2 — p. 199-207.

4. Murray, C. B. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites / C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi // Journal of the American Chemical Society. — 1993. — Vol. 115. — №19. — p. 8706-8715.

5. Efros, A. L. The electronic structure of semiconductor nanocrystals / A. L. Efros, M. Rosen // Annual Review of Materials Science. — 2000. — Vol. 30. — №1. — p. 475521.

6. Electronic structure and photoexcited-carrier dynamics in nanometer-size CdSe clusters / M. G. Bawendi [и др.] // Physical Review Letters. — 1990. — Vol. 65. — №13. — p. 1623-1626.

7. Warren, M. Tetrapyrroles: Birth, Life and Death / M. Warren, A. Smith: Landes Bioscience, 2009. — 409 p.

8. Kadish, K. M. The Porphyrin Handbook: Phthalocyanines : properties and materials / K. M. Kadish, K. M. Smith, R. Guilard: Academic Press, 2003. — 284 p.

9. Lever, A. B. P. The phthalocyanines—molecules of enduring value; a two-dimensional analysis of redox potentials / A. B. P. Lever // Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. — 1999. — Vol. 3. — №6-7. — p. 488-499.

10. Photodynamic Therapy / T. J. Dougherty [и др.] // Journal of the National Cancer Institute. — 1998. — Vol. 90. — №12. — p. 889-905.

11. Sharman, W.M. Photodynamic therapeutics: basic principles and clinical applications / W. M. Sharman, C. M. Allen, J. E. van Lier // Drug Discovery Today. — 1999. — Vol. 4. — №11. — p. 507-517.

12. Quantum dots as a platform for nanoparticle drug delivery vehicle design / C. E. Probst [h gp.] // Advanced Drug Delivery Reviews. — 2013. — Vol. 65. — №5. — p. 703-718.

13. Ensemble and single particle photophysical properties (two-photon excitation, anisotropy, FRET, lifetime, spectral conversion) of commercial quantum dots in solution and in live cells / H. E. Grecco [h gp.] // Microsc Res Tech. — 2004. — Vol. 65. — №4-5. — p. 169-179.

14. Development of FRET-based assays in the far-red using CdTe quantum dots / E. Z. Chong [h gp.] // J Biomed Biotechnol. — 2007. — Vol. 2007. — №7. — p. 54169.

15. Britton, J. Fluorescence quenching and energy transfer in conjugates of quantum dots with zinc and indium tetraamino phthalocyanines / J. Britton, E. Antunes, T. Nyokong // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. — 2010. — Vol. 210. — №1. — p. 1-7.

16. Singlet oxygen production by peptide-coated quantum dot-photosensitizer conjugates / J. M. Tsay [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. — 2007. — Vol. 129. — №21. — p. 6865-6871.

17. Orlova, A.O Spectral-luminescence Study of the Formation of QD-Sulfophthalocyanine Molecule Complexes in an Aqueous Solution / A. O. Orlova, V. G. Maslov, A. V. Baranov // Optics and Spectroscopy. — 2008. — Vol. 105. — p. 726731.

18. Energy Transfer in Aqueous Solutions of Oppositely Charged CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dots and in Quantum Dot-Nanogold Assemblies / R. Wargnier [h gp.] // Nano Letters. — 2004. — Vol. 4. — №3. — p. 451-457.

19. Shi, L. Singlet Oxygen Generation from Water-Soluble Quantum Dot-Organic Dye Nanocomposites / L. Shi, B. Hernandez, M. Selke // Journal of the American Chemical Society. — 2006. — Vol. 128. — №19. — p. 6278-6279.

20. Formation of QD-porphyrin molecule complexes in aqueous solutions / A. O. Orlova [h gp.] // Optics and Spectroscopy. — 2008. — Vol. 105. — №6. — p. 889-895.

21. Quantum dot-aluminum phthalocyanine conjugates perform photodynamic reactions to kill cancer cells via fluorescence resonance energy transfer / L. Li [h gp.] // Nanoscale Res Lett. — 2012. — Vol. 7. — №1. — p. 386.

22. Nanoassemblies designed from semiconductor quantum dots and molecular arrays / E. Zenkevich [h gp.] // J Phys Chem B. — 2005. — Vol. 109. — №18. — p. 86798692.

23. Identification and assignment of porphyrin-CdSe hetero-nanoassemblies / E. I. Zenkevich [h gp.] // Journal of Luminescence. — 2007. — Vol. 122-123. — №0. — p. 784-788.

24. Photophysical properties of self-aggregated porphyrin: semiconductor nanoassemblies / E. Zenkevich [h gp.] // International Journal of Photoenergy. — 2006.

— Vol. 2006. — p. 7.

25. Frasco, M. Porphyrin decorated CdSe quantum dots for direct fluorescent sensing of metal ions / M. Frasco, V. Vamvakaki, N. Chaniotakis // Journal of Nanoparticle Research. — 2010. — Vol. 12. — №4. — p. 1449-1458.

26. Energy transfer in associates of semiconductor quantum dots with tetrapyridinoporphyrazine molecules / A. O. Orlova [h gp.] // Optics and Spectroscopy.

— 2006. — Vol. 101. — №4. — p. 582-589.

27. Generation of singlet oxygen via the composites of water-soluble thiol-capped CdTe quantum dots-sulfonated aluminum phthalocyanines / J. Ma [h gp.] // J Phys Chem B.

— 2008. — Vol. 112. — №15. — p. 4465-4469.

28. Idowu, M. Photoinduced energy transfer between water-soluble CdTe quantum dots and aluminium tetrasulfonated phthalocyanine / M. Idowu, J. Y. Chen, T. Nyokong // New Journal of Chemistry. — 2008. — Vol. 32. — №2. — p. 290-296.

29. Spectral-luminescence properties of the complexes formed by similarly charged CdTe quantum dots and tetrasulfophthalocyanine molecules / A. O. Orlova [h gp.] // Optics and Spectroscopy. — 2010. — Vol. 108. — №6. — p. 927-933.

30. Photophysical manifestations of interactions of quantum dots with ortho-phenanthroline molecules / A. O. Orlova [h gp.] // Optics and Spectroscopy. — 2010.

— Vol. 108. — №6. — p. 934-940.

31. Activation of porphyrin photosensitizers by semiconductor quantum dots via two-photon excitation / Y.-n. Wen [h gp.] // Applied Physics Letters. — 2009. — Vol. 95.

— №14. — p. 143702

32. Moeno, S. Spontaneous charge transfer between zinc tetramethyl-tetra-2,3-pyridinoporphyrazine and CdTe and ZnS quantum dots / S. Moeno, M. Idowu, T. Nyokong // Inorganica Chimica Acta. — 2008. — Vol. 361. — №9-10. — p. 29502956.

33. Förster, T. Delocalized Excitation and Excitation Transfer / T. Förster: Florida State University, 1965. — 122 p.

34. Fluorescence Resonance Energy Transfer Between Quantum Dot Donors and Dye-Labeled Protein Acceptors / A. R. Clapp [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. — 2003. — Vol. 126. — №1. — p. 301-310.

35. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy / J. R. Lakowicz: Springer, 2007. — 954 p.

36. Investigation of Complexes of CdTe Quantum Dots with the AlOH-Sulphophthalocyanine Molecules in Aqueous Media / A. O. Orlova [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry C. — 2013. — Vol. 117. — №44. — p. 23425-23431.

37. Size-Dependent Non-FRET Photoluminescence Quenching in Nanocomposites Based on Semiconductor Quantum Dots CdSe/ZnS and Functionalized Porphyrin Ligands / E. I. Zenkevich [h gp.] // International Journal of Spectroscopy. — 2012. — Vol. 2012. — p. 1-14.

38. A non-covalent complex of quantum dots and chlorin e6: efficient energy transfer and remarkable stability in living cells revealed by FLIM / J. Valanciunaite [h gp.] // RSC Advances. — 2014. — Vol. 4. — №94. — p. 52270-52278.

39. Complexes of functionalized quantum dots and chlorin e(6) in photodynamic therapy / R. Rotomskis [h gp.] // Lithuanian Journal of Physics. — 2013. — Vol. 53. — №1. — p. 57-68.

40. Spectroscopic study of non-covalent complex formation between different porphyrin analogues and quantum dots with lipid-based coating / J. Valanciunaite [h gp.] // Chemija. — 2011. — Vol. 22. — №4. — p. 181-187.

41. Synthesis and photophysical properties of nanocomposites of aluminum tetrasulfonated phthalocyanine covalently linked to glutathione capped CdTe/CdS/ZnS quantum dots / D. O. Oluwole [h gp.] // Synthetic Metals. — 2015. — Vol. 205. — №0. — p. 212-221.

42. Supramolecular Complexes from CdSe Nanocrystals and Organic Fluorophors / O. Schmelz [h gp.] // Langmuir. — 2001. — Vol. 17. — №9. — p. 2861-2865.

43. Photogenerated Exciton Dissociation in Highly Coupled Lead Salt Nanocrystal Assemblies / J. J. Choi [h gp.] // Nano Letters. — 2010. — Vol. 10. — №5. — p. 18051811.

44. Size-Dependent Non-FRET Photoluminescence Quenching in Nanocomposites Based on Semiconductor Quantum Dots CdSe/ZnS and Functionalized Porphyrin Ligands / E. I. B. Zenkevich, Thomas; Milekhin, Alexander and von Borczyskowski, Christian // International Journal of Spectroscopy. — 2012. — Vol. 2012.

45. Ab initio study of exciton transfer dynamics from a core-shell semiconductor quantum dot to a porphyrin-sensitizer / D. S. Kilin [h gp.] // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. — 2007. — Vol. 190. — №2-3. — p. 342-351.

46. Formation principles and ligand dynamics of nanoassemblies of CdSe quantum dots and functionalised dye molecules / T. Blaudeck [h gp.] // Chemphyschem. — 2012. — Vol. 13. — №4. — p. 959-972.

47. Influence of single dye molecules on temperature and time dependent optical properties of CdSe/ZnS quantum dots: Ensemble and single nanoassembly detection / E. I. Zenkevich [h gp.] // Chemical Physics. — 2012. — Vol. 406. — №0. — p. 21-29.

48. Insights into the Mechanism of Quantum Dot-Sensitized Singlet Oxygen Production for Photodynamic Therapy / G. Charron [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry C.

— 2012. — Vol. 116. — №16. — p. 9334-9342.

49. Aggregation of Copper(II) Tetrasulfonated Phthalocyanine in Aqueous Salt Solutions / P. J. Camp [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry A. — 2002. — Vol. 106. — №44. — p. 10725-10732.

50. Effect of electric permittivity of the solvent on aggregation process of the water-soluble sulfonated metal phthalocyanines / K. Palewska [h gp.] // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. — 2011. — Vol. 223. — №2-3. — p. 149-156.

51. Palewska, K. Molecular aggregation in soluble phthalocyanines - Chemical interactions vs. n-stacking / K. Palewska, J. Sworakowski, J. Lipinski // Optical Materials. — 2012. — Vol. 34. — №10. — p. 1717-1724.

52. Petrasek, Z. A time-resolved study of concentration quenching of disulfonated aluminium phthalocyanine fluorescence / Z. Petrasek, D. Phillips // Photochem Photobiol Sci. — 2003. — Vol. 2. — №3. — p. 236-244.

53. Sulfonated phthalocyanines: aggregation and singlet oxygen quantum yield in aqueous solutions / N. A. Kuznetsova [h gp.] // Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. — 2003. — Vol. 07. — №03. — p. 147-154.

54. Light-induced effects in sulfonated aluminum phthalocyanines — potential photosensitizers in the photodynamic therapy: Spectroscopic and kinetic study / K. Palewska [h gp.] // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. — 2008.

— Vol. 197. — №1. — p. 1-12.

55. Kasha, M. The exciton model in molecular spectroscopy / M. Kasha, H. R. Rawls, M. A. El-Bayoumi // Pure and Applied Chemistry. — 2009. — Vol. 11. — №3-4. — p. 371-392.

56. Egorov, V.V. Theory of the J-band: From the Frenkel exciton to charge transfer / V. V. Egorov // Physics Procedia. — 2009. — Vol. 2. — №2. — p. 223-326.

57. A Study of the Binding of Cyanine Dyes to Colloidal Quantum Dots Using Spectral Signatures of Dye Aggregation / E. A. McArthur [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry C. — 2012. — Vol. 116. — №10. — p. 6136-6142.

58. Electrostatic Formation of Quantum Dot/J-aggregate FRET Pairs in Solution / J. E. Halpert [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry C. — 2009. — Vol. 113. — №23.

— p. 9986-9992.

59. Fluorescence quenching caused by aggregation of water-soluble CdSe quantum dots / M. Noh [h gp.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

— 2010. — Vol. 359. — №1-3. — p. 39-44.

60. Aggregated CdS quantum dots: Host of biomolecular ligands / S. S. Narayanan, S. K. Pal // J Phys Chem B. — 2006. — Vol. 110. — №48. — p. 24403-24409.

61. Aggregation Control of Quantum Dots through Ion-Mediated Hydrogen Bonding Shielding / J. Liu [h gp.] // ACS Nano. — 2012. — Vol. 6. — №6. — p. 4973-4983.

62. Overview of Stabilizing Ligands for Biocompatible Quantum Dot Nanocrystals / Y. Zhang, A. Clapp // Sensors (Basel, Switzerland). — 2011. — Vol. 11. — №12. — p. 11036-11055.

63. Synthesis and Optical Properties of Thiol Functionalized CdSe/ZnS (Core/Shell) Quantum Dots by Ligand Exchange / H. Zhu [h gp.] // Journal of Nanomaterials. — 2014. — Vol. 2014. — p. 14.

64. Photoluminescence Stability of Colloidal CdTe Quantum Dots in Various Buffer Solutions / A. Zhang [h gp.] // Journal of Cluster Science. — 2013. — Vol. 24. — №2.

— p. 427-437.

65. Chan, W. Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive Nonisotopic Detection / W. Chan, S. Nie // Science. — 1998. — Vol. 281. — №5385. — p. 2016-2018.

66. Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological Labels / M. Bruchez [h gp.] // Science. — 1998. — Vol. 281. — №5385. — p. 2013-2016.

67. Aguilar, Z. Nanomaterials for Medical Applications / Z. Aguilar. — USA: Elsevier Science, 2012. — 544 p.

68. Cesar, C. L. Quantum dots as biophotonics tools / C. L. Cesar // Methods in molecular biology (Clifton, N.J.). — 2014. — Vol. 1199. — p. 3-9.

69. Chen, W. Nanoparticle fluorescence based technology for biological applications / W. Chen // J Nanosci Nanotechnol. — 2008. — Vol. 8. — №3. — p. 1019-1051.

70. Nano-bio effects: interaction of nanomaterials with cells / L. C. Cheng [h gp.] // Nanoscale. — 2013. — Vol. 5. — №9. — p. 3547-3569.

71. Synthesis, characterization and target protein binding of drug-conjugated quantum dots in vitro and in living cells / Y. Choi [h gp.] // Nanotechnology. — 2013. — Vol. 24. — №7. — p. 9.

72. Ebrecht, R. Fluorescence lifetime imaging microscopy in the medical sciences / R. Ebrecht, C. D. Paul, F. S. Wouters // Protoplasma. — 2014. — Vol. 251. — №2. — p. 293-305.

73. Thioglycerol-capped Mn-doped ZnS quantum dot bioconjugates as efficient two-photon fluorescent nano-probes for bioimaging / M. Geszke-Moritz [h gp.] // Journal of Materials Chemistry B. — 2013. — Vol. 1. — №5. — p. 698-706.

74. Giersig, M. Nanomaterials for Application in Medicine and Biology / M. Giersig, G. B. Khomutov: Springer, 2008. — 187 p.

75. Quantum Dot-Organic Polymer Composite Materials for Radiation Detection and Imaging / W. G. Lawrence [h gp.] // Ieee Transactions on Nuclear Science. — 2012. — Vol. 59. — №1. — p. 215-221.

76. Lee, H. Intracellular Trafficking and Unpacking of siRNA/Quantum Dot-PEI Complexes Modified with and without Cell Penetrating Peptide: Confocal and Flow Cytometric FRET Analysis / H. Lee, I. K. Kim, T. G. Park // Bioconjugate Chemistry. — 2010. — Vol. 21. — №2. — p. 289-295.

77. Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing / I. L. Medintz [h gp.] // Nat Mater. — 2005. — Vol. 4. — №6. — p. 435-446.

78. Quantum dot-loaded PEGylated poly(alkyl cyanoacrylate) nanoparticles for in vitro and in vivo imaging / J. Nicolas [h gp.] // Soft Matter. — 2011. — Vol. 7. — №13. — p. 6187-6193.

79. Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy for the Detection of Intracellular pH with Quantum Dot Nanosensors / A. Orte, J. M. Alvarez-Pez, M. J. Ruedas-Rama // Acs Nano. — 2013. — Vol. 7. — №7. — p. 6387-6395.

80. Analysis of Quantum Dot Fluorescence Stability in Primary Blood Mononuclear Cells / H. D. Summers [h gp.] // Cytometry Part A. — 2010. — Vol. 77A. — №10. — p. 933-939.

81. Tiwari, A. Nanomaterials in Drug Delivery, Imaging, and Tissue Engineering / A. Tiwari, A. Tiwari: Wiley, 2013. — 576 p.

82. Revisiting the principles of preparing aqueous quantum dots for biological applications: the effects of surface ligands on the physicochemical properties of quantum dots / B. Zhang [h gp.] // RSC Advances. — 2014. — Vol. 4. — №27. — p. 13805-13816.

83. Thiol-Capping of CdTe Nanocrystals: An Alternative to Organometallic Synthetic Routes / N. Gaponik [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry B. — 2002. — Vol. 106. — №29. — p. 7177-7185.

84. Time-Dependent Photoluminescence Blue Shift of the Quantum Dots in Living Cells: Effect of Oxidation by Singlet Oxygen / Y. Zhang [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. — 2006. — Vol. 128. — №41. — p. 13396-13401.

85. Compact Biocompatible Quantum Dots Functionalized for Cellular Imaging / W. Liu [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. — 2008. — Vol. 130. — №4. — p. 1274-1284.

86. Avidin: A Natural Bridge for Quantum Dot-Antibody Conjugates / E. R. Goldman [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. — 2002. — Vol. 124. — №22. — p. 6378-6382.

87. Akerman, M.E. Nanocrystal targeting in vivo / M. E. Akerman [h gp.] // Proc Natl Acad Sci U S A. — 2002. — Vol. 99. — №20. — p. 12617-12621.

88. Clathrin-mediated endocytosis of quantum dot-peptide conjugates in living cells / A. Anas [h gp.] // ACS Nano. — 2009. — Vol. 3. — №8. — p. 2419-2429.

89. Peptide-mediated cellular delivery of semiconductor quantum dots / K. B. Gemmill [h gp.] // Sensing Technologies for Global Health, Military Medicine, and Environmental Monitoring Iii. — 2013. — Vol. 8723. — p. 6.

90. Specific Intracellular Uptake of Herceptin-Conjugated CdSe/ZnS Quantum Dots into Breast Cancer Cells / S. J. Han [h gp.] // Biomed Research International. — 2014. — p. 9.

91. Electrochemical Investigation of Cellular Uptake of Quantum Dots Decorated with a Proline-Rich Cell Penetrating Peptide / S. Marin [h gp.] // Bioconjugate Chemistry. —

2011. — Vol. 22. — №2. — p. 180-185.

92. Targeted quantum dots fluorescence probes functionalized with aptamer and peptide for transferrin receptor on tumor cells / M. Z. Zhang [h gp.] // Nanotechnology. —

2012. — Vol. 23. — №48. — p. 11.

93. Single-quantum-dot-based DNA nanosensor / C.-Y. Zhang [h gp.] // Nat Mater. — 2005. — Vol. 4. — №11. — p. 826-831.

94. DNA-conjugated quantum dot nanoprobe for high-sensitivity fluorescent detection of DNA and micro-RNA / S. Su [h gp.] // ACS Appl Mater Interfaces. — 2014. — Vol. 6. — №2. — p. 1152-1157.

95. A quantum dot conjugated sugar ball and its cellular uptake. On the size effects of endocytosis in the subviral region / F. Osaki [h gp.] // J Am Chem Soc. — 2004. — Vol. 126. — №21. — p. 6520-6521.

96. Chen, Y. Synthesis of Glyconanospheres Containing Luminescent CdSe-ZnS Quantum Dots / Y. Chen, T. Ji, Z. Rosenzweig // Nano Letters. — 2003. — Vol. 3. — №5. — p. 581-584.

97. Preparation of Quantum Dot-Biotin Conjugates and Their Use in Immunochromatography Assays / B. M. Lingerfelt [h gp.] // Analytical Chemistry. — 2003. — Vol. 75. — №16. — p. 4043-4049.

98. Development of Biocompatible and Proton-Resistant Quantum Dots Assembled on Gelatin Nanospheres / L. Chen [h gp.] // Langmuir. — 2014. — Vol. 30. — №7. — p. 1893-1899.

99. Biophysical aspects of photodynamic therapy / A. Juzeniene, K. P. Nielsen, J. Moan // J Environ Pathol Toxicol Oncol. — 2006. — Vol. 25. — №1-2. — p. 7-28.

100. Quantum dots as photosensitizers? / R. Bakalova [h gp.] // Nat Biotech. — 2004.

— Vol. 22. — №11. — p. 1360-1361.

101. Observation of the "Dark Exciton" in CdSe Quantum Dots / M. Nirmal [h gp.] // Physical Review Letters. — 1995. — Vol. 75. — №20. — p. 3728-3731.

102. Samia, A. C. Semiconductor quantum dots for photodynamic therapy / A. C. Samia, X. Chen, C. Burda // J Am Chem Soc. — 2003. — Vol. 125. — №51. — p. 15736-15737.

103. Highly Luminescent Water-Soluble CdTe Quantum Dots / S. F. Wuister [h gp.] // Nano Letters. — 2003. — Vol. 3. — №4. — p. 503-507.

104. Generation of Nitrogen Oxide and Oxygen Radicals by Quantum Dots / P. Juzenas [h gp.] // Journal of Biomedical Nanotechnology. — 2008. — Vol. 4. — №4. — p. 450456.

105. Entrapment in phospholipid vesicles quenches photoactivity of quantum dots / R. Generalov [h gp.] // Int J Nanomedicine. — 2011. — Vol. 6. — p. 1875-1888.

106. Brooks, R. A. On T2-shortening by weakly magnetized particles: the chemical exchange model / R. A. Brooks, F. Moiny, P. Gillis // Magn Reson Med. — 2001. — Vol. 45. — №6. — p. 1014-1020.

107. Dai, M. Ethylenediamine-Assisted Ligand Exchange and Phase Transfer of Oleophilic Quantum Dots: Stripping of Original Ligands and Preservation of Photoluminescence / M.-Q. Dai, L.-Y. L. Yung // Chemistry of Materials. — 2013. — Vol. 25. — №11. — p. 2193-2201.

108. Aqueous phase transfer of InP/ZnS nanocrystals conserving fluorescence and high colloidal stability / S. Tamang [h gp.] // ACS Nano. — 2011. — Vol. 5. — №12. — p. 9392-9402.

109. Direct Synthesis of Aqueous CdSe/ZnS-Based Quantum Dots Using Microwave Irradiation / W. Schumacher [h gp.] // The Journal of Physical Chemistry C. — 2009.

— Vol. 113. — №28. — p. 12132-12139.

110. Aqueous synthesis of CdSe and CdSe/CdS quantum dots with controllable introduction of Se and S sources / Q. Zhao [h gp.] // Journal of Materials Science. — 2013. — Vol. 48. — №5. — p. 2135-2141.

111. Aqueous one-pot synthesis of bright and ultrasmall CdTe/CdS near-infrared-emitting quantum dots and their application for tumor targeting in vivo / L.-N. Chen [h gp.] // Chemical Communications. — 2012. — Vol. 48. — №41. — p. 4971-4973.

112. "Jelly dots": synthesis and cytotoxicity studies of CdTe quantum dot-gelatin nanocomposites / S. J. Byrne [h gp.] // Small. — 2007. — Vol. 3. — №7. — p. 11521156.

113. Synthesis, Characterisation, and Biological Studies of CdTe Quantum Dot-Naproxen Conjugates / S. J. Byrne [h gp.] // ChemMedChem. — 2007. — Vol. 2. — №2. — p. 183-186.

114. Murray, C. B. Synthesis and characterization of monodisperse nanocrystals and close-packed nanocrystal assemblies / C. B. Murray, C. R. Kagan, M. G. Bawendi // Annual Review of Materials Science. — 2000. — Vol. 30. — №1. — p. 545-610.

115. Assessment of Toxicity of Cdse/Cds/Zns/S,S-Dihydrolipoic Acid/Polyacrylic Acid Quantum Dots at Danio rerio Embryos and Larvae / K. V. Zolotarev [h gp.] // ISRN Nanotechnology. — 2012. — Vol. 2012. — p. 5.

116. Lung toxicity and biodistribution of Cd/Se-ZnS quantum dots with different surface functional groups after pulmonary exposure in rats / J. Roberts [h gp.] // Particle and Fibre Toxicology. — 2013. — Vol. 10. — №1. — p. 5.

117. The cytotoxicity of cadmium-based quantum dots / N. Chen [h gp.] // Biomaterials. — 2012. — Vol. 33. — №5. — p. 1238-1244.

118. Cytotoxicity tests of water soluble ZnS and CdS quantum dots / H. Li [h gp.] // J Nanosci Nanotechnol. — 2011. — Vol. 11. — №4. — p. 3543-3551.

119. Cytotoxicity and cellular mechanisms involved in the toxicity of CdS quantum dots in hemocytes and gill cells of the mussel Mytilus galloprovincialis / A. Katsumiti [h gp.] // Aquat Toxicol. — 2014. — Vol. 153. — p. 39-52.

120. CdTe and CdSe Quantum Dots Cytotoxicity: A Comparative Study on Microorganisms / S. A. O. Gomes [h gp.] // Sensors (Basel, Switzerland). — 2011. — Vol. 11. — №12. — p. 11664-11678.

121. Peng, C. Application of Quantum Dots-Based Biotechnology in Cancer Diagnosis: Current Status and Future Perspectives / C.-W. Peng, Y. Li // Journal of Nanomaterials.

— 2010. — Vol. 2010. — p. 11.

122. Derfus, A. M. Probing the Cytotoxicity of Semiconductor Quantum Dots / A. M. Derfus, W. C. W. Chan, S. N. Bhatia // Nano Letters. — 2004. — Vol. 4. — №1. — p. 11-18.

123. Hwang, C. S. Characterization of the ZnSe/ZnS core shell quantum dots synthesized at various temperature conditions and the water soluble ZnSe/ZnS quantum dot / C. S. Hwang, I. H. Cho // Bulletin of the Korean Chemical Society. — 2005. — Vol. 26. — №11. — p. 1776-1782.

124. Hui, L. Non-heavy-metal ZnS quantum dots with bright blue photoluminescence by a one-step aqueous synthesis / L. Hui, Y. S. Wan, S. Wei-Heng // Nanotechnology.

— 2007. — Vol. 18. — №20. — p. 205604.

125. High-resolution three-photon biomedical imaging using doped ZnS nanocrystals / J. H. Yu [h gp.] // Nat Mater. — 2013. — Vol. 12. — №4. — p. 359-366.

126. Nadeau, J. Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) of Quantum Dots in Living Cells / J. Nadeau, L. Carlini // Colloidal Nanocrystals for Biomedical Applications Viii. — 2013. — Vol. 8595. — p. 10.

127. Anoop, T. InP Quantum Dots: An Environmentally Friendly Material with Resonance Energy Transfer Requisites / T. Anoop, N. V. Pratheesh, G. K. Thomas // The Journal of Physical Chemistry C. — 2014. — Vol. 118. — №7. — p. 3838-3845.

128. Water soluble quantum dots as hydrophilic carriers and two-photon excited energy donors in photodynamic therapy / C. Fowley [h gp.] // Journal of Materials Chemistry.

— 2012. — Vol. 22. — №13. — p. 6456-6462.

129. Complexes of functionalized quantum dots and chlorin e6 in photodynamic therapy / R. Rotomskis [h gp.] // Lithuanian Journal of Physics and Technical Sciences —2013. — Vol. 53. — №1.

130. CdTe Quantum Dot/Dye Hybrid System as Photo sensitizer for Photodynamic Therapy / A. Rakovich [h gp.] // Nanoscale Res Lett. — 2010. — Vol. 5. — №4. — p. 753-760.

131. Unidirectional Alignment of CdSe Nanorods / M. Artemyev, B. Möller, U. Woggon // Nano Letters. — 2003. — Vol. 3. — №4. — p. 509-512.

132. Photoluminescence of CdTe nanocrystals modulated by methylene blue and DNA. A label-free luminescent signaling nanohybrid platform / J. S. Shen [h gp.] // Phys Chem Chem Phys. — 2009. — Vol. 11. — №25. — p. 5062-5069.

133. Skoog, D. A. Fundamentals of Analytical Chemistry / D. A. Skoog: Thomson-Brooks/Cole, 2004. — 1176 p.

134. Ogunsipe, A. Photophysical and photochemical studies of zinc(ii) phthalocyanine derivatives-effects of substituents and solvents / A. Ogunsipe, J.-Y. Chen, T. Nyokong // New Journal of Chemistry. — 2004. — Vol. 28. — №7. — p. 822-827.

135. Kubin, R. F. Fluorescence quantum yields of some rhodamine dyes / R. F. Kubin, A. N. Fletcher // Journal of Luminescence. — 1982. — Vol. 27. — №4. — p. 455-462.

136. Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals / W. W. Yu [h gp.] // Chemistry of Materials. — 2003. — Vol. 15. — №14. — p. 2854-2860.

137. Sapra, S. Evolution of the electronic structure with size in II-VI semiconductor nanocrystals / S. Sapra, D. D. Sarma // Physical Review B. — 2004. — Vol. 69. — №12. — p. 125304.

138. Baker, D. R. Tuning the Emission of CdSe Quantum Dots by Controlled Trap Enhancement / D. R. Baker, P. V. Kamat // Langmuir. — 2010. — Vol. 26. — №13. — p. 11272-11276.

139. The role of ligands in determining the exciton relaxation dynamics in semiconductor quantum dots / M. D. Peterson [h gp.] // Annu Rev Phys Chem. — 2014. — Vol. 65. — p. 317-339.

140. Adjuvant photodynamic therapy (PDT) with photosensitizer photosens for superficial bladder cancer. Experimental investigations to treat prostate cancer by PDT with photosens / O. I. Apolikhin [h gp.] —Belligham, ETATS-UNIS: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 2007. Vol. 8

141. Phthalocyanine fluorescence at high concentration: dimers or reabsorption effect? / S. Dhami [h gp.] // Photochemistry and Photobiology. — 1995. — Vol. 61. — №4. — p. 341-346.

142. Interaction of porphyrins with CdTe quantum dots / X. Zhang [h gp.] // Nanotechnology. — 2011. — Vol. 22. — №19. — p. 195501.

143. Elucidation of monomerization effect of PVP on chlorin e6 aggregates by spectroscopic, chemometric, thermodynamic and molecular simulation studies / S. Paul [h gp.] // J Fluoresc. — 2013. — Vol. 23. — №5. — p. 1065-1076.

144. Toward understanding the high PDT efficacy of chlorin e6-polyvinylpyrrolidone formulations: Photophysical and molecular aspects of photosensitizer-polymer interaction in vitro / H. A. Isakau [h gp.] // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. — 2008. — Vol. 92. — p. 165-174.

145. Cunderlikova, B. Acid-base properties of chlorin e6: relation to cellular uptake / B. Cunderlikova, L. Gangeskar, J. Moan // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. — 1999. — Vol. 53. — №1-3. — p. 81-90.

146. Increased binding of chlorin e6 to lipoproteins at low pH values / B. Cunderlikova [h gp.] // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. — 2000. — Vol. 32. — №7. — p. 759-768.

147. Boron, W. F. Medical Physiology / W. F. Boron, E. L. Boulpaep: Elsevier Health Sciences, 2008. — 1352 p.

148. Amelia, M. Recovery of CdS Nanocrystal Defects through Conjugation with Proteins / M. Amelia, R. Flamini, L. Latterini // Langmuir. — 2010. — Vol. 26. — №12. — p. 10129-10134.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Оценка коэффициентов экстинкции молекул ФЦ в мономерной и агрегированной форме

Для расчета коэффициентов экстинкции молекул ФЦ в мономерной и агрегированной форме были созданы комплексы квантовых точек Сё8е/7п8, солюби-лизированных ОМЛЕТ, с молекулами фталоцианина с высокой относительной концентрацией ФЦ п~50. Для создания комплексов высококонцентрированный раствор КТ был добавлен в раствор ФЦ.

На Рисунке П. 1 приведены спектры поглощения растворов КТ и ФЦ, а также смеси ФЦ и КТ, которые были использованы при расчете.

Рисунок П. 1 - Спектры поглощения растворов КТ и ФЦ, а также смеси ФЦ и КТ

Анализ спектра поглощения смеси (синяя кривая на Рисунке П.1) показал, что добавление КТ в раствор ФЦ приводит к агрегации последнего. Спектр по-

глощения ФЦ в комплексах с КТ (зеленая кривая на Рисунке П.1) был получен в результате вычитания вклада поглощения КТ из спектра поглощения смеси КТ-ФЦ. В спектре поглощения ФЦ в смеси с КТ отчетливо спектральные проявления агрегации ФЦ, такие, как уменьшение интенсивности полосы Соре (350 нм) и Q(I) полосы (675 нм), а также появление полосы поглощения димера при 650 нм.

Спектр поглощения агрегатов (черная кривая на Рисунке П.1) был получен в результате вычитания вклада поглощения свободного ФЦ (красная кривая) из спектра поглощения ФЦ в смеси с КТ (зеленая кривая). Спектр поглощения мономерного ФЦ (розовая кривая) с смеси был получен в как разность спектра поглощения ФЦ в смеси (зеленая кривая) и спектра поглощения агрегатов ФЦ (черная кривая).

Далее были рассчитана общая концентрация ФЦ в смеси с КТ Са и концентрация ФЦ в мономерной форме в смеси с КТ СОМ в соответствием с законом Бу-

гера-Ламберта-Бера. При расчете использовалось значение коэффициента экс-тинкции в максимуме Q(I) полосы мономерной формы ФЦ (лв (1) ) = 1 75 х 105 моль-1см2 и значения оптических плотностей в максимуме Q(I)

полосы, определенные из спектров поглощения ФЦ до добавки КТ (красная кривая) и ФЦ в мономерной форме в смеси с КТ (розовая кривая).

Концентрация молекул ФЦ в агрегированной форме в смеси с КТ САа была рассчитана из баланса массы:

САа = Са - С? (П.1)

После получения значений САа и СО в соответствие с законом Бугера-Ламберта-Бера были рассчитаны значения коэффициентов молярной экстинкции агрегатов eAa (640)и мономеров еО (640) ФЦ на длине волны 640 нм. Полученные значения приведены в Таблице п.1.

Таблица П. 1. Концентрации и коэффициенты молярной экстинкции ФЦ в мономерной и агрегированной форме в смеси с КТ.

С , цмоль/л 1.64±0.08

СМ , цмоль/л 0.45±0.018

С a , цмоль/л 1.19±0.047

sM (640), моль-1 см2 (3.167±0.13)х104

sA (640), моль-1 см2 (3.64±0.14)х104

Отношение коэффициентов экстинкции молекул ФЦ в агрегированной и мономерной формах ела jsM составило 1.15 для длины волны на длине волны 640 нм.