2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus. 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus. 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace"

Bedřich Růžička
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 1. Úvod (proč jsou důled ležité) 2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus 3. Fotodynamická terapie 4. Spontánní aggregace 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace Porfyriny zabudové v polymerních nanovláknech a anorganických hybridních materiálech (Dr. K. Lang)

2 Porfyrinový kruh Velikost cca 1 nm Tetraphenylporfyrin Metalloporfyrin M M Safyrin Texafyrin The Porphyrin andbook (20-Volume Set) by Karl Kadish, Kevin M. Smith, and Roger Guilard Academic Press

3 Absorpce záření molekulami porfyrinu Využití absorbované energie k dalším procesům UV C UV B UV A Blízká IČ nm ozon proteiny ukleové kyseliny Absorpční spektrum porfyrinu Terčová struktura Přenos elektronu Radikálová reakce S 2 S 1 Intersystem crossing T 1 Fluorescence Tripletní stavy S 0 Singletní stavy porfyrinu Mechanismus 1. typu

spektrum porfyrinu Terčová struktura Přenos elektronu Radikálová reakce S 2 S 1

4 Terčová struktura Oxidace Singletn Singletní kyslík b 1 Σ g nm T nm Tripletní stavy porfyrinu 1270 nm a 1 g X 3 Σ g - Mechanismus 2. typu enasycené lipidy - buněčné membrány, cholesterol R R ene addition OO O e ne a d d itio n O O O 5 - α h y d r o p e r o x i d e Proteiny a. tryptofan, histidin, tyrosin b. Methionin, cystein C C 2 R COR cycloaddition C C 2 O R O COR MeS - C 2 - C - C - COR 2 R MeSO - C - C - C - COR 2 2 R C 2 CO CO C R COR O ukleové kyseliny - guanin 2 - CO O O O

typu enasycené lipidy - buněčné membrány, cholesterol R R ene addition OO O e ne a d d itio n O O O 5 - α h y d r o p e r o x

5 Fe + = COO COO ematoporfyrin Meyer-Betz (1903)

6 Auler/Banzer V tumorech je zvýšená koncentrace porfyrinů Lipson Porfyriny se přednostnostně akumulují v tumorech Dougherty pd-pdt na kočce Kennedy ALA-PDT kožních tumorů Selektivní akumulace léku (porfyrinu) v nádoru Ozáření zářením vhodné vlnové délky Chemické a biologické změny ádor ekróza (apoptóza)

1990 - Kennedy ALA-PDT kožních tumorů Selektivní akumulace léku (porfyrinu) v

7 Before PDT 10 days after PDT 3.5 years total recovery 1 months after PDT ormal AMD PDT Visudyne CZK/1 dávka $500 million/rok

8 S 2 S 1 S 0 20 mm Bronchoskopie Dvě fluorescenčně pozitivní ložiska v průduškách (CIS a M )

9 τ f < 10 ns, Φ f < 0.1 τ T < 2 ms Φ T < 0.7 S 2 T 2 S 1 T 1 τ = 3 µs µ ( 2 O) = 50 µs (D 2 O) = 3 ms (CCl 4 ) Φ < 0.6 a 1 g S 0 Porfyrin X 3 Σ g - Singletní kyslík Design a syntéza Měření fyzikálně-chemických vlastností spektra Výběr podle fotofyzikálních vlastností absorpce v červené oblasti vysoké hodnoty kvantových výtěžků Biologické experimenty na buněčných kulturách toxicita Experimenty na laboratorních zvířatech nežádoucí účinky Klinické zkoušky Fáze I II III

podle fotofyzikálních vlastností absorpce v červené oblasti vysoké hodnoty kvantových výtěžků Biologické experimenty

10 Je doplňková metoda pro terapii nádorů Výhody v porovnání se standardními metodami Umožňuje diagnostiku (intenzivní červená fluorescence) Chemoterapie a ozařování - menší vedlejší účinky Chirurgické odstranění - šetrná k okolní tkáni (bez jizev) evýhody Pouze lokální účinek evhodné pro léčbu velkých nádorů a nádorů na nepřístupných místech Složité přístroje a jejich složitá obsluha (barvivový laser lampy pro dermatologii, diodové lasery)

šetrná k okolní tkáni (bez jizev) evýhody Pouze lokální účinek evhodné pro léčbu velkých nádorů a nádorů na

11 α -dimer α J-dimer Interakce 2 exciton dipól M ν 3 r 2 (1 3cos α) Kasha, 1964 ν M r 3 2 (1 3 cos 2 a) SO 3 O 3 S SO 3 SO 3 Delokalizovaný exciton

12 průměr nm 20 nm tloušťka stěny Vznikají agregací opačně nabitých porfyrinů -Absorbují viditelné světlo -Fotokatalytické vlastnosti -orší mechanické vlastnosti Základ funkčních (nano)přístrojů? Sandia Laboratory, 2004 Sandia Laboratory, 2005

-Fotokatalytické vlastnosti -orší mechanické vlastnosti

13 Kovalentní vazba (400 kj.mol -1 ) Iont-iont (250 kj.mol -1 ) Vodíková vazba (15 kj.mol -1 ) Komplikovaná syntéza větších struktur Iont-dipól (15 kj.mol -1 ) Van der Walls (5 kj.mol -1 ) Samoorganizace po smísení dvou složek

14 n světlo O + O 3 S e - e - Intensity (a.u.) e nm Fotoindukovaný přenos elektronu Přenos elektronu Fotoexcitace Rekombinace Donor Akceptor (Gratzelovy) solární články

15 Přenos elektronu (protonu) Časová škála: ps fs ns,, ps µs, ms S 1 ns,, ps T 1 µs a 1 g S 0 Porfyrin X 3 Σ g - Singletní kyslík

16 Medicína a biologie Včasná diagnostika (pre)karcinomů in situ Fotodynamická terapie specielních typů karcinomů (malé vedlejší účinky, kosmetický efekt) Antibakteriální a antivirální materiály Materiálový výzkum anoelektronika Zelená chemie (umělá fotosyntéza) Energetika Solární články, výroba vodíku, (malá účinnost, malá stabilita soft materiály) Děkuji za pozornost!

antivirální materiály Materiálový výzkum anoelektronika Zelená chemie (umělá fotosyntéza)

17 R R R Porfyrinový kruh zajistí akumulaci v karcinomu R 1. Fotodynamická terapie ničení buněk pomocí 1 O 2 2. eutronová terapie- záchyt n atomem 10 B a generace γ záření O O = B O Co 3. Ozařování X-ray nebo γ paprsky absorpce záření těžkým kovem = B =C Přirozený nosič polárních molekul v krvi Zajišťuje transport k cílové struktuře Tumor p= 6.9 Zdravá tkáň p= 7.4 vazba Zdravá tkáň Tumor SO 3 SO 3 PO 3 PO pk a =1 pk a =7

eutronová terapie- záchyt n atomem 10 B a generace γ záření O O = B O Co 3.

18 Singlet oxygen Superoxide radical anion Peroxyl radical Lipid (L) L O 2 Superoxide dismutase O 2 O aber-weiss reaction; Fenton reaction Fe 2+ lipid radical UV light heme Fe CoQ 1 O O 2 2 O, + LOO lipid peroxyl radical O 2 ADP or CoQ O OO Reactive species Antioxidant Singlet oxygen 1 O 2 vitamin A, vitamin E Superoxide radical O 2 - ydrogen peroxide 2 O 2 Peroxyl radical ROO Lipid peroxyl radical LOO ydroxyl radical O superoxide dismutase, vitamin C catalase, glutathione peroxidase vitamin C, vitamin E vitamin E vitamin C

species Antioxidant Singlet oxygen 1 O 2 vitamin A, vitamin E Superoxide radical O 2 - ydrogen peroxide 2 O 2 Peroxyl radical ROO

19 Generation Molecular Weight Measured Diameter (A) Surface Groups Price EURO/5g avažme porfyrin a získejme Kyslíkové koule! SO 3 O 3 S SO 3 p = 1 1x1 µm SO 3 lll

6 58048 67 256 7 116493 81 512 8 233383 97 1024 9 467162 114 2048 avažme porfyrin a

20 Struktury DA C 3 Interkalace mezi GC, povrchová vazba na AT Stabilizace některých n struktur (quadruplex( quadruplex) Tvorba chiralnich struktur (duplex)

Podobné dokumenty

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH VII. Spektroskopie a fotochemie Karel Berka Univerzita Palackého v Olomouci Katedra Fyzikální chemie karel.berka@upol.cz Spektroskopie Analýza světla Excitované Absorbované