Monomer/dimer dependent modulation of reduction of the cationic dye methylene blue in negatively charged nanolayers as revealed by mass spectrometry

Abstract

The possibility to control the reduction rate of redox-active dyes incorporated into nanostructures is of interest for nanotechnology and biomedicine. We propose a novel mass spectrometric approach to study the aggregation-dependent modulation of cationic dye methylene blue (MB) reduction in the case of its inclusion into negatively charged nanolayers, which is based on detecting the difference in the redox activity of monomers and dimers of the MB cation (Cat + ). A regular reproducible recording of either intact Cat + in the case of MB present in its monomeric form, or one-and two-electron reduction products [Cat + H] + c and [Cat + 2H] + in the case of MB dimer formation, is observed for three different anionic nanostructures with varied content of MB, tested by three mass spectrometric methods: (1) an anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) monolayer with adsorbed MB cations at the liquid-gas interface, probed by fast atom bombardment; (2) dried shells of soap bubbles blown from an SDS and MB aqueous solution, tested by laser desorption/ionization; (3) a nanotextured surface of porous silicon modified by -SO 3 À groups with adsorbed MB cations, studied by a desorption/ionization on silicon technique. The requirement for MB cations to be in the form of dimers or higher aggregates for reduction to be observed under mass spectrometric conditions is justified for the listed systems, where only another MB cation can serve as a source of the electrons and protons (or hydrogen radical Hc) necessary for reduction reaction. The proposed method can be applied to mass spectrometric imaging of stained biological materials, supplying information not only about the localization, but also the MB aggregation state as well.

Biophysical investigations of molecular mechanisms of action of chemotherapeutic agents. 2. Antimicrobial and antimalarial agents (Review)

“…Эти типы частиц распыляются из поверхностного слоя в условиях ББА/жВИМС, причем в режиме положительных ионов в масс-спектрах регистрируются органические катионы, а стабильные отрицательно заряженные комплексы молекул матрицы с анионом отсутствуют. Данный результат вносит вклад в развитие фундаментальных основ масс-спектрометрии, а предложенная модель была использована далее для интерпретации масс-спектров смесей ПАВ и биологически активных красителей [23].…”

“…Используя метод оценки редокс-активности красителей на основе характерных изменений в масс-спектрах, разработанный нами ранее [49][50] и описанный в первой части этого обзора [3], были выявлены различия в редоксактивности МВ, адсорбированного на модельных отрицательно заряженных монослоях SDS, моделирующих отрицательно заряженные биомембраны (рис. 6) [23].…”

“…6. Графическая аннотация к работе [23]. Слева: отрицательно заряженный монослой ПАВ SDS на поверхности раздела жидкость-газ с адсорбированным на нем димером катиона (Cat + ) метиленового синего.…”

“…Справа: различие в распределении пиков в масс-спектрах систем, содержащих МВ в мономерной (верх) и димерной (низ) формах. Воспроизведено из статьи [23] с разрешения The Royal Society of Chemistry.…”

Redox interactions of methylene blue with cysteine amino acid as a possible mechanizm of biological action of the dye

“…На уровне малых молекул активно разрабатывались масс-спектрометрические подходы к изучению окислительновосстановительных свойств редокс-активных веществ [52][53][54], в частности редоксактивных красителей [55,56] и метиленовoго синего в их числе [57,58]. При использовании методов вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС), бомбардировки быстрыми атомами (ББА), матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (МАЛДИ) нами установлены особенности редокс-превращений метиленового синего в зависимости от метода воздействия и окружающей среды [59][60][61][62][63][64][65].…”