Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

A الأسلوب 'التوصيل والتشغيل' لإنشاء Nanoassemblies التشتت المياه التي تحتوي على محبة للجهتين البوليمر، الأصباغ العضوية وتحويله النانوية

Published: November 14, 2015 doi: 10.3791/52987
Automatic Translation
*1, *1, 1, *1, *1, 1
14D LABS and Department of Chemistry, Simon Fraser University
* These authors contributed equally

Introduction

اليوم لا يزال هناك حاجة ملحة لتطوير أنواع جديدة من وكلاء التصوير الحيوي. وقد تم توثيق العديد من تحقيقات الفلورسنت الرواية أيضا. 1-6 ومع ذلك، وإدخال تحسينات كبيرة في دقة وضوح الصورة لا تزال تشكل تحديا. 7 أسلوب واحد العملي هو أن تعدل مباشرة تحقيقات مضان بين "الخفيفة" دولة انبعاثاتها و"المظلمة" دولة مروي. وقد تم تطبيق هذه الطريقة 12/8 خاص لتطوير تكنولوجيات مثل استنزاف الانبعاث المستحث (STED) المجهري 13 ومؤشر ستوكاستيك المجهر إعادة البناء الضوئي (STORM) (14).

مقاربة أخرى لتعديل مضان هو زوجين حاملات photoresponsive جنبا إلى جنب مع تحقيقات الفلورسنت. 15،16 تبديل حامل اللون photoresponsive بين أيزومرين حيث واحد فقط من أيزومرات يمكن أن تكون بمثابة كفاءة متقبل الطاقة والنقل، ويسمح السيطرة على التبريد من مضان من عشره التحقيق من خلال نقل فورستر الرنين الطاقة (الحنق) وغيرها من الآليات. والنتيجة هي إقامة دولة انبعاثاتها ودولة مروي التي يمكن أن يكون بالتناوب عن التعرض للحامل اللون photoresponsive لأطوال موجية مختلفة من الضوء.

حاملات diarylethene Photoresponsive يمكن ان يكون مثبت عكسية بين عديم اللون أيزومر-حلقة مفتوحة وحلقة مغلقة الملونة إيزومر بعد التشعيع مع الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. 17-19 والاستقرار الحراري للاثنين الأيسومرات والانضباطي امتصاص أطياف مغلقة حلقة جعل الايزومرات diarylethenes المرشحين جيدة جدا، ويقبلون الحنق السيطرة عليها. النانوية مخدر انثانيد-20-23 NaYF 4 تحويله مفيدة للتصوير الحيوي. 24 هذه الجسيمات النانوية تمتص الضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة وينبعث الضوء في عدة مناطق من الطيف المرئي. تم مسبقا أمثلة مضان التشكيل من خلال الجمع بين حاملات diarylethene photoresponsive والنانويةذكرت viously مجموعتنا 25-27 ومع ذلك، فإن الأنظمة الموصوفة في كل سبيل المثال تتطلب تعديلا الاصطناعية إضافي إرفاق diarylethenes إلى السطح من الجسيمات النانوية، مما يعقد تطوير نظم أكثر تنوعا.

هنا علينا أن نظهر "التوصيل والتشغيل" طريقة بسيطة لتحضير جزيئات الصبغة العضوية التشتت في الماء والجسيمات النانوية تحويله photoresponsive باستخدام استراتيجية التجميع الذاتي. اختيار البوليمرات. بولي (styrene- بديل أنهيدريد -maleic) والبولي أمين 2070 توفر كل من بيئة مسعور وماء. الأقسام مسعور من العون البوليمر لعقد عادة المياه غير قابلة للذوبان الجزيئات العضوية والنانوية تحويله معا، في حين أن المنطقة ماء من البوليمر أمر بالغ الأهمية للحفاظ على القابلية للذوبان في الماء. سوف نظهر أولا توليف النانوية تحويله من طريقة التنوي الحراري. ثم، فإننا سوف تثبت حوث يتم تغليف الجزيئات العضوية والنانوية تحويله داخل المناطق مسعور من قذيفة البوليمر وتظل مستقرة في الأوساط المائية ببساطة عن طريق المشاركة في اثارة حل النانوية تحويله البوليمر ومختلفة جزيئات الصبغة العضوية، يليها إجراء متابعة العمل مريحة. علينا أن نظهر أيضا كيفية تعدل الانبعاثات مضان من المجالس باستخدام أشعة الضوء الخارجي. نتوقع نطاق استخدام هذا الأسلوب "التوصيل والتشغيل" لجعل سيستمر nanoassemblies التشتت في الماء في التوسع.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف NaYF 4 / الإيتيربيوم 3+ / إيه 3+ تحويله النانوية (UCNP)

  1. إعداد الجهاز على النحو التالي:
    1. وضع 250 مل التدفئة عباءة على طبق من اثارة العادية والمكونات عباءة على الزوجين الحراري.
    2. وضع أسفل القارورة 250 مل مستديرة مزودة بقضيب مغناطيسي على فروة التسخين مع لقط السليم.
    3. إرفاق محول الهواء في الرقبة اليسرى من أسفل القارورة المستديرة وربط هذا المحول الهواء إلى خط Schlenk مع أنابيب البلاستيك.
    4. إرفاق محول الزجاج إلى اليمين عنق أسفل القارورة المستديرة وإصلاح محول الحرارة على محول الزجاج. إدراج التحقيق في درجة الحرارة في قارورة من خلال محول الحرارة ولسد هذا إلى الحرارية.
    5. إرفاق رئيس التقطير في الرقبة الوسطى من قاع القارورة المستديرة. وضع سدادة على أعلى الرأس التقطير. ربط رئيس لمكثف، تليها distillat فراغمحول أيون و 50 مل جولة أسفل القارورة. قم بتوصيل محول التقطير الفراغي إلى الفوار من خلال أنابيب من البلاستيك.
  2. تزن 1.17 غرام (3.9 ملمول) من خلات الإيتريوم، 0.439 غرام من خلات الإيتربيوم و0.0727 غرام (0.1 ملمول) من خلات الإربيوم ووضعها في الجولة رد فعل قارورة القاع.
  3. إضافة 30 مل من حمض الأوليك و 75 مل من octadecene إلى القارورة باستخدام الاسطوانة.
  4. شطف جانب رد فعل جولة قارورة القاع باستخدام 5 مل من الميثانول للتأكد من عدم وجود حمض الأوليك وoctadecene عالق على جانبي القارورة رد فعل.
  5. ربط قارورة رد فعل على خط متعددة Schlenk مزدوج وتحويل صمام المقابلة للحفاظ على قارورة رد الفعل متصلا خط النيتروجين.
  6. بدوره على الحرارية، ضبط درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية، والحرارة النظام تدريجيا لدرجة الحرارة هذه. في 80 ° C وبعد أن يتم حله عن المواد الأولية، وإزالة عباءة التدفئة والسماح للرد فعل ليبرد إلى 30 درجة مئوية.
  7. عندما تصل درجة الحرارة 30 ° C، خلع رئيس التقطير، تبديل محول الجو من الرقبة اليسرى إلى عنقه المتوسطة وإغلاق الرقبة اليسرى مع سدادة. إدخال ببطء فراغ قارورة التفاعل من خلال تحويل صمام على خط Schlenk من خط النيتروجين إلى خط فراغ. سوف يتم سحب كافة مكونات نقطة غليان منخفضة الخروج من رد الفعل عند هذه النقطة.
  8. عندما يتوقف الحل محتدما، جمع ما يصل درجة الحرارة إلى 115 درجة مئوية في سرعة 5 ° C / دقيقة.
  9. وبمجرد أن تصل درجة الحرارة إلى 115 درجة مئوية، والحفاظ على هذه الدرجة لمدة 15 دقيقة، ثم إزالة عباءة التدفئة وتهدئة رد الفعل إلى 50 درجة مئوية. بعد ذلك، والتحول بسرعة إعداد العودة إلى شكلها الأصلي قبل اعادة ربط رئيس التقطير في الرقبة المتوسطة ومحول الهواء في الرأس الأيسر.
  10. وزن من 0.74 غرام (12.5 ملمول) من هيدروكسيد الصوديوم و 0.50 غرام (20.0 ملمول) من NH 4 F أثناء عملية التبريد، ويحل لهمفي 50 مل من الميثانول صوتنة.
  11. بعد صوتنة، من أجل حل في رد فعل جولة قارورة القاع وشطف جانبي القارورة مع 5 مل من MeOH.
  12. ترك الحل اثارة عند 50 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
  13. زيادة درجة الحرارة إلى 75 درجة مئوية لتقطير الميثانول.
  14. خلال التقطير، وتفريغ القارورة جمع عند الضرورة. بعد الانتهاء من التقطير، وتسخين رد الفعل إلى 300 درجة مئوية تحت حماية النيتروجين في أسرع وقت ممكن.
  15. وبمجرد أن تصل درجة الحرارة إلى 300 درجة مئوية، والحفاظ على هذه الدرجة لمدة 1 ساعة. إذا لزم الأمر، وتغطي الإعداد مع رقائق الألومنيوم للمساعدة في الحفاظ على درجة الحرارة. ثم إزالة مصدر الحرارة والسماح للرد فعل ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
  16. مرة واحدة يتم تبريده الى درجة حرارة الغرفة، وتقسيم الحل بالتساوي إلى ثلاث أنابيب الطرد المركزي (50 مل أنابيب، ما يقرب من 35 مل من محلول في كل أنبوب)، وأعلى حتى الأنبوب إلى 50 مل نطاق استخدام الإيثانول اللامائي. الطرد المركزي كل رانه أنابيب في 3400 x ج لمدة 15 دقيقة. بعد الطرد المركزي، ينبغي مراعاة UCNPs على جانب من الأنابيب كما راسب أبيض.
  17. تجاهل طاف وredisperse الكريات UCNPs في hexanes (7.5 مل من hexanes في كل أنبوب)، ثم ملأ أنبوب مع الايثانول لحجم 50 مل. أنابيب الطرد المركزي مرة أخرى في 3400 x ج لمدة 15 دقيقة.
  18. بمجرد اكتمال الطرد المركزي، تجاهل طاف وredisperse وUCNPs الصلبة في 30 مل من CHCl 3 لاستخدامها مرة أخرى.

2. Nanoassemblies جمعية المياه التشتت تحتوي على العضوية صبغ الجزيئات النانوية وتحويله

  1. حل 25 ملغ (0.0147 ملمول) من بولي (بديل styrene- أنهيدريد -maleic) (PSMA) في 3 مل من CHCl 3 إلى قارورة التلألؤ مجهزة شريط مغناطيسي. هذه الكمية هي كمية الأمثل بعد محاكمات متعددة.
  2. إضافة 250 ميكرولتر (47 ملغ / مل) من تحويله النانوية حل سهم الكلوروفورم إلى scintillation القارورة.
  3. سقف القارورة ووضعه على لوحة اثارة المغناطيسي، ويحرك الحل في درجة حرارة الغرفة لمدة 2 ساعة.
  4. تزن 160 ملغ (0.0773 ملمول) من البولي أمين 2070، وحله في 1 مل من CHCl 3. ثم قم بإضافة هذا الحل إلى قارورة التلألؤ في جزء واحد باستخدام ماصة. فإن الحل يتحول إلى الأصفر الشاحب يدل على رد فعل من البولي أمين 2070 مع مجموعة أنهيدريد على PSMA.
  5. الاستمرار في إثارة الحل بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة.
  6. قياس كمية مناسبة من جزيئات الصبغة العضوية ثم الاستغناء عليه في قارورة التلألؤ في جزء واحد، وإثارة الحل مما أدى لمدة 1 ساعة.
    1. بالنسبة للعينة TPP-NP (التي تحتوي على nanoassembly قذيفة البوليمر، tetraphenyl البورفيرين والجسيمات النانوية تحويله)، مباشرة إضافة 1 ملغ من tetraphenyl بورفيرين إلى قارورة التلألؤ. للحصول على نموذج دبي لصناعات الطيران-UCNP (التي تحتوي على nanoassembly قذيفة البوليمر، جزيئات diarylethene وتحويله جسيمات متناهية الصغرالصورة)، وكمية من كل جزيئات diarylethene هو 2 × 10 -7 مول. إضافة إلى اثنين من جزيئات diarylethene في محلول التفاعل. وحدات التخزين لمدة جزيئات diarylethene هي: دبي لصناعات الطيران-1O (1.8 ملم)، 111 ميكرولتر ودبي لصناعات الطيران-2O (1.6 ملم)، 125 ميكرولتر.
  7. إزالة المذيب CHCl 3 تحت ضغط منخفض باستخدام المبخر الدوار، ثم يضاف 3 مل من 0.001 M مائي هيدروكسيد الصوديوم (الرقم الهيدروجيني ≈ 11) إلى قارورة التلألؤ، ثم يصوتن القارورة حتى يتم تشكيل تعليق حليبي.
  8. ضع القارورة مرة أخرى على المبخر الدوار، وإزالة بعناية المتبقية CHCl 3 حتى تحولت تعليق على حل واضح.
  9. نقل الحل من القارورة التلألؤ إلى أنابيب الطرد المركزي اثنين من 1.5 مل المخروطية، ثم الطرد المركزي الحل في 20600 x ج لمدة 25 دقيقة.
  10. تجاهل طاف، ثم إضافة ما مجموعه 3 مل من H 2 O منزوع الأيونات في أنابيب اثنين (1.5 مل لكل أنبوب)، يصوتن أنابيب لredisperse الكرياتفي O. منزوع الأيونات H 2
  11. أجهزة الطرد المركزي لاثنين من الأنابيب مرة أخرى في 20600 x ج لمدة 25 دقيقة.
  12. تجاهل طاف، ثم إضافة ما مجموعه 3 مل من H 2 O منزوع الأيونات في أنابيب اثنين (1.5 مل لكل أنبوب). يصوتن أنابيب لredisperse الكريات في O. منزوع الأيونات H 2
  13. تصفية المائية عينة النانوية التشتت من خلال مرشح حقنة 0.2 ميكرون للحصول على العينة النهائية لإجراء مزيد من التجارب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم جمع أطياف الامتصاص ومعان ضوئي الأطياف لعينة داي UCNP. وتستخدم أطياف الامتصاص لمقارنة التداخل الطيفي بين حاملات diarylethene المغلقة والنانوية تحويله. وقد تضمنت صورا من العينات (سواء TPP-UCNP ودبي لصناعات الطيران-UCNP) أيضا لإثبات التغليف الناجح للجزيئات الصبغة العضوية والنانوية تحويله، والتي تقع ضمن قذائف البوليمر محبة للجهتين في المرحلة المائية. وقد تبين التشكيل الكيمياء الضوئية ومضان أيضا إضاءة من العينات مع مصادر الضوء المختلفة.

نظرية كيميائية "مثل يذوب مثل 'ما يفسر لماذا عندما يضاف قسامة من بورفيرين أو UCNPs في الكلوروفورم في الماء حتى بعد بقوة اهتزاز، سواء البقاء في الطبقة العضوية (الشكل 2، أ، ب، د ه). ومع ذلك، عند استخدام "التوصيل والتشغيل" طريقة التغليف(الشكل 1)، وnanoassembly التشتت في الماء (TPP-UCNP) تحتوي على كل البورفيرين ويتم إنتاج UCNPs. السبب اخترنا tetraphenyl بورفيرين كمركب نموذج لدراسة لأنه هو مركب عضوي قابل للذوبان غير المياه ولها تطبيقات مهمة في العلاج الضوئي. عند إضافة محلول مائي يحتوي على nanoassemblies إلى الكلوروفورم، حتى بعد تهتز بقوة، ظلت nanoassemblies في طبقة المياه (الشكل 2، ج، و). استخدام البوليمر محبة للجهتين قذيفة ميزتان: (1) أنه يخلق بيئة مسعور الداخلية التي يعوض كل من بورفيرين وUCNPs، و (2) يخلق بيئة المائية الخارجية التي تتفاعل مع توضيح جزيئات الماء للحفاظ على المياه تشتت من التجمع بأكمله. ويعزى اللون الأحمر من العينة (الشكل 3) إلى جزيئات بورفيرين محاصرين داخل الجمعية، وبحضور بورفيرينوقد تجلى الجزيئات باستخدام الأشعة فوق البنفسجية تجاه الامتصاص الطيفي. بعد التشعيع مع الأشعة تحت الحمراء القريبة 980 نانومتر الليزر، ويتم إنتاج الانبعاثات الأخضر من عينة (الشكل 2، ج، و، الشكل 3)، والذي تم تعيينه إلى الانبعاثات من إيه 3+ -doped NaYF 4 النانوية تحويله. لا يتطلب البروتوكول التغليف أية تعديلات محددة لإدخالها على جزيئات مغلفة ولا صرف يجند من UCNPs، وبالتالي فإننا نقترح أن هذا البروتوكول "التوصيل والتشغيل" يمكن تطبيقها كاستراتيجية عامة لنقل مجموعة متنوعة من مختلف العضوية جزيئات من المذيبات العضوية إلى وسط مائي.

لإظهار براعة الداخلي لدينا، ونقل في وقت واحد اثنين diarylethenes مسعور (دبي لصناعات الطيران-1O ودبي لصناعات الطيران-2O) من المذيبات العضوية في الماء (الشكل 4) لإنشاء nanoassembly المختلط (دبي لصناعات الطيران-UCNP). دياrylethenes جزيئات photoresponsive التي تخضع لتحويل بين إيزومر الدائري مفتوحة وإيزومر مغلقة حلقة 28 عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية، يتم تحويلها إلى حلقة مفتوحة عديم اللون إيزومر إلى حلقة مغلقة الملونة إيزومر، والتعرض للضوء المرئي بتشغيل عملية عكسية. موضحة ردود الفعل هذه في الشكل (4). Interconversion بين ايزومرات-حلقة مفتوحة ومغلقة حلقة يمكن أن تتكرر مرات عديدة دون تدهور كبير من حاملات. وعادة ما تجرى هذه photoreactions في المذيبات العضوية، وليس فقط لأسباب الذوبان ولكن أيضا لأنه كثيرا ما أعاقت عملية cyclization في الماء. هو ضعف أداء photoreactions في المياه يرجع في المقام الأول إلى: (1) قمعت تفاعل الجزيئات diarylethene متحمس في المذيبات القطبية بسبب ضمجزيئي تفاعلات نقل المسؤول، و (2) إمكانية التصادم بين الجزيئات العضوية متحمس وجزيئات الماء التي تؤدي إلى إخماد عشرالبريد الدول متحمس واغلاق رد فعل photocyclization. ومع ذلك، يمكن التغلب على هذه القضايا من خلال تغليف من diarylethene داخل البوليمر قذيفة محبة للجهتين لتشكيل nanoassemblies التشتت في الماء.

باستخدام نفس البروتوكول "التوصيل والتشغيل" وصفه للالبروفيرين، تم تغليف diarylethenes وتحويله النانوية داخل قذائف البوليمر لتشكيل nanoassemblies التشتت في الماء (الشكل 2 والشكل 5). وأظهرت امتصاص الأطياف الأشعة فوق البنفسجية تجاه اثنين من أيزومرات التي تخضع الضوء الناجم عن cyclization وcycloreversion ردود الفعل داخل nanoassemblies فرقت في الماء في الشكل (6). وكما هو الحال بالنسبة للdiarylethenes، فإن أيا من أيزومرات-افتتح حلقة (دبي لصناعات الطيران-1O أو داى 2O) تمتص في المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي (الشكل 6A). تشعيع أيزومرات-افتتح حلقة مع 365 نانومتر ضوء تنتج theiنظرائهم مغلقة حلقة ص (دبي لصناعات الطيران-1C ودبي لصناعات الطيران-2C). هذا أيضا هو السبب غيرت عينة عديم اللون (الشكل 5A) لعينة برتقالية اللون (الشكل 5B) وأظهرت الفرقة واضحة قوية في الأشعة فوق البنفسجية تجاه الطيف (الشكل 6A). تشعيع العينة الملونة مع الضوء المرئي من طول موجة أكبر من 434 نانومتر يتلاشى العينة إلى حالته عديم اللون الأصلية التي تحتوي على أيزومرات-افتتح حلقة (دبي لصناعات الطيران-1O ودبي لصناعات الطيران-2O). تم الانتهاء من جميع التغيرات الطيفية في غضون 3 دقائق. وقد لوحظ صباغة بالضوء انتقائية (الشكل 6C) لاثنين من حاملات مغلفة داخل قذيفة البوليمر دبي لصناعات الطيران-UCNP لها عصابات امتصاص منفصلة أيضا. عندما المشع العينة دبي لصناعات الطيران-UCNP مع الضوء المرئي من طول موجة أكبر من 650 نانومتر، إلا أن مغلقة حلقة الايزومرات دبي لصناعات الطيران-2C هو استجابة لهذا الطول الموجي للضوءوتم تحويله إلى فتح حلقة الايزومرات دبي لصناعات الطيران-2O. هذا يؤدي إلى انخفاض في الفرقة امتصاص مرئية في 647 نانومتر، وتعطي الحل مع أعمق اللون البرتقالي (الشكل 5C) من يتلاشى انتقائية من أيزومرات مغلقة عصابة زرقاء. في ظل هذه الظروف، والفرقة المقابلة لدبي لصناعات الطيران-1C هي دون تغيير تقريبا (خط الصلبة البرتقالي في الشكل 6C). يدعم هذه البيانات استنتاج مفاده أن البوليمر محبة للجهتين قذيفة يساعد على الحفاظ على كفاءة photoreactions في الماء.

عندما تشتت مائي من nanoassembly دبي لصناعات الطيران-UCNP هو متحمس مع 980 ضوء نانومتر، والعصابات اثنين تركزت في 537 نانومتر، ويمكن الكشف عن 650 نانومتر مع التألق، التي تمثل نموذجا للجسيمات الدقيقة مخدر الإربيوم. الفرقة تركزت في 537 نانومتر (كما تدل الانبعاثات الأخضر) يمكن أن يعزى إلى [2 H 11/2، 4 S 3/2] (4) I 15/2 التحولات في حين أن centere الفرقةد في 650 نانومتر (كما تدل الانبعاثات الأحمر) هو نتيجة ل[4 F 9/2، 4 S 3/2] (4) I 15/2 التحولات (الشكل 6B). الأيسومرات-افتتح حلقة (دبي لصناعات الطيران-1O ودبي لصناعات الطيران-2O) لا تمتص أي الضوء المرئي، ونتيجة لانبعاث مضان من العينة دبي لصناعات الطيران-UCNP لا تطفأ من قبل أي من أيزومرات-افتتح حلقة. ومع ذلك، التشعيع من العينة مع 365 ضوء نانومتر تحويل أيزومرات-افتتح حلقة لنظرائهم المغلقة حلقة (دبي لصناعات الطيران-1C ودبي لصناعات الطيران-2C) وكلاهما تمتص بقوة الضوء المرئي. منذ العصابات الانبعاثات من UCNPs تتداخل مع عصابات امتصاص أيزومرات مغلقة حلقة، يتم تحقيق التبريد من الانبعاثات UCNPs من خلال عملية نقل الطاقة (الشكل 6B). هذه العملية هي مزيج من الاثنين معا آليات الحنق والانبعاثات استيعاب 26 انبعاث الأصلي يمكن أن يكون regeneratإد بواسطة أشعة من العينة مع الضوء المرئي من طول موجة أكبر من 434 نانومتر الخفيفة، والذي يحول أيزومرات مغلقة رنتك بأيسومرات-افتتح حلقة المناظرة. وكما ذكرنا سابقا، والعصابات الانبعاثات الأخضر والأحمر يمكن أن تطفئ بشكل انتقائي بسبب صباغة بالضوء انتقائية من العينة والقدرة على التبريد عصابات الانبعاثات من أيزومرات مغلقة الحلبة. عند المشع العينة مع الضوء المرئي من طول موجة أكبر من 650 نانومتر، فقط يتم إرجاع مغلقة حلقة الايزومرات دبي لصناعات الطيران-2C إلى فتح حلقة الايزومرات دبي لصناعات الطيران-2O ويتم إعادة انبعاث الأحمر في حين لا يزال مروي انبعاث الأخضر ل حد (الشكل 6D).

الشكل 1
الشكل 1. توليف nanoassemblies (TPP-UCNP) التي تحتوي على البوليمر مغلفة كل من upconvertin ز النانوية وبورفيرين tetraphenyl.

الرقم 2
الشكل 2. صور تظهر المياه الطبقات بلطف على أعلى CHCl 3 تحتوي على (أ) TPP في المرحلة CHCl 3، (ب) UCNPs في المرحلة CHCl 3، (ج) nanoassemblies (TPP-UCNP) في المرحلة المائية. الصور (د) و (ه) و (و) هي من قارورة مماثلة بعد أن اهتزت بقوة وتبين عدم وجود نقل العناصر إلى مراحل السائلة الأخرى. الضوء الأخضر والأصفر لوحظت في الصور (ب) و (ج) و (ه) و (و) من المقرر أن تشعيع مع ليزر 980 نانومتر لإظهار موقع النانوية تحويله.

= "دائما"> الشكل (3)
الشكل 3. صور من محلول مائي من nanoassemblies (TPP-UCNP) بعد التشعيع مع ليزر 980 نانومتر في الضوء المحيط (يسار) والظلام (يمين).

الرقم 4
الرقم 4. nanoassembly المختلط (دبي لصناعات الطيران-UCNP) التي تحتوي على البوليمر مغلفة الجسيمات النانوية تحويله واثنين من diarylethenes مختلفة. يتم عرض حلقة الختامية وخاتم فتح ردود الفعل ضوئي؛ لdiarylethenes على اليمين.

الرقم 5
الرقم 5. صور من المحاليل المائية من nanoassemblies المختلط (دبي لصناعات الطيران-UCNP) التي تحتوي على diarylethenes (أ) طن الدول الدائري مفتوحة لهم (دبي لصناعات الطيران-1O ودبي لصناعات الطيران-2O)، (ب) في الدول photostationary الخاصة التي تحتوي على دبي لصناعات الطيران-1C ودبي لصناعات الطيران-2C، و (ج) مع دبي لصناعات الطيران-1O في دولة photostationary ودبي لصناعات الطيران-2O في ل حلقة مفتوحة النموذج. تم إنشاؤها الدول photostationary بواسطة أشعة للعينة مع 365 نانومتر الخفيفة لمدة 2 دقيقة. تم إنشاء دولة مختلطة في (ج) من خلال انتقائية افتتاح حلقة دبي لصناعات الطيران-2C مع ضوء أطوال موجية أكبر من 490 نانومتر. وتبين الصور أسفل نفس العينات عند المشع أنها مع ليزر 980 نانومتر في الظلام.

الشكل (6)
الرقم 6. (أ) للأشعة فوق البنفسجية في ضوء الأطياف امتصاص النانو نظام الماء تشتت دبي لصناعات الطيران-UCNP تحتوي على diarylethenes 1O و2O قبل (خط الصلبة) وبعد 365 أشعة الضوء نانومتر (خط متقطع). تمثل القضبان الخضراء والحمراء والعصابات انبعاث UCNPs عندما متحمس مع 980 ضوء نانومتر لإظهار التداخل الطيفي بين الانبعاثات من UCNPs واستيعاب diarylethenes في الدولة photostationary. (ب) أطياف الانبعاثات الفلورسنت من نفس العينة (λ السابق = 980 نانومتر) قبل (خط أسود) وبعد (الخط الأسود مع منطقة مظللة رمادية) التشعيع مع 365 ضوء نانومتر. (ج) الأشعة فوق البنفسجية تجاه امتصاص الأطياف دبي لصناعات الطيران-UCNP في الدولة photostationary (خط متقطع)، بعد التعرض للأشعة> 490 نانومتر من ولاية photostationary (خط أسود)، وبعد التعرض للأشعة> 650 نانومتر من ولاية photostationary (الخط البرتقالي ). (د) الانبعاثات النسبي لدبي لصناعات الطيران-UCNP قياس عندما كانت العينة في الدولة photostationary (شريط الرمادي)، بعد التشعيع مع> 650 نانومتر الخفيفة من فوتالدولة ostationary (شريط برتقالي)، وبعد التشعيع مع> 490 نانومتر الخفيفة من الدولة photostationary (شريط أبيض).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

النانوية توليفها وفقا لهذا البروتوكول لديها توزيع حجم 20-25 نانومتر تركزت في جميع أنحاء 22.5 نانومتر. 26،27 ويمكن أن تصنف على أنها جسيمات كروية مع α-NaYF 4 المضيف بنية شعرية. هناك نوعان من الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول. في تركيب UCNP، فمن المهم للحفاظ على درجة حرارة التدفئة ووقت دقيق قدر الإمكان لضمان توزيع ضيق من حجم الجسيمات. بالإضافة إلى ذلك في وقت واحد من هيدروكسيد الصوديوم وNH 4 F جنبا إلى جنب مع إضافة اللانثانيدات الأيونات في بداية رد الفعل لم تسفر النانوية ذات حجم توزيعها بشكل جيد والتشكل جيدة. بعد إضافة هيدروكسيد الصوديوم وNH 4 F، تأكد من أن يتم الاحتفاظ على درجة الحرارة عند 75 درجة مئوية لفترة طويلة بما فيه الكفاية من الوقت لاستخلاص تماما قبالة كل من الميثانول من ارتفاع نقطة الغليان خليط المذيبات ومن ثم رفع درجة الحرارة إلى 300 درجة C في أسرع وقت ممكن بعد التقطير للسيطرة على حجم سو النانوية. 24

عند اتخاذ nanoassemblies التشتت في الماء، فإنه يمكن أن تكون في بعض الأحيان صعبة لتحديد كمية UCNPs (الخطوة 2.2) والجزيئات العضوية (الخطوة 2.6). اقتراح واحد هو أن تبدأ مع كمية صغيرة من UCNPs (أي 50 ميكرولتر) ومن ثم تزيد تدريجيا هذه الكمية حتى يتم التوصل إلى العتبة. بناء على تجاربنا، وهو مزيج من 10 ملغ من الجسيمات و2 × 10 -7 مول الجزيئات العضوية هي الكمية المثالية لهذا النوع من التغليف. ومع ذلك، على الرغم من أن هذا الأسلوب يمكن بنجاح نقل المركبات والجسيمات النانوية العضوية غير القابلة للذوبان في الماء إلى وسط مائي وعقد العنصرين معا على مقربة، هذا البروتوكول لا يزال لديه قيود. هذه العملية التغليف لا تنطبق على جزيئات للذوبان في الماء أو الجسيمات النانوية توليفها في بيئة مائية (أي جزيئات الذهب) لأن تفاعل كبير عقد nanoassembly معا هو hydrophoتأثير حلبة البحرين الدولية. إذا تم استخدام جزيء للذوبان في الماء أو جسيمات متناهية الصغر، فإنه من المرجح أن يتسرب من طبقة البوليمر مسعور حتى لو كان البوليمرات تشكل البداية المذيلات.

في الختام، باستخدام بروتوكول "التوصيل والتشغيل"، نحن لشرح كيفية تغليف ملائم حاملات العضوية مسعور وتحويله النانوية غير العضوية داخل البوليمر قذيفة محبة للجهتين لتوليد nanoassemblies العضوية، غير العضوية الهجينة التشتت في الماء photoresponsive. قذيفة البوليمر تساعد على الحفاظ على البيئة مسعور ما هو مفيد لphotoreactions العضوية، مما يجعل هذا "التوصيل والتشغيل" مثالية بروتوكول لإعداد أنظمة photoresponsive المعقدة للتطبيقات في البيئات المائية. الطرق القائمة لتصنيع النانو التشتت في الماء وغالبا ما يتطلب تعقيدا التعديل الكيميائي، ولكن هذا البروتوكول هو قادر على نقل مكونات غير قابلة للذوبان في الماء إلى الماء مريح دون FOص التعديل محددة لتلك المكونات. استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة لتفعيل النانوية تحويله يفتح الفرصة للضوء المنخفض للطاقة photoreactions تفعيلها وهي ميزة مفيدة لتطبيقات البيولوجية لأنه أقل ضررا على الخلايا والأنسجة في الكائنات الحية. والعيب الممكنة لهذه التقنية هو ضوء الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من upconverted النانوية، وتستخدم لتحريك photoreactions الطاقة أعلى (أي الصور المماكبة من جزيئات diarylethene)، يحتمل أن تسبب تلف الخلايا أو الكائنات الحية. للتغلب على هذه المشكلة يمكن أن تكون مغلفة بطبقة حماية للأشعة فوق البنفسجية على الجسيمات النانوية لمنع فوتونات الأشعة فوق البنفسجية upconverted من الخروج. وnanosystem مع مضان الانضباطي أثبتنا في هذه المقالة لديه القدرة على وضعها باعتبارها كاشف bioimaging رواية عن فائقة الدقة التصوير. نتوقع نطاق استخدام هذا الأسلوب "التوصيل والتشغيل" لجعل nanoassemb التشتت في الماءوسوف تستمر الأكاذيب في التوسع.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Yttrium acetate Sigma 326046 Yttrium(III) acetate hydrate
Ytterbium acetate Sigma 544973 Ytterbium(III) acetate hydrate
Erbium acetate Sigma 325570 Erbium(III) acetate hydrate
Oleic acid Sigma 75096 analytical standard
Octadecene Sigma O806 Technical grade
NaOH Sigma S5881 reagent grade
NH4F Sigma 216011 ACS reagent
Poly(styrene-co-maleic anhydride) Sigma 442399 Average Mn = 1700
JeffAmine 2070 Huntsman M-2070
Varian Carry 300 Agilent
JDSU NIR laser JSDU L4-9897510-100M 980 nm diode laser

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fery-Forgues, S. Fluorescent organic nanocrystals and non-doped nanoparticles for biological applications. Nanoscale. 5 (18), 8428-8442 (2013).
  2. Vollrath, A., Schubert, S., Schubert, U. S. Fluorescence imaging of cancer tissue based on metal-free polymeric nanoparticles. J. Mater. Chem. B. 1, 1994-2007 (2013).
  3. Cheng, X., Lowe, S. B., Reecec, P. J., Gooding, J. J. Colloidal silicon quantum dots: from preparation to the modification of self-assembled monolayers (SAMs) for bio-applications. Chem. Soc. Rev. 43, 2680-2700 (2014).
  4. Luo, P. G., et al. Carbon-based quantum dots for fluorescence imaging of cells and tissues. RSC Adv. 4, 10791-10807 (2014).
  5. Wang, Y., Hu, R., Lin, G., Roy, I., Yong, K. -T. Functionalized Quantum Dots for Biosensing and Bioimaging and Concerns on Toxicity. ACS Appl. Mater. Interfaces. 5 (8), 2786-2799 (2013).
  6. Kairdolf, B. A., et al. Semiconductor Quantum Dots for Bioimaging and Biodiagnostic Applications. Annu. Rev. Anal. Chem. 6 (1), 143-162 (2013).
  7. Huang, B., Bates, M., Zhuang, X. Super-Resolution Fluorescence Microscopy. Annu. Rev. Biochem. 78, 993-1016 (2009).
  8. Fölling, J., et al. Photochromic Rhodamines Provide Nanoscopy with Optical Sectioning. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (33), 6266-6270 (2007).
  9. Fölling, J., et al. Fluorescence Nanoscopy with Optical Sectioning by Two-Photon Induced Molecular Switching using Continuous-Wave Lasers. Chem. Phys. Chem. 9 (2), 321-326 (2008).
  10. Bossi, M., et al. Multicolor Far-Field Fluorescence Nanoscopy through Isolated Detection of Distinct Molecular Species. Nano Lett. 8 (8), 2463-2468 (2008).
  11. Berns, M. W., Krasieva, T., Sun, C. –H., Dvornikov, A., Rentzepis, P. M. A polarity dependent fluorescence "switch" in live cells. Photochem. Photobiol. B: Biol. 75, 51-56 (2004).
  12. Zou, Y., et al. Amphiphilic Diarylethene as a Photoswitchable Probe for Imaging Living Cells. J. Am. Chem. Soc. 130 (47), 15750-1 (2008).
  13. Westphal, V., et al. Video-Rate Far-Field Optical Nanoscopy Dissects Synaptic Vesicle Movement. Science. 320, 246-249 (2008).
  14. Zhuang, X. Fluorescent Switches Based on Photochromic Compounds. Nat Photonics. 3, 365-367 (2009).
  15. Cusido, J., Deniz, E., Raymo, F. M. Fluorescent Switches Based on Photochromic Compounds. Eur. J. Org. Chem. 13, 2031-2045 (2009).
  16. Raymo, F. M., Tomasulo, M. Electron and energy transfer modulation with photochromic switches. Chem. Soc. Rev. 34, 327-336 (2005).
  17. Feringa, B. L. Molecular Switches. , Wiley-VCH. Weinheim. (2010).
  18. Tian, H., Yang, S. Recent progresses on diarylethene based photochromic switches. Chem. Soc. Rev. 33, 85-97 (2004).
  19. Ubaghs, L., Sud, D., Branda, N. R. Handbook in Thiophene-Based Materials: Applications in Organic Electronics and Photonics. Perepichka, I. D., Perepichka, D., Branda, N. R. 2, John Wiley and Sons. Chichester. (2009).
  20. Norsten, T. B., Branda, N. R. Photoregulation of Fluorescence in a Porphyrinic Dithienylethene Photochrome. J. Am. Chem. Soc. 123 (8), 1784-1785 (2001).
  21. Giordano, L., Jovin, T. M., Irie, M., Jares-Erijman, E. A. Diheteroarylethenes as Thermally Stable Photoswitchable Acceptors in Photochromic Fluorescence Resonance Energy Transfer (pcFRET). J. Am. Chem. Soc. 124 (25), 7481-7489 (2002).
  22. Fölling, J., et al. Synthesis and Characterization of Photoswitchable Fluorescent Silica Nanoparticles. Small. 4 (1), 134-142 (2008).
  23. Jeong, J., et al. Photoreversible cellular imaging using photochrome-conjugated fullerene silica nanoparticles. Chem. Commun. 47, 10668-10670 (2011).
  24. Gai, S., Li, C., Yang, P., Lin, J. Recent progress in rare earth micro/nanocrystals: soft chemical synthesis, luminescent properties, and biomedical applications. Chem. Rev. 114 (4), 2343-2389 (2014).
  25. Carling, C. -J., Boyer, J. -C., Branda, N. R. Multimodal fluorescence modulation using molecular photoswitches and upconverting nanoparticles. Org. Biomol. Chem. 10, 6159-6168 (2012).
  26. Wu, T., Boyer, J. -C., Barker, M., Wilson, D., Branda, N. R. A "Plug-and-Play" Method to Prepare Water-Soluble Photoresponsive Encapsulated Upconverting Nanoparticles Containing Hydrophobic Molecular Switches. Chem. Mater. 25 (12), (2013).
  27. Wu, T., Kaur, S., Branda, N. R. Energy transfer between amphiphilic porphyrin polymer shells and upconverting nanoparticle cores in water-dispersible nano-assemblies. Org. Biol. Chem. 13, 2317-2322 (2015).
  28. Irie, M. Photochromism: Memories and Switches Introduction. Chem. Rev. 100 (5), 1683-1684 (2000).

Tags

الكيمياء، العدد 105، والمياه والتشتت، التوصيل والتشغيل، تحويله جسيمات متناهية الصغر، diarylethene، بورفيرين
A الأسلوب 'التوصيل والتشغيل' لإنشاء Nanoassemblies التشتت المياه التي تحتوي على محبة للجهتين البوليمر، الأصباغ العضوية وتحويله النانوية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Arafeh, K. M., Asadirad, A. M., Li,… More

Arafeh, K. M., Asadirad, A. M., Li, J. W., Wilson, D., Wu, T., Branda, N. R. A 'Plug and Play' Method to Create Water-dispersible Nanoassemblies Containing an Amphiphilic Polymer, Organic Dyes and Upconverting Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e52987, doi:10.3791/52987 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter