Аннотация результатов, полученных в 2024 году
• В данном проекте для каждого из трёх направлений работы были наработаны препаративные количества соответствующих комплексов (Pt(II), Au(I), Ir(III)), их структура и чистота были подтверждены методами ЯМР спектроскопии (1Н, 1Н–1Н COSY и NOESY ЯМР). • Была выявлена новая аллотропная модификация комплекса Pt1. Структура кристаллов новой формы подтверждена рентгеноструктурным анализом, структура внесена в базу данных Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC 2390742) доступны по ссылке www.ccdc.cam.ac.uk/structures/ • Устойчивые мицеллярные дисперсии “PtХ@блок-сополимер” (PtX = Pt1–Pt5) получены для блок-сополимеров полиэтиленгликоля в поликапролактоном (PCL-b-PEG, БС1), полибутадиеном (PBd-b-PEG, БС2) и полистиролом (PS-b-PEG, БС3). Оптимизация протокола приготовления мицелл (использование в качестве растворителя NMP вместо ДМФА) обеспечило увеличение загрузки комплексов в мицеллы. Эффективность загрузки комплексами седиментационно устойчивой фракции мицелл варьировалась от 10 до 65 % в зависимости от используемого растворителя и блок-сополимера. Динамическое рассеяние света показало, что гидродинамические радиусы (Rh) мицелл PtX@БСY не превышают 23 нм для PtX@БС1, 15 нм для PtX@БС2 и 20 нм для PtX@БС3, что лишь ненамного выше Rh «пустых» (незагруженных) мицелл. • Выводы о наличии эффекта AIPE в мицеллах для всех комплексов были сделаны на основании сравнения квантовых выходов в мицеллярных дисперсиях и молекулярно-дисперсных растворах или появлении новых батохромно сдвинутых полос эмиссии. Установлено, что комплексы Pt1, Pt2 и Pt4 обладают ярко выраженным AIPE эффектом в мицеллах на основе БС1, проявляющимся в появлении новой полосы эмиссии для данных мицелл при высокой загрузке. • Исследование влияния полимерной матрицы на проявление эффекта AIPE на примере комплексов Pt1 и Pt3 в плёнках поликапролактона (ПКЛ) и полистирола (ПС) зафиксировано появление новой полосы эмиссии у комплекса Pt1 в плёнках ПКЛ, характерной для AIPE, с максимумом ~570 нм при содержании воды в плёнке ≥ 25 об.%. В пленках из ПС с Pt1 и Pt3 эффект AIPE отсутствовал. • Статья, посвященная эффекту AIPE на системе ”PtХ@блок-сополимер” находится на рассмотрении в журнале ChemistrySelect (импакт-фактор 1,9; квартиль Q3). • Для всех новосинтезированных комплексов золота на ЯМР спектрах был обнаружен сильный сдвиг в слабое поле сигналов ЯМР протона в орто-положении к атому азота. Для комплексов с заместителями -CF3 и -GlyBoc методом РСА была установлена абсолютная структура в твёрдой фазе. Обнаружено, что в процессе синтеза комплексов происходит перегруппировка с образованием нового цикла и переход золота(III) в золото(I) с получением комплексов структурного типа [(btqz-Ph-R)Au(Cl)], где btqz - 5λ4-бензо[4,5]-тиено[2,3-a]хинолизин, а R = -CF3 и -GlyBoc. • На основе всех новосинтезированных комплексов золота(I) были получены практически не опалесцирующие, седиментационно устойчивые, стабильные во времени при хранении дисперсии мицелл. • Регистрирация спектров поглощения и эмиссии как функция загрузки мицелл комплексами показала, что комплекс [(btqz-Ph)Au(Cl)] (Au1) при загрузке в мицеллы на 5 масс.% не люминесцерует вообще, комплекс [(btqz-Ph-CF3)Au(Cl)] (Au2) люминесцирует только при загрузке в мицеллы до 10 масс.%, тогда как комплекс [(btqz-Ph-GlyBoc)Au(Cl)] (Au3) люминесцирует уже при загрузке в мицеллы до 7 масс.%. При этом люменисцентные комплексы золота(I) Au2 и Au3 демонстрируют в мицеллах ярко выраженный эффект AIPE, о чём свидетельствует сильный батохромный сдвиг полос эмиссии этих комплексов по сравнению с их эмиссией в кристаллической фазе или в разбавленном растворе. • Установлено отсутствие эффекта AIPE у комплексов Ir1 и Ir2 в мицеллярных дисперсиях. • Дополнительно были синтезированы комплексы, аналогичные Ir2, посредством замены вспомогательного лиганда O^O на N^N и уменьшения величины сопряженной ароматической системы C^N. Ir21, Ir22 синтезированы в соответствии с литературными методиками. Для ранее не опубликованного комплекса Ir23 была отработана методика синтеза, аналогичная литературным. • Исследование фотофизических свойств комплексов Ir21-Ir23 также показало отсутствие эффекта AIPE вне зависимости от структурных изменений соединений. • Система Ir1@БС1 оказалась перспективным кандидатом для дальнейшего исследования её сенсорных свойств, несмотря на отсутствие эффекта AIPE: было установлено, что система Ir1@БС1 не проявляет кросс-чувствительности к «мешающим» факторам, т.е. сохраняет времена жизни и моноэкпоненциальность кривой затухания фосфоресценции при вариациях pH (от 5,1 до 8,3), добавках до 50 об.% FBS, БСА в концентрации 42,5 мг/мл, перекиси водорода до 100 нмоль/л и при варьировании концентрации сенсора. • Для системы Ir1@БС1(2 масс.%) диаграммы Штерна-Фольмера линейны и лишь незначительно различаются при вариации при добавлении в фосфатно-солевой буфер 10 об.% сыворотки. Константы Штерна-Фольмера (KSV), составили 3,95±0,19 и 4,4±0,13 в отсутствие и в присутствии сыворотки, соответственно. • Теоретическая разрешающая способность сенсора Ir1@БС1(2 масс.%) составила величину порядка 35-40 мм рт.ст., что позволяет рассматривать его как полуколичественный сенсор на кислород. • МТТ-тесты с Pt1@БС1, Pt2@БС1, Pt4@БС1 и Ir1@БС1(2 масс.%) продемонстрировали низкую цитотоксичность на клетках CHO-K1 при концентрациях до 0,3 мг/мл (выживаемость составила > 80 %). • Конфокальная и PLIM-микроскопия показали интернализацию мицелл Ir1@БС1(2 масс.%) в клетки линий CHO-K1 и HeLa и продемонстрировали существенные различия во временах жизни в условиях нормоксии и гипоксии. Однако наблюдалось значительное увеличение вклада побочной экспоненты по сравнению с измерениями в кювете, а также смещение диапазона времен жизни в область более низких значений в нормоксии. • По результатам исследования сенсорного потенциала Ir1@БС1(2 масс.%), проведённого на данном этапе выполнения проекта, рукопись статьи готовится к подаче в журнал Macromolecules (издательство Американского химического общества, импакт-фактор 5,1; квартиль Q1).

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. За отчётный период (2025 г.) было завершено фотофизическое исследование сенсорных свойств систем IrХ@PCL-b-PEG; IrX (X = 1, 2, 21-23) – комплексы Ir(III) структурного типа [Ir(N^C)2(X^X)], где N^C и X^X (= O^O или N^N) – бидентантные циклометаллирующие и вспомогательные лиганды, соответственно. Были получены следующие значимые результаты: - Все системы IrX@PCL-b-PEG проявили высокую дисперсионную устойчивость, а гидродинамические исследования показали, что все мицеллы представляют собой нейтральные компактные частицы сферической морфологии с унимодальным и узким распределением по размерам. - Исследование спектральных характеристик систем IrX@PCL-b-PEG показало, что спектры поглощения, возбуждения и эмиссии комплексов IrX практически не изменяются при их переносе из раствора в ТГФ в капролактоновые ядра полимерных мицелл. - Исследование квантовых выходов систем IrX@PCL-b-PEG различной загрузки в аэрированном и дегазированном состоянии позволило сделать вывод об отсутствии эффекта разгорания фосфоресценции, вызванного агрегацией (эффекта AIPE) для данного семейства фосфоресцентных полимерных мицелл. - Скрининг по временам жизни люминесценции в аэрированном и дегазированном состоянии позволил выделить три наиболее перспективных кандидата для биосенсинга кислорода в дополнение к системе Ir1@PCL-b-PEG (2 масс.%), выбранной на предыдущем этапе проекта: Ir2@PCL-b-PEG (3,3 масс.%), Ir2@PCL-b-PEG (6,6 масс.%) и Ir23@PCL-b-PEG (1,5 масс.%). Все отобранные системы продемонстрировали линейный отклик на кислород в координатах Штерна-Фольмера, нечувствительность к основным мешающим факторам окружающей среды, таким, как рН, концентрация сенсора, присутствие активных форм кислорода и биомакромолекул, что демонстрирует их высокий потенциал применения в качестве биосенсоров кислорода. - Для сенсора Ir1@PCL-b-PEG(2 масс.%) методом конфокальной микроскопии была продемонстрирована его эффективная интернализация в клетках яичников китайского хомяка линии CHO-K1 и клетках карциномы шейки матки человека линии HeLa, методом колокализации сенсора с рядом трекеров органелл было обнаружено его диффузное распределение по цитоплазме с незначительной локализацией в эндолизосомальном аппарате, а методом PLIM – продемонстрирована его способность статистически достоверно различать не менее четырёх состояний оксигенации клеток по времени жизни. - Продемонстрировано, что времена жизни сенсора Ir1@PCL-b-PEG(2 масс.%) изменяются не более чем на 10 % при хранении дисперсий в течение 14 месяцев при температуре 4 °C. При этом подобное сохранение времён жизни наблюдается как для клеточных линий (CHO-K1 и HeLa), так и в кювете в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) и в PBS с добавлением 10 об. % эмбриональной телячьей сыворотки. 2. При проведении детального фотофизического исследования эффекта AIPE в системах на основе комплексов AuX (Au1 = [(btqz-Ph)Au(Cl)]; Au2 = [(btqz-Ph-CF3)Au(Cl)]; Au3 = [(btqz-Ph-GlyBoc)Au(Cl)], где btqz - 5λ4-бензо[4,5]-тиено[2,3-a]хинолизин), а также мицеллярных системах на основе блок-сополимеров PCL-b-PEG и PMMA-b-PEG (систем AuX@PCL-b-PEG и AuX@PMMA-b-PEG), были получены следующие значимые результаты: - Продемонстрирована воспроизводимость протокола синтеза комплексов Au1 - Au3. Комбинацией методов 1H, 1H–1H COSY, 1H–1H NOESY и 13C ЯМР спектроскопии, а также масс-спектрометрии с высоким разрешением были установлены структуры полученных комплексов. Также получена и проанализирована методом РСА ранее не исследованная кристаллическая структура комплекса Au1. - Исследование спектральных свойств комплексов Au1–Au3 в твёрдой фазе и в растворе тетрагидрофурана (ТГФ) при 20 °C показало, что в твёрдой фазе все комплексы ярко люминесцентны и демонстрируют две основные компоненты эмиссии (флуоресценция лиганда и фосфоресценция комплекса), тогда как в растворе ТГФ Au1 и Au2 излучают слабо, а Au3 практически не люминесцирует. Однако добавление воды к растворам Au2 и Au3 в ТГФ приводит к возникновению и усилению люминесценции, что свидетельствует о проявлении эффекта AIPE: для обоих комплексов при увеличении доли воды разгорается новая полоса эмиссии в области от 640 до 690 нм, параллельно в их спектрах поглощения наблюдаются изменения интенсивности и небольшие батохромные сдвиги в области 350–425 нм, указывающие на образование в смесях ТГФ/вода наноразмерных агрегатов гидрофобных комплексов. - Исследование спектральных свойств мицеллярных дисперсий Au1–Au3@PCL-b-PEG и Au1–Au3@PMMA-b-PEG позволило выявить в спектрах поглощения мицелл Au2@PCL-b-PEG и Au3@PCL-b-PEG дополнительную полосу около 540 нм, указывающую на формирование агрегатов комплексов Au(I) в гидрофобном ядре мицелл. Более того, из спектров эмиссии удалось установить, что для комплексов Au1 и Au2 их включение в мицеллы приводит к усилению излучения за счёт образования новых полос эмиссии, а для Au3 – к возникновению интенсивной эмиссии, включая ближнюю ИК-область при 10 масс.% загрузки в системе Au3@PMMA-b-PEG (λmax.em до 710–782 нм), что свидетельствует о реализации искомого эффекта AIPE в мицеллярной матрице. - Измерения квантовых выходов (QY) систем AuX@PCL-b-PEG показали, что такие системы характеризуются низкими QY (< 1%) и практически не реагируют на дегазацию. Напротив, системы AuX@PMMA-b-PEG демонстрируют существенно более высокие значения QY и заметный рост квантового выхода при удалении O2 (увеличение в 1,4–2,5 раза). Таким образом, мицеллы PMMA-b-PEG обеспечивают более эффективную по сравнению с PCL-b-PEG реализацию эффекта AIPE для комплексов Au1–Au3. Это позволяет варьировать спектральные и сенсорные характеристики путём подбора полимерной матрицы и степени загрузки комплекса в мицеллы. По результатам первого и второго этапов были опубликованы две статьи: Zharskaia, N. A. et al. ChemistrySelect, 2025, 10, 2, e202405683, 8 p.p. DOI: https://doi.org/10.1002/slct.202405683 Elistratova, A. A. et al. Journal of Polymer Science., 2025, принята в печать. DOI: https://doi.org/10.1002/pol.20250859