Исполнители:

1. Томилин Ф.Н. — доцент кафедры органической и аналитической химии, Институт цветных металлов
2. Герасимова М.А. — ст. преподаватель кафедры общей физики
3. Суржикова Д.П. — аспирант ИИФиРЭ
4. Рогова А.В. — аспирант ИЦМиМ
5. Слюсаренко Н.В. — доцент кафедры общей физики
6. Хименко Е.В. — аспирант ИИФиРЭ

Ключевые слова:
Флуоресцеин, флуоресцеиновый краситель, эозин Y, фотоиндуцированный перенос протона, флуоресценция, теория функционала плотности, константа диссоциации, возбужденное состояние, стационарная флуоресцентная спектроскопия, время-разрешенная флуоресцентная спектроскопия, время жизни, поглощение, цикл Фёрстера, квантовый выход.

Краткая аннотация:
Научный и практический интерес к флуоресцеиновым красителям с годами только растет из-за новых возможных применений благодаря их спектральным и фотофизическим свойствам. В отличие от хорошо изученных спектров поглощения ряда ионных форм флуоресцеиновых красителей сложная структура спектров флуоресценции в широком диапазоне рН еще не полностью понятна из-за конкуренции между быстрыми процессами испускания и фотоиндуцированного переноса протона. Мы обеспечиваем понимание вклада этих двух процессов в динамику возбужденного состояния посредством комбинированного анализа результатов расчетов с помощью зависящей от времени теории функционала плотности (TD-DFT) и экспериментальных данных (при рН 0,5-12), полученных методами стационарной и время-разрешенной флуоресцентной спектроскопии.

Описание:
Молекулы органического красителя флуоресцеина при направлении на них луча света испускают яркое зеленоватое свечение, которое легко увидеть в микроскоп, поэтому их используют в качестве «светящихся агентов» для исследований живых биологических систем. В ходе эксперимента выявились свойства красителя, которые позволят создать на его основе высокочувствительный молекулярный сенсор. При диагностике заболеваний пищеварительного тракта его можно будет вводить в организм для точного измерения уровня кислотности среды. Измерения кислотности могут также применяться в ранней диагностике рака и болезни Альцгеймера.
С помощью различных методов спектроскопии и математических расчетов были проанализированы процессы, протекающие в течение нескольких наносекунд между тем, когда молекула органического красителя поглощает направленный на нее свет и моментом начала свечения. Лежащий в их основе механизм называется фотоиндуцированным переносом протона в возбужденном состоянии. Полученные данные позволили продвинуться в понимании механизмов, на основе которых может быть создан уникальный сенсор.

Результаты:
Основной фундаментальный результат состоит в том, что решен вопрос о количестве флуоресцирующих состояний флуоресцеина и эозина (дианионная, моноанионная, хиноидная нейтральная, катионная), определены их контуры испускания и квантовые выходы, выявлены различия в направлении и эффективности фотоиндуцированного переноса протона, связанные с галогензамещением в структуре хромофора. Прикладной результат заключается в оценке эффективности использования флуоресцеина в качестве флуоресцентной тест-системы на протондонорные или протон-акцепторные добавки при физиологических внутриклеточных диапазонах pH.

Публикации по проекту:

1. Суржикова, Д.П. Фотоиндуцированный перенос протона в водных растворах флуоресцеина: направление 16.04.01 «Техническая физика»: магистрерская диссертация / Суржикова Дарья Павловна ; Сибирский федеральный университет. – Красноярск, 2021. – 41 с.
2. D. Surzhikova, M. Gerasimova, V. Tretyakova, A. Plotnikov, E. Slyusareva / Emission properties of fluorescein in strongly acidic solutions // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. – 2021. – Vol. 413 – №. 113233.
3. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ: Программа расчета протолитического равновесия органического красителя с трехступенчатой диссоциацией в основном и возбужденном состояниях Д.П. Суржикова, Е.А. Слюсарева, А.С. Ципотан, А.В. Шамшурин №2021616577, от 23.04.2021
4. Изучение быстрых процессов в возбужденном состоянии красителя методом стационарной флуоресценции Д.П. Суржикова, Е.А. Слюсарева В кн: «Проспект Свободный – 2021 Материалы XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Красноярск, 19–24 апреля 2021 г.». С. 1684–1686
5. Исследование люминесцентных свойств ксантеновых красителей в комплексе с хитозаном А.В. Рогова, Ф.Н. Томилин, М.А. Герасимова, Е.А. Слюсарева В кн: «Материалы XVIII молодежной конференции с международным участием по люминесценции и лазерной физике Иркутск, Россия, 5–10 июля 2021 г.». С. 113.
6. Связывание иодзамещенного флуоресцеина с катионным полимером М.А. Малаховский, Н.В. Слюсаренко, М.А. Герасимова, Е.А. Слюсарева В кн: «Материалы XVIII молодежной конференции с международным участием по люминесценции и лазерной физике Иркутск, Россия, 5–10 июля 2021 г.». С. 91.
7. Theoretical and experimental studies of the optical properties of organic materials with a high luminescence yield used in biomedical applications F.N. Tomilin, A.V. Rogova, M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva В кн: «AMPL-2021 Pulsed lasers and laser applications 12–17 сентября 2021 Tomsk, Russia. Abstracts. 2021». С. 125.
8. Steady state and time resolved fluorescence study of excited state proton transfer in fluorescein M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva В кн: «AMPL-2021 Pulsed lasers and laser applications 12–17 сентября 2021 Tomsk, Russia. Abstracts. 2021». С. 61.
9. Photo induced proton transfer of fluorescein and its biosensor application E.A. Slyusareva В кн: «AMPL-2021 Pulsed lasers and laser applications 12–17 сентября 2021 Tomsk, Russia. Abstracts. 2021». С. 59.
10. Effect of proton transfer in the emission of fluorescein in the physiological ph range D.P. Surzhikova, M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva В кн: «AMPL-2021 Pulsed lasers and laser applications 12–17 сентября 2021 Tomsk, Russia. Abstracts. 2021». С. 15.
11. Quantum chemical study of the spectral characteristics of fluorescein dyes combined with chitosan A.V. Rogova, F.N. Tomilin, M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva В кн: «AMPL-2021 Pulsed lasers and laser applications 12–17 сентября 2021 Tomsk, Russia. Abstracts. 2021». С. 12.
12. A.V Rogova, F.N. Tomilin, M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva / Modeling of Electronic Spectra of Ionic Forms of Eosin and Erythrosin // Russ. Phys. J. – 2020. – Vol. 63, Is. 8 – P. 1417-1423.
13. Влияние pH на электронные спектры флуоресцеиновых красителей в водных растворах А.В. Рогова, Ф.Н. Томилин, М.А. Герасимова, Е.А. Слюсарева Тезисы докладов первой всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская фотоника – 2020», 2020, С. 132-133.
14. Спектральные свойства биоконъюгатов на основе арабиногалактана и родаминовых красителей Е.В. Хименко, Н.В. Слюсаренко, Н.Ю. Васильева, Е.А. Слюсарева В кн: Тезисы докладов первой всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская фотоника – 2020», 2020, С. 146-147.
15. Спектральные свойства связанных с биополимером родаминовых красителей Е.В. Хименко, Е.А. Слюсарева В кн: МНСК-2020 Физические методы в естественных науках и материаловедении. Материалы 58-ой Международной научной студенческой конференции 10-13 апреля 2020г., 2020, С. 102.
16. Влияние ионного состояния на электронные спектры галогензамещенных производных флуоресцеина А.В. Рогова, Ф.Н. Томилин В кн: МНСК-2020 Физические методы в естественных науках и материаловедении. Материалы 58-ой Международной научной студенческой конференции 10-13 апреля 2020г., 2020, С. 93.
17. Реакции с участием возбужденных состояний флуоресцеиновых красителей : монография / Е. А. Слюсарева. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 170 c.
18. Спектральные и кислотно-основные характеристики ионных форм флуоресцеина в возбужденном состоянии Д.П. Суржикова, В.И. Третьякова, М.А. Герасимова, Е.А. Слюсарева В кн: Тезисы докладов первой всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская фотоника – 2020», 2020, С. 142-143
19. Влияние фотоиндуцированного переноса протона на pH сенсорные свойства флуоресцеина Е.А. Слюсарева Д.П. Суржикова, В.И. Третьякова, М.А. Герасимова В кн: Тезисы докладов первой всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская фотоника – 2020», 2020, С. 138-139.
20. Испускание флуоресцеина в экстремально кислых средах Д.П. Суржикова, Е.А. Слюсарева В кн: МНСК-2020 Физические методы в естественных науках и материаловедении. Материалы 58-й Международной научной студенческой конференции 10-13 апреля 2020г., 2020, С. 100
21. Gerasimova, M.A. Fluorescence and photoinduced proton transfer in the protolytic forms of fluorescein: Experimental and computational study / M.A. Gerasimova, F.N. Tomilin, E.Yu. Malyar, S.A. Varganov, D.G. Fedorov, S.G. Ovchinnikov, E.A. Slyusareva // Dyes and Pygm. –2020. – V. 173. – P. 107851.
22. Tomilin F.N. Solvent effect in the theoretical absorption and emission spectra of fluorescein dyes / A.V. Rogova, E.V. Kaufman, A.S. Drevolsky, M.A. Gerasimova, E.A. Slyusareva // Proc. SPIE – 2019. – V. 11322 – P. 113220O-1-113220O-6
23. Метод синхронного сканирования в диагностике флуоресцирующих состояний протолитических форм флуоресцеина Суржикова Д.П., Герасимова М.А., Слюсарева Е.А. В кн.: Сборник тезисов, материалы Двадцать пятой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-25, Крым), г. Симферополь, 19-26 апреля 2019. С.254-255
24. Время разрешенная спектроскопия для разделения сложных составных спектров флуоресценции. Лащук О.О., Герасимова М.А., Слюсарева Е.А. В кн.: Материалы Юбилейной международной молодежной конференции по люминесценции и лазерной физике, посвященной 50-летию первой школы по люминесценции в Иркутске, г. Иркутск, 1-6 июля, 2019. С. 49.
25. Экспериментальные методы изучения многокомпонентных флуоресцирующих систем. Слюсарева Е.А., Герасимова М.А. В кн.: Материалы Юбилейной международной молодежной конференции по люминесценции и лазерной физике, посвященной 50-летию первой школы по люминесценции в Иркутске, г. Иркутск, 1-6 июля, 2019. С. 89.
26. Solvent effect in the theoretical absorption and emission spectra of fluorescein dyes. Rogova A.V., Artyushenko P.V., Shchugoreva I.A., Gryaznova A.A., Gerasimova M.A., Slyusareva E.A., Tomilin F.N. В кн. XIV International conference AMPL – 2019 Pulsed lasers and laser applications, г. Томск, 15-20 сентября, 2019. С. 58.
27. Synchronous scanning of fluorescent ionic forms of fluorescein. Surzhikova D.P., Gerasimova M.A., Slyusareva E.A. В кн. XIV International conference AMPL – 2019 Pulsed lasers and laser applications, г. Томск, 15-20 сентября, 2019. С. 65

 
Гранты:

1. Грант Российского фонда фундаментальных исследований: «Роль фотоиндуцированного переноса протона в природе релаксации возбужденного состояния флуоресцеиновых красителей», № 19-02-00450, 2019-2021 гг.