Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 11 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Development of the method and the stand for express studies of two-photon porphyrins luminescence

I.P. Shilov1, G.L. Danielyan2

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Prokhorov General Physics Institute RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.11.38 UDC 577:61 EDN CTVVYJ

Abstract

The results of developing the method and the small-sized stand for express studies of two-photon luminescence of porphyrins are presented. The stand includes a semiconductor laser with a wavelength of 810 nm for excitation of two-photon luminescence (TPL) of porphyrins in the spectral range of 600-750 nm. The intensity of the light wave in the cuvette with a porphyrin solution (~1 ml) reached values of 106 W/cm2. A small-sized FSD-10 type minispectrometer with maximum sensitivity in the spectral range of 500-800 nm was used to receive a small TPL signal. The stand was tested in studying the TPL spectrum of 2,4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX. The developed stand can be used to carry out quite a lot of qualitative express studies of porphyrin samples TPL to evaluate the application of porphyrins in biomedical photonics processes. Comparative assessments of porphyrins TPL spectra before and after various modifications of their structure are carried out in order to select the optimal option for further porphyrin use in various tasks of biomedical photonics, including photodynamic therapy and photodiagnostics.

  • 2,4-di(α-methoxyethyl)deuteroporphyrin IX
  • two-photon absorption
  • photodynamic therapy
  • two-photon luminescence
  • photodiagnostics
Аннотация (на русском)

Разработка методики и стенда для экспресс-исследований двухфотонной люминесценции порфиринов

Представлены результаты разработки методики и малогабаритного стенда для экспресс-исследований двухфотонной люминесценции порфиринов. В состав стенда вошел полупроводниковый лазер на длине волны 810 нм для возбуждения двухфотонной люминесценции (ДФЛ) порфиринов в спектральном диапазоне 600-750 нм. При этом интенсивность световой волны в кювете с раствором порфирина (~1 мл) достигала значений 106 Вт/см2. Для приема малого сигнала ДФЛ использовался малогабаритный миниспектрометр типа FSD-10 с максимальной чувствительностью в спектральном диапазоне 500-800 нм. Проведена апробация стенда при исследовании спектра ДФЛ 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX. Разработанный стенд обеспечивает проведение достаточно многочисленных экспресс-исследований ДФЛ образцов порфиринов чисто качественного порядка для оценки их применения в процессах биомедицинской фотоники. При этом осуществляются сравнительные оценки спектров ДФЛ порфиринов до и после проведения различных модификаций их структуры, с целью выбора оптимального варианта для дальнейшего использования порфирина в различных задачах биомедицинской фотоники, включая фотодинамическую терапию и фотодиагностику.

For citation

Shilov I.P., Danielyan G.L. Development of the method and the stand for express studies of two-photon porphyrins luminescence // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.38

References

  1. Ivanov A. V. et al. Luminescence diagnostics of malignant tumors in the IR spectral range using Yb-porphyrin metallocomplexes //Laser Physics. - 2010. - Т. 20. - №. 12. - С. 2056-2065. https://doi.org/10.1134/s1054660x10220032
  2. Karotki A. et al. Efficient singlet oxygen generation upon two-photon excitation of new porphyrin with enhanced nonlinear absorption //IEEE Journal of selected topics in quantum electronics. - 2001. - Т. 7. - №. 6. - С. 971-975. https://doi.org/10.1109/2944.983301
  3. Бредихин В. И., Галанин М. Д., Генкин В. Н. Двухфотонное поглощение и спектроскопия //Успехи физических наук. - 1973. - Т. 110. - №. 5. - С. 3-43. https://doi.org/10.3367/UFNr.0110.197305a.0003
  4. Drobizhev M. et al. Two-photon absorption properties of fluorescent proteins //Nature methods. - 2011. - Т. 8. - №. 5. - С. 393-399. https://doi.org/10.1038/nmeth.1596
  5. Goyan R. L., Cramb D. T. Near-Infrared Two-Photon Excitation of Protoporphyrin IX: Photodynamics and Photoproduct Generation //Photochemistry and Photobiology. - 2000. - Т. 72. - №. 6. - С. 821-827. https://doi.org/10.1562/0031-8655(2000)0720821NITPEO2.0.CO2
  6. Ивановская Н. П. и др. Композитные наночастицы на основе лексанполимерной матрицы, иттербиевых комплексов порфиринов и оксида железа для БИК-люминесцентной диагностики и тераностики новообразований //Российские нанотехнологии. - 2019. - Т. 14. - №. 5-6. - С. 82-90. https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-5-6-82-90
  7. Kruk M. et al. Two-photon absorption of tetraphenylporphin free base //Journal of luminescence. - 2003. - Т. 105. - №. 1. - С. 45-55. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(03)00096-6
  8. Шилов И. П. и др. Малогабаритное устройство для экспресс-исследований спектрально-люминесцентных свойств металлокомплексов порфиринов //Журнал радиоэлектроники. - 2019. - №. 7. - С. 10-10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.4
  9. Dichtel W. R. et al. Singlet oxygen generation via two-photon excited FRET //Journal of the American Chemical Society. - 2004. - Т. 126. - №. 17. - С. 5380-5381. https://doi.org/10.1021/ja031647x