Фотохимическое тушение флуоресценции хромофоров Tagetes patula в присутствии ионов иттербия при насыщении кислородом

Артамонов Д.А., Цибульникова А.В., Землякова Е.С., Слежкин В.А., Кострина А.А., Самусев И.Г., Брюханов В.В.

Ссылка для цитирования:

Артамонов Д.А., Цибульникова А.В., Землякова Е.С., Слежкин В.А., Кострина А.А., Самусев И.Г., Брюханов В.В. Фотохимическое тушение флуоресценции хромофоров Tagetes patula в присутствии ионов иттербия при насыщении кислородом // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 12. С. 104–115. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-12-104-115

Artamonov D.A., Tsibulnikova A.V., Zemlyakova E.S., Slezhkin V.A., Kostrina A.A., Samusev I.G., Bryukhanov V.V. Photochemical quenching of Tagetes patula chromophore fluorescence in the presence of ytterbium ions upon oxygen saturation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 12. P. 104–115. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-12-104-115

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Фотофизические и фотохимические процессы в этанольных экстрактах Tagetes patula, содержащих лютеин, при насыщении молекулярным кислородом и в присутствии ионов иттербия. Цель работы. Установление влияния молекулярного кислорода и ионов иттербия на фотостабильность и деградацию лютеина, а также определение механизма тушения его флуоресценции. Метод. Изменения оптических свойств экстрактов исследовали методами спектроскопии поглощения, стационарной флуоресценции и измерения времени жизни люминесценции. Для количественной интерпретации использовали модель сферы действия статического тушения. Основные результаты. Насыщение кислородом приводит к снижению оптической плотности в видимой области, что свидетельствует о фотохимическом разрушении сопряжённой системы лютеина. Введение ионов иттербия усиливает статическое тушение: рассчитанная константа возрастает почти в восемь раз, а эффективный радиус взаимодействия приблизительно удваивается. Одновременно комплекс с ионами иттербия сохраняет более длительное время жизни люминесценции после насыщения кислородом по сравнению с исходным экстрактом. Научная новизна заключается в количественном описании совместного влияния кислорода и ионов иттербия на природный многокомпонентный хромофор. Практическая значимость. Результаты могут быть использованы при разработке оптических сенсоров кислорода и фотостабильных материалов на основе биосовместимых растительных соединений.

Ключевые слова:

Tagetes patula, лютеин, фотохимическое тушение, ионы иттербия, насыщение кислородом, эффект тяжёлого атома, модель сферы действия, статическое тушение, спектры поглощения, люминесценция

Благодарность:

работа выполнена в рамках проекта, поддержанного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации № FZWM-2020-0003, и программы «Приоритет-2030»

Коды OCIS: 300.0300, 260.2160

Список источников:

1. Zbyradowski M., Duda M., Wisniewska-Becker A. et al. Triplet-driven chemical reactivity of β-carotene and its biological implications // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 2474. DOI: 10.1038/s41467-022-30095-z
2. Olmedilla-Alonso B., Granado-Lorencio F., Castro-Feito J., Herrero-Barbudo C., Blanco-Navarro I., EstévezSantiago R. Bioavailability of lutein from marigold flowers (Free vs. Ester Forms): A randomised crossover study to assess serum response and visual contrast threshold in adults // Nutrients. 2024. V. 16. P. 1415. DOI: 10.3390/nu16101415
3. Wang Y., Lin Y., He S., Wu S., Yang C. Singlet oxygen: Properties, generation, detection, and environmental applications // J. Hazard. Mater. 2024. V. 461. P. 132538.DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.132538
4. Zhao Y., Zhang H., Jin Q., Jia D., Liu T. Ratiometric optical fiber dissolved oxygen sensor based on fluorescence quenching principle // Sensors. 2022. V. 22. P. 4811. OI: 10.3390/s22134811
5. Eliseeva S.V., Bünzli J.-C.G. Lanthanide luminescence for functional materials and bio-sciences // Chem. Soc. Rev. 2010. V. 39. № 1. P. 189–227. DOI: 10.1039/B905604C
6. Lakowicz J.R. Principles of fluorescence spectroscopy. 3rd ed. New York: Springer, 2006. 954 p.
7. Tsibulnikova A., Zemlyakova E., Artamonov D., Slezhkin V., Skrypnik L., Samusev I., Zyubin A., Khankaev A., Bryukhanov V., Lyatun I. Photonics of Viburnum opulus L. extracts in microemulsions with oxygen and gold nanoparticles // Chemosensors. 2022. V. 10. № 4. P. 130. DOI: 10.3390/chemosensors10040130
8. Taniguchi M., LaRocca C.A., Bernat J.D., Lindsey J.S. Digital database of absorption spectra of diverse flavonoids enables structural comparisons and quantitative evaluations // J. Nat. Prod. 2023. V. 86. № 4. P. 1087–1119. DOI: 10.1021/acs.jnatprod.2c00720
9. Mares J.A. Lutein and zeaxanthin isomers in eye health and disease // Annu. Rev. Nutr. 2016. V. 36. P. 571–602. DOI: 10.1146/annurev-nutr-071715-051110
10. Hadden W.L., Watkins R.H., Levy L.W., Regalado E. Carotenoid composition of marigold (Tagetes erecta) flower extract used as nutritional supplement // J. Agric. Food Chem. 1999. V. 47. № 10. P. 4189-4194. DOI:10.1021/jf990096k
11. Ramel F., Birtic S., Cuiné S., Triantaphylidès C., Ravanat J.-L., Havaux M. Chemical quenching of singlet oxygen by carotenoids in plants // Plant Physiol. 2012. V. 158. № 3. P. 1267–1278. DOI: 10.1104/pp.111.182394
12. Pavelková P., Krmela A., Schulzová V. Determination of carotenoids in flowers and food supplements by HPLC-DAD // Acta Chim. Slovaca. 2020. V. 13. № 1. P. 6–12. DOI: 10.2478/acs-2020-0002
13. Nagy V., Agócs A., Balázs V.L., Purger D., Filep R., Sandor V., Turcsi E., Gulyás-Fekete G., Deli J. Lutein isomers: Preparation, separation, structure elucidation, and occurrence in 20 medicinal plants // Molecules. 2023. V. 28. № 3. P. 1187. DOI: 10.3390/molecules28031187

14. Semitsoglou-Tsiapou S., Meador T.B., Peng B., Aluwihare L. Photochemical (UV-vis/H2O2) degradation of carotenoids: Kinetics and molecular end products // Chemosphere. 2022. V. 286. P. 131697. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131697
15. Цибульникова А.В., Землякова Е.С., Слежкин В.А., Самусев И.Г., Лятун И.И., Артамонов Д.А., Зюбин А.Ю., Брюханов В.В. Фотофизика генерации синглетного кислорода в плёнках хитозана с экстрактом плодов калины (Viburnum opulus L.) под влиянием плазмонов на модифицированной поверхности титана // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 5. С. 72–84. DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-05-72-84
Tsibulnikova A.V., Zemlyakova E.S., Slezhkin V.A., Samusev I.G., Lyatun I.I., Artamonov D.A., Zyubin A.Y., Bryukhanov V.V. Photophysics of singlet oxygen generation in chitosan films with viburnum fruit extract (Viburnum opulus L.) under the influence of plasmons on a modified titanium surface // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 5. P. 334–341. DOI: 10.1364/JOT.91.000334
16. Koushan K., Rusovici R., Li W., Ferguson L.R., Chalam K.V. The role of lutein in eye-related disease // Nutrients. 2013. V. 5. P. 1823–1839. DOI: 10.3390/nu5051823
17. Lakowicz J.R., Weber G. Quenching of fluorescence by oxygen. A probe for structural fluctuations in macromolecules // Biochemistry. 1973. V. 12. № 21. P. 4161–4170. DOI: 10.1021/bi00745a020
18. Castanho M.A.R.B., Prieto M.J.E. Fluorescence quenching data interpretation in biological systems: The use of microscopic models for data analysis and interpretation of complex systems // Biochim. Biophys. Acta. 1998. V. 1373. № 1. P. 1–16. DOI: 10.1016/S0005-2736(98)00081-9
19. Berberan-Santos M.N. External heavy-atom effect on fluorescence kinetics // PhysChemComm. 2000. V. 3. P. 18. DOI: 10.1039/B002307H