Un protocollo è presentato per la sintesi di nanocristalli core-shell drogato con lantanidi upconversion (UCNs) e le loro applicazioni cellulare per regolazione della proteina canale su illuminazione a luce vicina all'infrarosso (NIR).
Articolo metodologico
Un protocollo è presentato per la sintesi di nanocristalli core-shell drogato con lantanidi upconversion (UCNs) e le loro applicazioni cellulare per regolazione della proteina canale su illuminazione a luce vicina all'infrarosso (NIR).
Drogato con lantanidi upconversion nanocristalli (UCNs) hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni sulla loro proprietà ottiche promettente e controllabile, che favoriscono l'assorbimento della luce di vicino infrarosso (NIR) e poterla convertire successivamente in base multiplexing delle emissioni che si estendono su una vasta gamma di regioni dal UV al visibile al NIR. Questo articolo presenta dettagliate procedure sperimentali per la sintesi ad alta temperatura co-precipitazione di core-shell UCNs che incorporano gli ioni lantanidi differenti in nanocristalli per la conversione efficiente di eccitazione di deep tissue penetrabile NIR (808 Nm) in una forte emissione blu a 480 nm. Controllando la modificazione superficiale con polimero biocompatibile (acido poliacrilico, PAA), il preparato come UCNs acquisisce grande solubilità in soluzioni tampone. I nanocristalli idrofili sono ulteriormente funzionalizzati con ligandi specifici (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) per la localizzazione sulla membrana cellulare. Al momento di luce NIR (808 nm) irradiazione, l'emissione di upconverted blu può efficacemente attivare la proteina canale luce-gated sulla membrana cellulare e specificamente regolare l'afflusso di cationi (ad esempio, Ca2 +) nel citoplasma. Questo protocollo fornisce una metodologia fattibile per la sintesi di core-shell drogato con lantanidi UCNs e successive modificazione superficiale biocompatibile per ulteriori applicazioni cellulari.
Negli ultimi anni, drogato con lantanidi upconversion nanocristalli (UCNs) sono stati ampiamente utilizzati come alternativa ai coloranti organici convenzionali e punti quantici in applicazioni biomediche, che sono principalmente basate sul loro proprietà ottiche e chimiche eccezionali, tra cui ottima biocompatibilità, elevata resistenza al photobleaching e larghezza di banda stretta emissione1,2,3. Ancora più importante, possono servire come un promettente nanotransducer con tessuto eccellente penetrazione profondità in vivo per convertire vicino infrarosso (NIR) di eccitazione in una vasta gamma delle emissioni da UV, visibile e le regioni NIR attraverso un multi-fotone upconversion processo4,5. Queste proprietà uniche rendono drogato con lantanidi UCNs servire come un vettore particolarmente promettente per rilevamento biologico, imaging biomedico e malattie teranostica6,7,8.
Le componenti generali di UCNs si basano principalmente sugli ioni lantanidi drogati in matrice dell'ospite isolanti contenenti un sensibilizzante (ad es., Yb3 +, Nd3 +) e un attivatore (ad es., Tm3 +, Er3 +, Ho 3 +) all'interno del cristallo in modo omogeneo9. L'emissione ottica diversa da nanocristalli è attribuita alla transizione elettronica localizzata all'interno gli orbitalif 4 dei droganti lantanidi a causa della loro scala-come organizzato energia livello10. Pertanto, è fondamentale per controllare con precisione le dimensioni e la morfologia delle UCNs sintetizzato con droganti multicomponente lantanidi. Dalla destra, alcuni metodi promettenti sono state ben stabilite per la preparazione di UCNs drogato con lantanidi, tra cui decomposizione termica, ad alta temperatura co-precipitazione, sintesi idrotermale, elaborazione di sol-gel, ecc.11 , 12 , 13 tra questi approcci, il metodo ad alta temperatura co-precipitazione è una delle strategie più popolare e conveniente per UCNs sintesi, che può essere controllato rigorosamente per preparare desiderata qualità nanocristalli con forma regolare e distribuzione delle dimensioni in un relativamente breve tempo di reazione e di basso costo14. Tuttavia, la maggior parte delle nanostrutture sintetizzati da questo metodo sono limitati principalmente con ligandi idrofobici come acido oleico e oleilammina, che in genere ostacolano la loro ulteriore bioapplication a causa della limitata solubilità ligando idrofobico in soluzione acquosa 15. di conseguenza, è necessario eseguire tecniche di modificazione superficiale adatto per preparare UCNs biocompatibile in applicazioni biologiche in vitro ed in vivo.
Qui, presentiamo la dettagliata procedura sperimentale per la sintesi di nanostrutture UCNs core-shell attraverso il metodo ad alta temperatura co-precipitazione e una tecnica di modificazione fattibile per funzionalizzare polimero biocompatibile sulla superficie UCNs per Ulteriori applicazioni cellulari. Questo nanoplatform UCNs incorpora tre ioni lantanidi (Yb3 +, Nd3 +e Tm3 +) in nanocristalli di acquisire forte emissione blu (~ 480 nm) al momento di eccitazione luce NIR a 808 nm, che ha una maggiore profondità di penetrazione in tessuto vivente. È ben noto che Nd3 +-drogati UCNs visualizzare gli effetti di assorbimento e surriscaldamento acqua ridotta a icona questa finestra spettrale (808 nm) rispetto ai convenzionali UCNs su 980 nm irradiazione16,17, 18. Inoltre, per utilizzare le UCNs nei sistemi biologici, i ligandi idrofobici (acido oleico) sulla superficie delle UCNs in primo luogo vengono rimossi tramite sonicazione in soluzione acida19. Quindi le UCNs privo di ligando vengono ulteriormente modificati con un polimero biocompatibile (acido poliacrilico, PAA) di acquisire grande solubilità in soluzioni acquose20. Inoltre, come un proof-of-concept in applicazioni cellulari, le UCNs idrofili sono ulteriormente funzionalizzati con ligandi molecolare (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) per la localizzazione specifica sul N3-etichetta della membrana cellulare. Al momento di luce NIR (808 nm) irradiazione, l'emissione di upconverted blu a 480 nm può efficacemente attivare una proteina canale luce-gated, channelrhodopsin-2 (ChR2), sulla cella la superficie e così facilitare l'afflusso di cationi (ad esempio, agli ioni di Ca2 + ) attraverso la membrana delle cellule viventi.
Questo video protocollo fornisce una metodologia fattibile per drogati lantanidi UCNs sintesi, modificazione superficiale biocompatibile e UCNs bioapplication in cellule viventi. Eventuali differenze nelle tecniche di sintesi e reagenti chimici utilizzati in nanocristallo crescita influenzerà gli spettri di luminescenza (UCL) dimensione upconversion, morfologia e distribuzione delle nanostrutture di UCNs finale utilizzata negli esperimenti di cella. Questo protocollo dettagliato dei video è disposta ad aiutare nuovi ricercatori in questo campo per migliorare la riproducibilità delle UCNs con il metodo ad alta temperatura co-precipitazione ed evitare gli errori più comuni in UCNs biocompatibile modificazione superficiale per ulteriori applicazioni cellulari.
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Attenzione: si prega di consultare tutte le schede di dati di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Si prega di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza appropriate quando si esegue la sintesi di UCNs ad alta temperatura (~ 290 ° C), compreso l'uso di controlli tecnici (cappa) e dispositivi di protezione individuale (ad es., occhiali protettivi, guanti, camice da laboratorio, lunghezza pantaloni e scarpe chiuse).
1. sintesi di Sorbetto_limone 4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: nanocristalli core-shell Nd(20%)
2. Sintesi di nanostrutture UCNs biocompatibile
3. Bioapplications di DBCO-UCNs nel regolamento dei canali di membrana in cellule viventi
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Il processo di sintesi schematica di core-shell drogato con lantanidi UCNs sono mostrati nella Figura 1 e Figura 2. La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e la trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM) di microscopia immagini di nanostrutture UCNs core e core-shell sono stati raccolti rispettivamente (Figura 1). Il ligando-libero UCNs sono preparati rimuovendo l'acido oleico idrofoba sulla su...
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Questo articolo presenta un metodo per la sintesi di nanocristalli core-shell drogato con lantanidi upconversion (UCNs) e la loro modificazione superficiale con molecole funzionali per applicazioni cellulari. Questo nanomateriale romanzo possiede eccellenti proprietà ottiche, che possono emettere UV e luce visibile eccitazione luce NIR attraverso un processo Multi-photon upconversion. In questo protocollo, il core-shell UCNs nanostrutture (Sorbetto_limone4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) son...
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Non abbiamo nulla di divulgare.
Questo lavoro è stato parzialmente supportato da NTU-AIT-MUV NAM/16001, RG110/16 (S), (RG 11/13) e (RG 35/15) assegnato a Nanyang Technological University, Singapore e National Natural Science Foundation di Cina (NSFC) (No. 51628201).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 1-Octadecene | Sigma Aldrich | O806 | di grado tecnico |
| Sigma Aldrich | 364525 | Grado tecnico | |
| Metanolo | Fisher Scientific | A412 | Etanolo di grado tecnico |
| Fisher Scientific | A405 | Grado tecnico | |
| Acetone | Fisher Scientific | A18 | Grado tecnico |
| Hexane | Sigma Aldrich | H292 | Grado tecnico |
| Tulio acetato (III) idrato (Tm(CH3CO2)3) | Sigma Aldrich | 367702 | 99,9% di metalli in tracce |
| idrato di acetato di neodimio (III) (Nd(CH3CO2)3) | Sigma Aldrich | 325805 | 99,9% di metalli in tracce base |
| Acetato di itterbio (III) idrato (Yb(CH3CO2)3) | Sigma Aldrich | 326011 | 99,9% di metalli in tracce base |
| Acetato di ittrio (III) idrato (Y(CH3CO2)3) | Sigma Aldrich | 326046 | 99,9% di metalli in tracce base |
| Idrossido di sodio (NaOH) | Sigma Grado | reagente | S5881 |
| Fluoruro di ammonio (NH4F) | Reagente Sigma Aldrich | 338869 | ACS |
| Acido cloridrico (HCl) | di grado reagente | Fisher Scientific | A144 |
| (PAA) | Sigma Aldrich | 323667 | medio Mw 1800 |
| 1-idrossibenzotriazolo idrato (HOBT) | Sigma Aldrich | 54802 | Reagente ACS |
| 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil)carbodiimmide cloridrato (EDC) | Sigma Aldrich | E7750 | |
| dibenzocicloottinano-ammina di grado commerciale (DBCO-NH2) | Sigma Aldrich | 761540 | reagente ACS |
| N,N-diisopropiletilammina (DIPEA) | Sigma Aldrich | D125806 | reagente ACS |
| Dimetilsolfossido (DMSO) | Fisher Scientific | BP231 | Linea |
| cellulare HEK293 | ATCC | CRL-1573 | rene embrionale umano |
| Siero bovino fetale (FBS) | Reagente Sigma Aldrich | F1051 | ACS |
| Penicillina-Streptomicina | Thermo Fisher | 15140122 | 10.000 U / mL |
| plasmide (pCAGGS-ChR2-Venus) | Addgene | 15753 | Plasmide inviato come batteri in agar stab |
| DulbeccoThermo Fisher 11965092 Eagle Medium | alto contenuto di glucosio | ||
| (MEM) | Thermo Fisher | 51985034 | Terreni a siero ridotto |
| Lipofectamina 3000 Reagente di trasfezione | Thermo Fisher | L3000015 | Trasfezione a base di lipidi |
| N-azidoacetilmannosamina, acetilata (Ac4ManNAz) | Sigma Aldrich | A7605 | Reagente ACS |
| Tripsina-EDTA (0,25%) | Thermo Fisher | 25200056 | Rosso fenolo |
| Rhod-3 AM Kit di imaging del calcio | Thermo Fisher | R10145 | Colorante a fluorescenza |
| 5-carbossitetrametilrodamina azide (Rhod-N3) | Sigma Aldrich | 760757 | Azide-fluor 545 |
| Piatto confical | ibidi GmbH | 81158 | Fondo in vetro, 35 mm |
| Provette coniche da centrifuga da 50 ml | Greiner Bio-One | 227261 | Polipropilene |
| Provette da centrifuga coniche da 15 ml | Greiner Bio-One | 188271 | |
| Provette coniche per microcentrifuga da 1,5 ml | Greiner Bio-One | 616201 Olio | |
| silicone fenilmetilico | in polipropilene Prodotti Clearco | 63148-52-7 | Meno di 320 gradi Celsius |
| Termometro in vetro | GH Zeal | L0111/10 | Da -10 a 360 gradi Celsius |
| Piastra a 12 pozzetti | Sigma Aldrich | Z707775 | Polistirene |
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