Methodenartikel

Synthese van de Core-shell Lanthanide-doped Upconversion nanokristallen voor mobiele toepassingen

DOI:

10.3791/56416

⸱

10 november 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Chemistry and Biological Chemistry, School of Physical & Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, 2Institute of Materials Research & Engineering, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een protocol wordt gepresenteerd voor de synthese van de core-shell lanthanide-doped upconversion nanokristallen (UCNs) en hun cellulaire toepassingen kanaal eiwit verordening op nabij-infrarood licht (NIR) verlichting.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lanthanide-doped upconversion nanokristallen (UCNs) hebben veel aandacht getrokken in de afgelopen jaren op basis van hun veelbelovende en controleerbare optische eigenschappen, die mogelijk maken voor de absorptie van nabij-infrarood (NIR) licht en kunnen vervolgens worden geconverteerd naar Multiplexed emissies die zich over een groot aantal regio's van de UV naar zichtbaar aan de NIR uitstrekken. Dit artikel presenteert gedetailleerde experimentele procedures voor hoge-temperatuur co neerslag synthese van core-shell UCNs die verschillende lanthanide ionen in nanokristallen voor het efficiënt omzetten van diep-weefsel penetrable NIR excitatie (808 opnemen nm) in een sterke blauwe emissie bij 480 nm. Door het beheersen van de oppervlakte modificatie met biocompatibel polymeer (polyacryl zuur, PAA), de UCNs bereid verwerft grote oplosbaarheid in bufferoplossingen. De hydrofiele nanokristallen zijn verder matiemaatschappij met specifieke liganden (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) voor lokalisatie op het celmembraan. Op NIR licht (808 nm) bestraling, de upconverted blauwe emissie kan effectief activeren het licht-gated kanaal eiwit op de celmembraan en specifiek regelen de toestroom catie (b.v., Ca2 +) in het cytoplasma. Dit protocol biedt een haalbaar methodologie voor de synthese van de core-shell doped lanthanide UCNs en daaropvolgende biocompatibel oppervlakte modificatie voor verder cellulaire toepassingen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In de afgelopen jaren lanthanide-doped upconversion nanokristallen (UCNs) hebben op grote schaal gebruikt als alternatief voor conventionele organische kleurstoffen en quantumdots in biomedische applicaties, die voornamelijk gebaseerd zijn op hun uitstekende chemische en optische eigenschappen, inclusief grote biocompatibiliteit, hoge weerstand tegen photobleaching en smalle bandbreedte emissie1,2,3. Nog belangrijker, kunnen ze dienen als een veelbelovende nanotransducer met uitstekende weefsel penetratie diepte in vivo nabij-infrarood (NIR) excitatie in een breed scala aan emissies van het UV, zichtbare, en het NIR-regio's door middel van een multi foton converteren upconversion proces4,5. Deze unieke eigenschappen maken lanthanide-doped UCNs dienen als een bijzonder veelbelovend vector voor biologische sensing, biomedische beeldbewerking en ziekten theranostics6,7,8.

De algemene onderdelen van de UCNs zijn voornamelijk gebaseerd op de gedoopt lanthanide-ionen in de isolerende host matrix met een sensibiliserende (b.v., Yb3 +, Nd3 +) en een activator (b.v., Tm3 +, Er3 +, Ho 3 +) binnen het kristal homogeen9. De verschillende optische uitstoot van de nanokristallen wordt toegeschreven aan de gelokaliseerde elektronische overgang binnen de 4f -orbitalen van de lanthanide dopants als gevolg van hun ladder-achtige gearrangeerde energie niveau10. Het is daarom van cruciaal belang voor het nauwkeurig bepalen van de grootte en morfologie van samengestelde UCNs met multicomponent lanthanide dopants. Van rechtswege, zijn enkele veelbelovende methoden ook vastgesteld voor de bereiding van lanthanide-doped UCNs, met inbegrip van thermische ontleding, hoge-temperatuur co neerslag, hydrothermale synthese, sol-gel verwerking, etc.11 , 12 , 13 onder deze benaderingen, de co hoge-temperatuur-neerslag-methode is een van de meest populaire en handige strategieën voor UCNs synthese, die strikt kan worden gecontroleerd om te bereiden gewenste kwalitatief hoogwaardige nanokristallen met uniforme vorm en grootteverdeling in een relatief korte reactietijd en goedkope14. Echter, de meeste nanostructuren gesynthetiseerd door deze methode zijn voornamelijk afgetopt met hydrofobe liganden zoals oliezuur en oleylamine, die over het algemeen een belemmering vormen voor hun verdere bioapplication te wijten aan de beperkte voor hydrofobe ligand oplosbaarheid in waterige oplossing 15. Daarom is het noodzakelijk om te voeren geschikt oppervlak modificatietechnieken ter voorbereiding van biocompatibel UCNs in biologische toepassingen in vitro en in vivo.

Hierin presenteren wij de gedetailleerde experimentele procedure voor de synthese van de core-shell UCNs nanostructuren via de co hoge-temperatuur-neerslag-methode en de techniek van een haalbaar wijziging aan biocompatibel polymeer op UCNs oppervlak voor functionalize verder cellulaire toepassingen. Deze UCNs nanoplatform integreert drie lanthanide ionen (Yb3 +Nd3 +en Tm3 +) in de nanokristallen te verwerven sterke blauwe emissie (~ 480 nm) op de lichte excitatie NIR op 808 nm, die meer indringingsdiepte heeft in levend weefsel. Het is bekend dat Nd3 +-gedoopt UCNs geminimaliseerde water absorptie en oververhitting effecten weer te geven op deze spectrale venster (808 nm) in vergelijking met conventionele UCNs op 980 nm bestraling16,17, 18. Bovendien, als u wilt gebruik maken van de UCNs in biologische systemen, zijn de hydrofobe liganden (oliezuur) op het oppervlak van UCNs ten eerste verwijderd met het ultrasoonapparaat in zure oplossing19. Vervolgens zijn de ligand-vrije UCNs verder bewerkt met een biocompatibele polymeer (polyacryl zuur, PAA) te verwerven van grote oplosbaarheid in waterige oplossingen20. Bovendien, als een bewijs-van-concept in cellulaire toepassingen, de hydrofiele UCNs zijn verder matiemaatschappij met moleculaire liganden (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) voor specifieke lokalisatie op de N-3-gelabeld celmembraan. Op NIR licht (808 nm) bestraling, de upconverted blauwe emissie bij 480 nm kan effectief het activeren van een licht-gated kanaal eiwit, channelrhodopsins-2 (ChR2), cel op het oppervlak en dus catie (b.v., Ca2 + ion) toestroom te vergemakkelijken over het membraan van levende cellen.

Deze video protocol voorziet een haalbaar methodologie lanthanide-doped UCNs synthese, biocompatibel oppervlakte modificatie en UCNs bioapplication in levende cellen. Eventuele verschillen in de technieken van de synthese en de chemische reagentia gebruikt in nanocrystal groei beïnvloedt de grootte distributie, morfologie en upconversion luminescentie (UCL) spectra van definitieve UCNs nanostructuren gebruikt in cel experimenten. Dit gedetailleerde video protocol bereid is te helpen nieuwe onderzoekers op dit gebied te verbeteren van de reproduceerbaarheid van UCNs met de mede hoge-temperatuur-neerslag-methode en vermijden de gemeenschappelijkste fouten in UCNs biocompatibel oppervlakte modificatie voor verdere cellulaire toepassingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Gebruik alle passende veiligheidspraktijken bij het uitvoeren van de synthese van UCNs bij een hoge temperatuur (~ 290 ° C), met inbegrip van het gebruik van technische controles (zuurkast) en persoonlijke beschermingsmiddelen (bijvoorbeeld, veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek, en gesloten-teen schoenen).

1. synthese van NaYF 4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: Nd(20%) core-shell nanokristallen

  1. synthese van NaYF 4: Yb/Tm/Nd(30/0.5/1%) core nanostructuur
    1. Voorbereiding van de RE (CH 3 CO 2) 3, NaOH, NH 4 F methanol stockoplossing
      Opmerking: de zeldzame aarde-(her) lanthanide ionen bevatten Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Thulium (Tm) en Neodymium (Nd).
      1. Los 500 mg Yttrium(III) acetaat hydrate in 5 mL methanol (100 mg/mL), 250 mg Ytterbium (III) acetaat hydraat in 5 mL methanol (50 mg/mL), 10 mg Thulium (III) acetaat hydraat in 1 mL methanol (10 mg/mL), en 10 mg Neodymium (III) acetaat hydraat in 1 mL metha Nol (10 mg/mL) in glazen flesjes met een ultrasoonbad reinigen voor 2 min.
      2. Combineren van 400 mg NaOH in een centrifugebuis 50 mL met 20 mL methanol met ultrasoonbad reinigen te bereiden NaOH stockoplossing (20 mg/mL).
      3. 600 mg NH 4 F in een centrifugebuis 50 mL combineren met 30 mL methanol met ultrasoonbad reinigen te bereiden NH 4 F stockoplossing (20 mg/mL).
        Opmerking: Plaats de stockoplossing van lanthanide complexen, NaOH en NH 4 F in glazen flesjes, verzegelen met parafilm en bewaar ze in een koelkast op ~ 4 ° C totdat het nodig is. De voorbereide methanol stamoplossingen worden eenmaal per 2 weken vervangen.
    2. Voorbereiding van NaYF 4: Yb/Tm/Nd kern nanostructuur
      1. Pipetteer 3 mL oliezuur en 7 mL 1-octadecene in een drie-nek-kolf van 50 mL.
      2. Combineren 1.089 mL van de Y (CH 3 CO 2) 3 stockoplossing, 0.608 mL van de Yb (CH 3 CO 2) 3 stockoplossing, 83.6 µL van de Tm (CH 3 CO 2) 3 voorraad oplossing, en 128.5 µL van de Nd (CH 3 CO 2) 3-stockoplossing in de destillatiekolf.
      3. Past een thermometer (0 - 360 ° C bereik) in de kolf en laat haar tip aanraken van de oplossing. Plaats de kolf in een glazen container met phenylmethyl siliconenolie.
      4. Verwarm de oplossing tot 100 ° C met een warmhoudplaat te verdampen uit de methanol. Verbind de kolf met een Schlenk-lijn met een variëteit van de dubbele vacuüm/gas het reactiemengsel houden onder drukvermindering gedurende 2-3 minuten al roerend te verwijderen van de resterende methanol.
      5. Verhogen de temperatuur tot 150 ° C en houden deze temperatuur voor 60 min. behouden een opzwepende snelheid van 700 rpm tijdens de synthese.
        Opmerking: Stel een matige snelheid roeren om te voorkomen dat de oplossing spatten.
      6. Stoppen met de hete plaat en houden de kolf bij kamertemperatuur toe de oplossing afkoelen langzaam.
        Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
      7. Combineren 2 mL NaOH-methanol stockoplossing en 2.965 mL NH 4 F-methanol-stockoplossing in een centrifugebuis 15 mL. Draai de buis met zijn pet en meng de oplossing door krachtige vortexing voor 5 s.
      8. Toevoegen de NaOH-NH 4 F mengsel langzaam in de kolf door een glazen pipet meer dan 5 min.
      9. Verhogen de temperatuur van het mengsel tot 50 ° C en houden deze temperatuur voor 30 min.
        Opmerking: Stel de temperatuur bij niet meer dan 50 ° C omdat de hoge temperatuur crystal nucleatie en groei zal worden bevorderd.
      10. Verhogen van de temperatuur (~ 100 ° C) tot verdampen uit de methanol en verbind de kolf met een Schlenk-lijn met een dubbele vacuüm/gas variëteit te verwijderen van de resterende methanol en houden het reactiemengsel onder drukvermindering voor min. 2-3
      11. De positie van de afsluiter te vullen de kolf met stikstof schakelaar.
      12. Verhoging van de temperatuur tot 290 ° C met een snelheid van de verwarming van ~ 5 ° C/min. houden het reactiemengsel bij 290 ° C gedurende 1,5 h.
      13. Stoppen met de hete plaat en het verwijderen van de kolf zodat het reactiemengsel langzaam afkoelen bij kamertemperatuur al roerend.
        Let op: Wees voorzichtig met de hete plaat met hoge temperatuur (> 400 ° C) om te voorkomen dat ernstige brandwonden op huidcontact.
      14. Breng het mengsel in de kolf in een centrifugebuis 50 mL. Spoel de kolf met 30 mL ethanol en breng de oplossing over in de centrifugebuis.
      15. Centrifugeren van het product bij 4.000 × g gedurende 8 minuten bij kamertemperatuur en verwijder het supernatant.
      16. Voeg toe 10 mL hexaan aan de centrifugebuis en opnieuw verspreiden het product met ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 2 min.
      17. Voeg 30 mL ethanol aan de buis. Spin naar beneden van het product bij 4.000 × g gedurende 8 minuten en verwijder vervolgens het supernatant.
      18. Opnieuw verspreiden de solide producten in de bodem van de centrifugebuis met 5 mL hexaan. Bewaar de oplossing in een koelkast op ~ 4 ° C voor een volgende stap.
        Opmerking: De upconversion uitstoot van core-shell UCNs wordt getest door het bestralen van de oplossingen met een 808 nm laser (2 W).
  2. Voorbereiding van NaYF 4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: Nd(20%) core-shell nanokristallen
    1. 3 mL oliezuur en 7 mL 1-octadecene in een maatkolf van 50 mL drie-nek combineren. Toevoegen van 1.082 mL van de stockoplossing van de 3 Y (CH 3 CO 2) en 2,87 mL van de stockoplossing van de 3 Nd (CH 3 CO 2) in de destillatiekolf.
    2. De verkregen kern nanostructuur (80 mg in 5 mL hexaan uit stap 1.1.2.18) in de destillatiekolf al roerend toevoegen.
    3. Past een thermometer (0 - 360 ° C bereik) in de kolf en laat haar tip aanraking van het mengsel. Plaats de kolf in een glazen container met phenylmethyl siliconenolie.
    4. Verwarm het mengsel bij 100 ° C op de bovenkant van hete plaat te verdampen uit de methanol en hexaan. Verbind de kolf met een Schlenk-lijn met een variëteit van de dubbele vacuüm/gas het reactiemengsel houden onder drukvermindering gedurende 2-3 minuten al roerend te Verwijder het resterende oplosmiddel.
    5. Verhogen de temperatuur tot 150 ° C en houd het voor 60 min. behouden de opzwepende snelheid op 700 rpm in de synthese.
      Opmerking: Stel een matige snelheid roeren om te voorkomen dat de oplossing spatten.
    6. Stoppen met de hete plaat en het verwijderen van de kolf zodat de oplossing langzaam afkoelen bij kamertemperatuur.
      Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
    7. Pipetteer 2 mL NaOH-methanol stockoplossing en 2.965 mL NH 4 F-methanol-stockoplossing in een centrifugebuis 15 mL. Draai de buis met zijn pet en meng de oplossing door krachtige vortexing voor 5 s.
    8. Het mengsel in de erlenmeyer door een glazen pipet langzaam meer dan 5 min. toevoegen
    9. Verhogen de temperatuur van het mengsel tot 50 ° C en houd het bij 50 ° C gedurende 30 min.
      Opmerking: Stel de temperatuur niet hoger dan 50 ° C omdat de hoge temperatuur crystal nucleatie en groei zal worden bevorderd.
    10. Verhogen van de temperatuur (~ 100 ° C) tot verdampen uit de methanol en verbind de kolf met een Schlenk-lijn met een dubbele vacuüm/gas variëteit te verwijderen van de resterende methanol, houden het reactiemengsel onder drukvermindering voor min. 2-3
    11. De positie van de afsluiter te vullen de kolf met stikstof schakelaar.
    12. Verhogen de temperatuur tot 290 ° C met een snelheid van de verwarming van ~ 5 ° C/min. houden het reactiemengsel bij 290 ° C gedurende 1,5 h.
    13. Stoppen met de hete plaat en het verwijderen van de kolf zodat het reactiemengsel langzaam afkoelen bij kamertemperatuur al roerend.
      Let op: Wees voorzichtig met de hete plaat met hoge temperatuur (> 400 ° C) om te voorkomen dat ernstige brandwonden op huidcontact.
    14. Breng het mengsel in de kolf in een centrifugebuis 50 mL. Spoel de kolf met 30 mL ethanol en breng de oplossing over in de centrifugebuis.
    15. Centrifugeren van het product bij 4.000 × g gedurende 8 minuten bij kamertemperatuur en verwijder het supernatant.
    16. Voeg toe 10 mL hexaan aan de centrifugebuis en opnieuw verspreiden het product met ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 2 min.
    17. Voeg 30 mL ethanol aan de buis. Spin naar beneden van het product bij 4.000 × g gedurende 8 minuten en verwijder vervolgens het supernatant.
    18. Opnieuw verspreiden de solide producten in de bodem van de centrifugebuis met 5 mL hexaan. Bewaar de oplossing in een koelkast op ~ 4 ° C totdat nodig.
      Opmerking: De upconversion uitstoot van core-shell UCNs wordt getest door het bestralen van de oplossingen met een 808 nm laser (2 W).

2. Synthese van biocompatibel UCNs nanostructuren

  1. voorbereiding van ligand-gratis UCNs nanoparticle
    1. combineren 30 mL ethanol met de als-bereid OLEAAT-afgetopte UCNs oplossing (stap 1.2.18) in een centrifugebuis 50 mL. Centrifugeer het mengsel bij 4.000 × g gedurende 8 minuten bij kamertemperatuur en verwijder het supernatant.
    2. Combineren 10 mL zure waterige oplossing (pH = 4) aangepast door HCl (0.1 M) met het precipitaat op in de centrifugebuis 50 mL en los het precipitaat op met het ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 30 min.
    3. Overdracht van de oplossing in een glazen ampul met krachtig roeren gedurende 2 h.
    4. Extract van de waterige oplossing met 30 mL diethylether Herhaal dit drie keer te verwijderen van de oliezuur.
    5. Toevoegen van 10 mL water in de gecombineerde ether lagen met zacht schudden.
    6. Verzamelen de waterige fase samen (20 mL) en voeg toe 20 mL aceton met vortexing voor 5 s.
    7. Spin naar beneden het product bij 35.000 × g gedurende 10 minuten en verwijder vervolgens het supernatant. Los het precipitaat op in 2 mL water.
  2. Voorbereiding van polymeer bewerkt UCNs (PAA-UCNs)
    1. 200 mg van polyacryl zuur combineren (PAA, Mw = 1800) met 20 mL water met het ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 20 min. de bovengenoemde ligand-gratis UCNs in de PAA oplossing met toevoegen krachtig roeren.
    2. De pH-waarde aan 7.4 aanpassen door NaOH-oplossing (1 M) met ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W), voor 30 min. Houd het mengsel gedurende 24 uur bij kamertemperatuur al roerend.
    3. Verzamelen de neerslag door centrifugeren op 35.000 × g voor 10 min. resuspendeer de product in 10 mL water met het ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 5 min en centrifuge weer bij 35.000 × g gedurende 10 min. Herhaal deze stap driemaal.
    4. Opnieuw verspreiden het product in 8 mL water met het ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 5 min. slaan de oplossing in een koelkast op ~ 4 ° C totdat nodig.
  3. Voorbereiding van functionele DBCO-UCNs nanoparticle
    1. Spin down de PAA@UCNs als voorbereid (1 mg) door middel van centrifugeren op 35.000 × g voor 10 min. resuspendeer de neerslag in 1 mL DMF droog met het ultrasoonapparaat (60 kHz, 240 W) voor 1 min en Centrifugeer nogmaals op 35.000 × g gedurende 10 min. Herhaal deze stap tweemaal.
    2. Los het precipitaat op in 200 µL droog DMF in een glazen ampul. Toevoegen van HOBT (12.2 mg), EDC (14 mg), DBCO-NH 2 (5 mg) en DIPEA (16 µL) in de flacon met magnetische roeren 24 h.
    3. Verzamelen van het product door middel van centrifugeren op 35.000 × g voor 10 min. Verwijder het supernatant en resuspendeer het precipitaat op in 1 mL DMSO en centrifuge op 35.000 × g gedurende 10 minuten opnieuw herhaalt u deze stap driemaal.
    4. Verspreiden van het product in 0,2 mL DMSO en winkel in een koelkast op ~ 4 ° C vóór gebruik.

3. Bioapplications van DBCO-UCNs in de verordening voor de kanalen van de membraan in levende cellen

  1. cultuur de HEK293 cellen in Dulbecco ' s gewijzigd Eagle ' s Medium (DMEM) aangevuld met 10% FBS, 100 eenheden/mL penicilline, 100 µg/mL streptomycine en handhaven in een bevochtigde incubator met 5% CO 2 bij 37 ° C. zaad 1 × 10 5 cellen in 1 mL DMEM per putje in een 12-well bord en houd het in de incubator voor 24 h.
  2. Combineren de plasmide (pCAGGS-ChR2-Venus, 1 µg) met P3000 transfectiereagens (2 µL) in Eagle ' s Minimum essentiële Media (MEM) (100 µL) in microcentrifuge tube A en voeg transfectiereagens (1,5 µL) in MEM (100 µL) in buis B.
  3. Het mengsel van oplossingen in de buizen A en B gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur incuberen.
  4. Combineren de oplossing in buis A en B met 400 µL MEM. Wassen van de cellen met 1 mL tweemaal serumvrij DMEM.
  5. De 600 µL transfectie mengsel toevoegen aan elk putje van de plaat van een 12-well en Incubeer de cellen bij 37 ° C incubator voor 4 h. verwijderen het medium en spoel tweemaal met 1 mL DMEM.
  6. Voeg 1 mL DMEM met 1 µL Ac 4 ManNAz (50 mM in DMSO) in de put en houd het voor 2 dagen in de incubator.
  7. Verwijderen van het medium en een keer wassen met 1 mL PBS. Voeg 1 mL trypsine-EDTA (0,25%) oplossing in elk putje van de plaat 12-well en Incubeer bij 37 ° C tot cellen hebben losgemaakt (~ 2 min). Cultuur opnieuw de cellen in een confocal schotel bij 1 × 10-5 cellen/well in 1 mL DMEM voor overnachting.
  8. Verwijderen van het medium en voeg 1 mL verse DMEM met 2 µL (50 mg/mL) DBCO-UCNs in de schotel voor 2 uur bij 37 ° C. Voor confocal imaging, wassen van cellen tweemaal met DMEM en voeg 1 µL Rhod-N 3 (10 mM) voor 30 min.
  9. Voor de analyse van intracellulair calcium, Incubeer de cellen met het mengsel van 1 µL Rhod-3 AM (10 mM), 10 µL probenecide (250 mM), en 10 µL laden buffer (Pluronic oppervlakteactieve stof polyols,0.1% m/v)) in 1 mL DMEM medium voor 30 min in het donker.
  10. Wassen van de cellen met serumvrij DMEM en bestralen met 808 nm NIR licht bij de dosering van 0.8 W/cm 2 voor 20 min (5 min pauze na 5 min verlichting).
  11. Record de resultaten van de beeldvorming op de confocal microscoop (laserbron: 561 nm laser; bereik detector: 610/75 nm; lens: 100 x 1.4 nb olie, belichtingstijd: 100 ms). Voeg 1 mL trypsine-EDTA (0,25%) oplossing in elk putje en Incubeer bij 37 ° C tot cellen hebben losgemaakt (~ 2 min). Resuspendeer de cellen in 1 mL PBS stroom cytometry (FCM) p.a. (Ex: 561 nm, Em: 582/15 nm).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het proces van de schematische synthese van core-shell lanthanide-doped UCNs staan in Figuur 1 en Figuur 2. De transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en de transmissie van hoge resolutie elektronenmicroscopie (HRTEM) afbeeldingen van core en core-shell UCNs nanostructuren respectievelijk werden verzameld (Figuur 1). De UCNs ligand-gratis worden voorbereid door het verwijderen van de hydrofobe oliezu...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit artikel heeft een methode voor de synthese van de core-shell lanthanide-doped upconversion nanokristallen (UCNs) en hun oppervlakte modificatie met functionele wordt voor mobiele toepassingen. Deze roman nanomateriaal bezit uitstekende optische eigenschappen, die UV en zichtbaar licht op NIR lichte excitatie door middel van een multi foton upconversion proces uitstoten kunnen. In dit protocol, de kern-shell UCNs nanostructuren (NaYF4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) worden voorbereid door...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd slechts gedeeltelijk ondersteund door de NTU-AIT-MUV NAM/16001, RG110/16 (S), (RG 11/13) en (RG 35/15) uitgereikt in Nanyang Technological University, Singapore en nationale Natural Science Foundation van China (NSFC) (nr. 51628201).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1-OctadeceneSigma AldrichO806Technical grade
oleic acidSigma Aldrich364525Technical grade
MethanolFisher ScientificA412Technical grade
EthanolFisher ScientificA405Technical grade
AcetoneFisher ScientificA18Technical grade
HexaneSigma AldrichH292Technical grade
Thulium (III) acetate hydrate (Tm(CH3CO2)3)Sigma Aldrich36770299.9% trace metals basis
Neodymium (III) acetate hydrate (Nd(CH3CO2)3)Sigma Aldrich32580599.9% trace metals basis
Ytterbium (III) acetate hydrate (Yb(CH3CO2)3)Sigma Aldrich32601199.9% trace metals basis
Yttrium(III) acetate hydrate (Y(CH3CO2)3)Sigma Aldrich32604699.9% trace metals basis
Sodium hydroxide (NaOH)Sigma AldrichS5881reagent grade
Ammonium fluoride (NH4F)Sigma Aldrich338869ACS reagent
Hydrogen chloride (HCl)Fisher ScientificA144reagent grade
polyacrylic acid (PAA)Sigma Aldrich323667average Mw 1800
1-Hydroxybenzotriazole hydrate (HOBT)Sigma Aldrich54802ACS reagent
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC)Sigma AldrichE7750commercial grade
Dibenzocyclooctyne-amine (DBCO-NH2)Sigma Aldrich761540ACS reagent
N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA)Sigma AldrichD125806ACS reagent
Dimethyl sulfoxide (DMSO)Fisher ScientificBP231Technical grade
HEK293 cell lineATCCCRL-1573human embryonic kidney
Fetal Bovine Serum (FBS)Sigma AldrichF1051ACS reagent
Penicillin-StreptomycinThermo Fisher1514012210,000 U/mL
plasmid (pCAGGS-ChR2-Venus)Addgene15753Plasmid sent as bacteria in agar stab
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)Thermo Fisher11965092High glucose
opti-Modified Eagle Medium (MEM)Thermo Fisher51985034Reduced Serum Media
Lipofectamine 3000 Transfection ReagentThermo FisherL3000015Lipid-Based Transfection
N-Azidoacetylmannosamine, Acetylated (Ac4ManNAz)Sigma AldrichA7605ACS reagent
Trypsin-EDTA (0.25%)Thermo Fisher25200056Phenol red
Rhod-3 AM Calcium Imaging KitThermo FisherR10145Fluorescence dye
5-carboxytetramethylrhodamine-azide (Rhod-N3)Sigma Aldrich760757Azide-fluor 545
Confical dishibidi GmbH81158Glass Bottom, 35 mm
50 ml conical centrifuge tubesGreiner Bio-One227261Polypropylene
15 ml conical centrifuge tubesGreiner Bio-One188271Polypropylene
1.5 ml conical microcentrifuge tubesGreiner Bio-One616201Polypropylene
Phenylmethyl silicone oilClearco Products63148-52-7Less than 320 degrees Celsius
Glass thermometerGH ZealL0111/10From -10 to 360 degrees Celsius
12-well plateSigma AldrichZ707775Polystyrene

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wang, F., et al. Tuning upconversion through energy migration in core-shell nanoparticles. Nat Mater. 10 (12), 968-973 (2011).
  2. Liu, Y., et al. Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy. Nature. 543 (7644), 229-233 (2017).
  3. Fan, W., Bu, W., Shi, J. On The Latest Three-Stage Development of Nanomedicines based on Upconversion Nanoparticles. Adv Mater. 28 (24), 3987-4011 (2016).
  4. Zhu, X., et al. Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature. Nat Commun. 7, 10437-10446 (2016).
  5. Li, W., Wang, J., Ren, J., Qu, X. Near-infrared upconversion controls photocaged cell adhesion. J Am Chem Soc. 136 (6), 2248-2251 (2014).
  6. Min, Y., Li, J., Liu, F., Yeow, E. K., Xing, B. Near-infrared light-mediated photoactivation of a platinum antitumor prodrug and simultaneous cellular apoptosis imaging by upconversion-luminescent nanoparticles. Angew Chem Int Ed. 53 (4), 1012-1016 (2014).
  7. Yang, D., Ma, P., Hou, Z., Cheng, Z., Li, C., Lin, J. Current advances in lanthanide ion (Ln(3+))-based upconversion nanomaterials for drug delivery. Chem Soc Rev. 44 (6), 1416-1448 (2015).
  8. Wang, C., Cheng, L., Liu, Z. Upconversion nanoparticles for photodynamic therapy and other cancer therapeutics. Theranostics. 3 (5), 317-330 (2013).
  9. Li, L. L., et al. Biomimetic surface engineering of lanthanide-doped upconversion nanoparticles as versatile bioprobes. Angew Chem Int Ed. 51 (25), 6121-6125 (2012).
  10. Wang, J., Ming, T., Jin, Z., Wang, J., Sun, L. D., Yan, C. H. Photon energy upconversion through thermal radiation with the power efficiency reaching 16%. Nat Commun. 5, 5669-5678 (2014).
  11. Zou, W., Visser, C., Maduro, J. A., Pshenichnikov, M. S., Hummelen, J. C. Broadband dye-sensitized upconversion of near-infrared light. Nat Photonics. 6 (8), 560-564 (2012).
  12. Liu, Y., Tu, D., Zhu, H., Li, R., Luo, W., Chen, X. A strategy to achieve efficient dual-mode luminescence of Eu(3+) in lanthanides doped multifunctional NaGdF(4) nanocrystals. Adv Mater. 22 (30), 3266-3271 (2010).
  13. Min, Y., Li, J., Liu, F., Padmanabhan, P., Yeow, E. K., Xing, B. Recent Advance of Biological Molecular Imaging Based on Lanthanide-Doped Upconversion-Luminescent Nanomaterials. Nanomaterials. 4 (1), 129-154 (2014).
  14. Li, X., Zhang, F., Zhao, D. Lab on upconversion nanoparticles: optical properties and applications engineering via designed nanostructure. Chem Soc Rev. 44 (6), 1346-1378 (2015).
  15. Gu, Z., Yan, L., Tian, G., Li, S., Chai, Z., Zhao, Y. Recent advances in design and fabrication of upconversion nanoparticles and their safe theranostic applications. Adv Mater. 25 (28), 3758-3779 (2013).
  16. Dong, H., Sun, L. D., Yan, C. H. Energy transfer in lanthanide upconversion studies for extended optical applications. Chem Soc Rev. 44 (6), 1608-1634 (2015).
  17. Ai, X., et al. In vivo covalent cross-linking of photon-converted rare-earth nanostructures for tumour localization and theranostics. Nat Commun. 7, 10432-10440 (2016).
  18. Lu, S., et al. Multifunctional Nano-Bioprobes Based on Rattle-Structured Upconverting Luminescent Nanoparticles. Angew Chem Int Ed. 54 (27), 7915-7919 (2015).
  19. Bogdan, N., Vetrone, F., Ozin, G. A., Capobianco, J. A. Synthesis of ligand-free colloidally stable water dispersible brightly luminescent lanthanide-doped upconverting nanoparticles. Nano Lett. 11 (2), 835-840 (2011).
  20. Zheng, W., Huang, P., Tu, D., Ma, E., Zhu, H., Chen, X. Lanthanide-doped upconversion nano-bioprobes: electronic structures, optical properties, and biodetection. Chem Soc Rev. 44 (6), 1379-1415 (2015).
  21. Chen, X., Peng, D., Ju, Q., Wang, F. Photon upconversion in core-shell nanoparticles. Chem Soc Rev. 44 (6), 1318-1330 (2015).
  22. Wang, F., Deng, R., Liu, X. Preparation of core-shell NaGdF4 nanoparticles doped with luminescent lanthanide ions to be used as upconversion-based probes. Nat Protoc. 9 (7), 1634-1644 (2014).
  23. Chen, G., Agren, H., Ohulchanskyy, T. Y., Prasad, P. N. Light upconverting core-shell nanostructures: nanophotonic control for emerging applications. Chem Soc Rev. 44 (6), 1680-1713 (2015).
  24. Yang, Y., et al. In vitro and in vivo uncaging and bioluminescence imaging by using photocaged upconversion nanoparticles. Angew Chem Int Ed. 51 (13), 3125-3129 (2012).
  25. Sedlmeier, A., Gorris, H. H. Surface modification and characterization of photon-upconverting nanoparticles for bioanalytical applications. Chem Soc Rev. 44 (6), 1526-1560 (2015).
  26. Hu, M., et al. Near infrared light-mediated photoactivation of cytotoxic Re(I) complexes by using lanthanide-doped upconversion nanoparticles. Dalton Trans. 45 (36), 14101-14108 (2016).
  27. Nagel, G., et al. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proc Natl Acad Sci USA. 100 (24), 13940-13945 (2003).
  28. Ai, X., et al. Remote Regulation of Membrane Channel Activity by Site-Specific Localization of Lanthanide-Doped Upconversion Nanocrystals. Angew Chem Int Ed. 56 (11), 3031-3035 (2017).
  29. Xie, R., et al. In vivo metabolic labeling of sialoglycans in the mouse brain by using a liposome-assisted bioorthogonal reporter strategy. Proc Natl Acad Sci USA. 113 (19), 5173-5178 (2016).
  30. Bansal, A., Zhang, Y. Photocontrolled nanoparticle delivery systems for biomedical applications. Acc Chem Res. 47 (10), 3052-3060 (2014).
  31. Yang, Y., Aw, J., Xing, B. Nanostructures for NIR light-controlled therapies. Nanoscale. 9 (11), 3698-3718 (2017).
  32. Ai, X., Mu, J., Xing, B. Recent Advances of Light-Mediated Theranostics. Theranostics. 6 (13), 2439-2457 (2016).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Synthese van core shell nanocristallenhogetemperatuur co precipitatiebiocompatibele oppervlaktemodificatiepolyacrylozuur functionalisatieDBCO ligandconjugatienabij infrarood lichtactivatieregulering van calciumioninstroomconfocale microscopie imagingflowcytometrie analyse

Gerelateerde artikelen