Name: Synteza nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców w otoczce do zastosowań komórkowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 51 s
Description: Poznaj syntezę nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowcami metodą współstrącania w wysokiej temperaturze. Technika ta umożliwia modyfikacje powierzchniowe do zastosowań biomedycznych i regulacji białek kanałowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była częściowo wspierana przez NTU-AIT-MUV NAM/16001, RG110/16 (S), (RG 11/13) i (RG 35/15) przyznane na Uniwersytecie Technologicznym Nanyang w Singapurze oraz Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych (NSFC) (nr 51628201).

Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Podczas przeprowadzania syntezy UCN w wysokiej temperaturze (~290 °C) należy stosować wszystkie odpowiednie praktyki bezpieczeństwa, w tym stosowanie kontroli inżynieryjnych (okap wyciągowy) i środków ochrony osobistej (np. okularów ochronnych, rękawic, fartucha laboratoryjnego, spodni o pełnej długości i butów z zakrytymi palcami).
1. Synteza NaYF4:Yb/Tm/Nd(30/0.5/1%)@NaYF4:Nd(20%) nanokryształy rdzenia-powłoki
<ol>
	<li>Synteza nanostruktury rdzeniowejNaYF 4:Yb/Tm/Nd(30/0,5/1%)
	<ol>
		<li>Przygotowanie roztworu podstawowego metanolu RE(CH3CO2)3, NaOH, NH4F 
		UWAGA: Jony lantanowców ziem rzadkich (RE) obejmują itr (Y), iterb (Yb), tul (Tm) i neodym (Nd).
		<ol>
			<li>Rozpuścić 500 mg wodzianu octanu itru(III) w 5 ml metanolu (100 mg/ml), 250 mg wodzianu octanu iterbu (III) w 5 ml metanolu (50 mg/ml), 10 mg octanu tlenu (III) w 1 ml metanolu (10 mg/ml) i 10 mg octanu neodymu(III) w 1 ml metanolu (10 mg/ml) w szklanych fiolkach z kąpielą ultradźwiękową przez 2 minuty.</li>
			<li>Połączyć 400 mg NaOH w probówce wirówkowej o pojemności 50 ml z 20 ml metanolu z ultradźwiękową kąpielą czyszczącą, aby przygotować roztwór podstawowy NaOH (20 mg/ml).</li>
			<li>Połączyć 600 mg NH4F w probówce wirówkowej o pojemności 50 ml z 30 ml metanolu z ultradźwiękową kąpielą czyszczącą, aby przygotować roztwór podstawowy NH4F (20 mg/ml). 
			UWAGA: Umieścić roztwór podstawowy kompleksów lantanowców, NaOH i NH4F w szklanych fiolkach, uszczelnić parafilmem i przechowywać w lodówce w temperaturze ~4 °C do czasu, gdy będą potrzebne. Przygotowane roztwory podstawowe metanolu wymienia się raz na 2 tygodnie.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Przygotowanie nanostruktury rdzenia NaYF4:Yb/Tm/Nd
		<ol>
			<li>Pobrać pipetą 3 ml kwasu oleinowego i 7 ml 1-oktadecenu do kolby z trzema szyjkami o pojemności 50 ml.</li>
			<li>Połączyć 1,089 ml roztworu podstawowego Y(CH3CO2)3, 0,608 ml roztworu podstawowego Yb(CH3CO2)3, 83,6 μl roztworu podstawowego Tm(CH3CO2)3 i 128,5 μl roztworu podstawowego Nd(CH3CO2)3 do kolby.</li>
			<li>Umieścić termometr (zakres 0 - 360 °C) w kolbie i pozwolić, aby jego końcówka dotknęła roztworu. Umieścić kolbę w szklanym pojemniku z olejem fenylometylosilikonowym.</li>
			<li>Podgrzać roztwór do temperatury 100 °C za pomocą płyty grzejnej, aby odparować metanol. Podłączyć kolbę do przewodu Schlenka z podwójnym kolektorem próżniowo-gazowym w celu usunięcia pozostałości metanolu i utrzymywać mieszaninę reakcyjną w próżni przez 2 - 3 minuty, mieszając.</li>
			<li>Zwiększyć temperaturę do 150 °C i utrzymywać tę temperaturę przez 60 minut. Podczas syntezy utrzymać prędkość mieszania 700 obr./min. 
			UWAGA: Ustaw umiarkowaną prędkość mieszania, aby uniknąć rozpryskiwania roztworu.</li>
			<li>Zatrzymać płytę grzejną i utrzymywać kolbę w temperaturze pokojowej, aby roztwór powoli ostygł. 
			UWAGA: W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
			<li>Połączyć 2 ml roztworu podstawowego Metanolu NaOH i 2,965 ml roztworu podstawowego NH4F-metanolu w probówce wirówkowej o pojemności 15 ml. Dokręć probówkę nakrętką i mieszaj roztwór przez silne wirowanie przez 5 sekund.</li>
			<li>Mieszaninę NaOH-NH4F dodawać powoli do kolby szklaną pipetą przez 5 minut.</li>
			<li>Zwiększyć temperaturę mieszaniny do 50 °C i utrzymywać tę temperaturę przez 30 min. 
			UWAGA: Ustaw temperaturę na nie więcej niż 50 °C, ponieważ wysoka temperatura będzie sprzyjać zarodkowaniu i wzrostowi kryształów.</li>
			<li>Zwiększyć temperaturę (~100 °C) w celu odparowania metanolu i podłączyć kolbę do przewodu Schlenka z podwójnym kolektorem próżniowo-gazowym w celu usunięcia pozostałości metanolu i utrzymania mieszaniny reakcyjnej w próżni przez 2 - 3 minuty.</li>
			<li>Zmienić położenie kranu, aby napełnić kolbę azotem.</li>
			<li>Zwiększyć temperaturę do 290 °C przy szybkości ogrzewania ~5 °C/min. Mieszaninę reakcyjną utrzymywać w temperaturze 290 °C przez 1,5 godziny.</li>
			<li>Zatrzymać płytę grzejną i wyjąć kolbę, aby mieszanina reakcyjna powoli ostygła w temperaturze pokojowej, mieszając. 
			UWAGA: Uważaj na płytę grzejną o wysokiej temperaturze (>400 °C), aby uniknąć poważnych oparzeń w kontakcie ze skórą.</li>
			<li>Przenieść mieszaninę z kolby do probówki wirówkowej o pojemności 50 ml. Przepłukać kolbę 30 ml etanolu i przenieść roztwór do probówki wirówkowej.</li>
			<li>Odwirować produkt w temperaturze 4 000 × g przez 8 minut w temperaturze pokojowej i wyrzucić supernatant.</li>
			<li>Dodać 10 ml heksanu do probówki wirówkowej i ponownie zdyspergować produkt za pomocą sonikacji (60 kHz, 240 W) przez 2 minuty.</li>
			<li>Dodaj 30 ml etanolu do probówki. Odwirowywać produkt w temperaturze 4 000 × g przez 8 minut, a następnie wyrzucić supernatant.</li>
			<li>Ponownie rozproszyć produkty stałe na dnie probówki wirówkowej za pomocą 5 ml heksanu. Roztwór należy przechowywać w lodówce w temperaturze ~4 °C do następnego etapu. 
			UWAGA: Emisja UCN z konwersją w górę rdzenia i powłoki jest testowana poprzez naświetlanie roztworów laserem o długości fali 808 nm (2 W).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie nanokryształów rdzeniaNaYF 4:Yb/Tm/Nd(30/0,5/1%)@NaYF4:Nd (20%)
	<ol>
		<li>Połączyć 3 ml kwasu oleinowego i 7 ml 1-oktadecenu w kolbie z trzema szyjkami o pojemności 50 ml. Dodać 1,082 ml roztworu podstawowego Y(CH3CO2)3 i 2,87 ml roztworu podstawowego Nd(CH3CO2)3 do kolby.</li>
		<li>Dodać otrzymaną nanostrukturę rdzeniową (80 mg w 5 ml heksanu z kroku 1.1.2.18) do kolby, mieszając.</li>
		<li>Umieścić termometr (zakres 0 - 360 °C) w kolbie i pozwolić, aby jego końcówka dotykała mieszanki. Umieścić kolbę w szklanym pojemniku z olejem fenylometylosilikonowym.</li>
		<li>Podgrzej mieszaninę w temperaturze 100 °C na górze płyty grzejnej, aby odparować metanol i heksan. Podłączyć kolbę do przewodu Schlenka z podwójnym kolektorem próżniowo-gazowym w celu usunięcia pozostałości rozpuszczalnika i utrzymywać mieszaninę reakcyjną w próżni przez 2 - 3 minuty, mieszając.</li>
		<li>Zwiększyć temperaturę do 150 °C i utrzymywać ją przez 60 minut. Utrzymać prędkość mieszania w syntezie na poziomie 700 obr./min. 
		UWAGA: Ustaw umiarkowaną prędkość mieszania, aby uniknąć rozpryskiwania roztworu.</li>
		<li>Zatrzymać płytę grzejną i wyjąć kolbę, aby roztwór powoli ostygł w temperaturze pokojowej. 
		UWAGA: W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
		<li>Odpipetować 2 ml roztworu podstawowego NaOH-metanolu i 2,965 ml roztworu podstawowego NH4F-metanolu do probówki wirówkowej o pojemności 15 ml. Dokręć probówkę nakrętką i mieszaj roztwór przez silne wirowanie przez 5 sekund.</li>
		<li>Dodawać mieszaninę do kolby za pomocą szklanej pipety powoli przez 5 minut.</li>
		<li>Zwiększyć temperaturę mieszaniny do 50 °C i utrzymywać ją na poziomie 50 °C przez 30 min. 
		UWAGA: Ustaw temperaturę nie wyższą niż 50 °C, ponieważ wysoka temperatura będzie sprzyjać zarodkowaniu i wzrostowi kryształów.</li>
		<li>Zwiększyć temperaturę (~100 °C) w celu odparowania metanolu i podłączyć kolbę do przewodu Schlenka z podwójnym kolektorem próżniowo-gazowym w celu usunięcia pozostałości metanolu, utrzymując mieszaninę reakcyjną w próżni przez 2 - 3 minuty.</li>
		<li>Zmienić położenie kranu, aby napełnić kolbę azotem.</li>
		<li>Zwiększyć temperaturę do 290 °C przy szybkości ogrzewania ~5 °C/min. Mieszaninę reakcyjną utrzymywać w temperaturze 290 °C przez 1,5 godziny.</li>
		<li>Zatrzymać płytę grzejną i wyjąć kolbę, aby mieszanina reakcyjna powoli ostygła w temperaturze pokojowej, mieszając. 
		UWAGA: Uważaj na płytę grzejną o wysokiej temperaturze (>400 °C), aby uniknąć poważnych oparzeń w kontakcie ze skórą.</li>
		<li>Przenieść mieszaninę z kolby do probówki wirówkowej o pojemności 50 ml. Przepłukać kolbę 30 ml etanolu i przenieść roztwór do probówki wirówkowej.</li>
		<li>Odwirować produkt w temperaturze 4 000 × g przez 8 minut w temperaturze pokojowej i wyrzucić supernatant.</li>
		<li>Dodać 10 ml heksanu do probówki wirówkowej i ponownie zdyspergować produkt za pomocą sonikacji (60 kHz, 240 W) przez 2 minuty.</li>
		<li>Dodaj 30 ml etanolu do probówki. Odwirowywać produkt w temperaturze 4 000 × g przez 8 minut, a następnie wyrzucić supernatant.</li>
		<li>Ponownie rozproszyć produkty stałe na dnie probówki wirówkowej za pomocą 5 ml heksanu. Roztwór przechowywać w lodówce w temperaturze ~4 °C do momentu, gdy będzie potrzebny. 
		UWAGA: Emisja UCN z konwersją w górę rdzenia i powłoki jest testowana poprzez naświetlanie roztworów laserem o długości fali 808 nm (2 W).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Synteza biokompatybilnych nanostruktur UCN
<ol>
	<li>Otrzymywanie nanocząstek UCN wolnych od ligandów
	<ol>
		<li>Połączyć 30 ml etanolu z przygotowanym roztworem UCNs z oleinianem (krok 1.2.18) w probówce wirówkowej o pojemności 50 ml. Odwirować mieszaninę o stężeniu 4 000 × g przez 8 minut w temperaturze pokojowej i wyrzucić supernatant.</li>
		<li>Połączyć 10 ml kwaśnego roztworu wodnego (pH = 4) wyregulowanego HCl (0,1 M) z osadem w probówce wirówkowej o pojemności 50 ml i rozpuścić osad przez sonikację (60 kHz, 240 W) przez 30 minut.</li>
		<li>Przenieść roztwór do szklanej fiolki, energicznie mieszając przez 2 godziny.</li>
		<li>Ekstrahować roztwór wodny 30 ml eteru dietylowego w celu usunięcia kwasu oleinowego, powtórzyć trzy razy.</li>
		<li>Dodaj 10 ml wody do połączonych warstw eteru, delikatnie wstrząsając.</li>
		<li>Zebrać razem fazę wodną (20 ml) i dodać 20 ml acetonu z wirowaniem przez 5 sekund.</li>
		<li>Odwirowywać produkt w temperaturze 35 000 × g przez 10 minut, a następnie wyrzucić supernatant. Rozpuść osad w 2 ml wody.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie UCN modyfikowanych polimerami (PAA-UCNs)
	<ol>
		<li>Połączyć 200 mg kwasu poliakrylowego (PAA, Mw = 1,800) z 20 ml wody metodą sonikacji (60 kHz, 240 W) przez 20 minut. Dodać wyżej wymienione UCN wolne od ligandów do roztworu PAA, energicznie mieszając.</li>
		<li>Doprowadzić wartość pH do 7,4 za pomocą roztworu NaOH (1 M) z sonikacją (60 kHz, 240 W) przez 30 minut. Przechowywać mieszaninę przez 24 godziny w temperaturze pokojowej, mieszając.</li>
		<li>Zebrać osad przez odwirowanie w ilości 35 000 × g przez 10 minut. Ponownie zawiesić produkt w 10 ml wody metodą sonikacji (60 kHz, 240 W) na 5 minut i ponownie odwirować przy 35 000 × g przez 10 minut. Powtórz ten krok trzy razy.</li>
		<li>Ponownie rozproszyć produkt w 8 ml wody metodą sonikacji (60 kHz, 240 W) przez 5 minut. Roztwór przechowywać w lodówce w temperaturze ~4 °C, aż będzie potrzebny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Otrzymywanie funkcjonalnych nanocząstek DBCO-UCN
	<ol>
		<li>Odwirować tak przygotowany PAA@UCNs (1 mg) przez odwirowanie przy 35 000 × g przez 10 minut. Ponownie zawiesić osad w 1 ml suchego DMF metodą sonikacji (60 kHz, 240 W) na 1 minutę i ponownie odwirować przy 35 000 × g przez 10 minut. Powtórz ten krok dwukrotnie.</li>
		<li>Rozpuścić osad w 200 μl suchego DMF w szklanej fiolce. Dodać HOBT (12,2 mg), EDC (14 mg), DBCO-NH2 (5 mg) i DIPEA (16 μL) do fiolki, mieszając magnetycznie przez 24 godziny.</li>
		<li>Zebrać produkt przez odwirowanie w stężeniu 35 000 × g przez 10 minut. Usunąć supernatant i ponownie zawiesić osad w 1 ml DMSO i ponownie odwirować przy 35 000 × g przez 10 minut. Powtórz ten krok trzy razy.</li>
		<li>Produkt rozpuścić w 0,2 ml DMSO i przechowywać w lodówce w temperaturze ~ 4 °C przed użyciem.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Biozastosowania DBCO-UCN w regulacji kanałów błonowych w żywych komórkach
<ol>
	<li>Hodować komórki HEK293 w zmodyfikowanym pożywce Eagle's Medium (DMEM) firmy Dulbecco uzupełnionej 10% FBS, 100 jednostek/ml penicyliny, 100 μg/ml streptomycyny i utrzymywać w wilgotnym inkubatorze z 5% CO2 w temperaturze 37 °C. Wysiew 1×10 5 komórek w 1 ml DMEM/studzienkę na 12-dołkowej płytce i przechowywać w inkubatorze przez 24 godziny.</li>
	<li>Połączyć plazmid (pCAGGS-ChR2-Venus, 1 μg) z odczynnikiem do transfekcji P3000 (2 μL) w pożywce Eagle's Minimum Essential Medium (MEM) (100 μL) w probówce do mikrowirówki A i dodać odczynnik do transfekcji (1,5 μL) w MEM (100 μL) w probówce B.</li>
	<li>Mieszaninę roztworów inkubować w probówkach A i B przez 10 minut w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Połączyć roztwór w probówce A i B z 400 μl MEM. Dwukrotnie umyj komórki 1 ml DMEM bez surowicy.</li>
	<li>Dodać 600 μl mieszaniny transfekcji do każdego dołka na 12-dołkowej płytce i inkubować komórki w inkubatorze o temperaturze 37 °C przez 4 godziny. Usunąć pożywkę i przemyć dwukrotnie 1 ml DMEM.</li>
	<li>Dodać 1 ml DMEM zawierający 1 μL Ac4ManNAz (50 mM w DMSO) do studzienki i przechowywać w inkubatorze przez 2 dni.</li>
	<li>Usuń pożywkę i przemyj raz 1 ml PBS. Dodać 1 ml roztworu trypsyny-EDTA (0,25%) do każdego dołka płytki 12-dołkowej i inkubować w temperaturze 37 °C, aż komórki się odłączą (~2 min). Ponownie hodować komórki w naczyniu konfokalnym w 1×105 komórek/dołku w 1 ml DMEM przez noc.</li>
	<li>Usuń pożywkę i dodaj 1 ml świeżego DMEM z 2 μl DBCO-UCN (50 mg/ml) do naczynia na 2 godziny w temperaturze 37 °C. W przypadku obrazowania konfokalnego należy dwukrotnie przemyć komórki DMEM i dodać 1 μl Rhod-N3 (10 mM) przez 30 minut.</li>
	<li>W celu wewnątrzkomórkowej analizy wapnia inkubować komórki z mieszaniną 1 μl Rhod-3 AM (10 mM), 10 μl probenecydu (250 mM) i 10 μl buforu ładującego (poliole wieloczynne Pluronic, 0,1% w/v)) w 1 ml pożywki DMEM przez 30 minut w ciemności.</li>
	<li>Przemyj komórki DMEM bez surowicy i naświetlaj światłem NIR o długości fali 808 nm w dawce 0,8 W/cm2 przez 20 min (5 min przerwy po 5 minutach oświetlenia).</li>
	<li>Zapisz wyniki obrazowania pod mikroskopem konfokalnym (źródło lasera: laser 561 nm; zasięg detektora: 610/75 nm; obiektyw: olej 100x 1,4 NA, czas naświetlania: 100 ms). Dodać 1 ml roztworu trypsyny-EDTA (0,25%) do każdego dołka i inkubować w temperaturze 37 °C, aż komórki się odłączą (~2 min). Ponownie zawiesić komórki w 1 ml PBS do analizy za pomocą cytometrii przepływowej (FCM) (np. 561 nm, Em: 582/15 nm).</li>
</ol>

<ol><li>Wang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+upconversion+through+energy+migration+in+core-shell+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Tuning upconversion through energy migration in core-shell nanoparticles.</a> Nat Mater. 10 (12), 968-973 (2011).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amplified+stimulated+emission+in+upconversion+nanoparticles+for+super-resolution+nanoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy.</a> Nature. 543 (7644), 229-233 (2017).</li>
<li>Fan, W., Bu, W., Shi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+The+Latest+Three-Stage+Development+of+Nanomedicines+based+on+Upconversion+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">On The Latest Three-Stage Development of Nanomedicines based on Upconversion Nanoparticles.</a> Adv Mater. 28 (24), 3987-4011 (2016).</li>
<li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-feedback+upconversion+nanocomposite+for+accurate+photothermal+therapy+at+facile+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature.</a> Nat Commun. 7, 10437-10446 (2016).</li>
<li>Li, W., Wang, J., Ren, J., Qu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+upconversion+controls+photocaged+cell+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Near-infrared upconversion controls photocaged cell adhesion.</a> J Am Chem Soc. 136 (6), 2248-2251 (2014).</li>
<li>Min, Y., Li, J., Liu, F., Yeow, E. K., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+light-mediated+photoactivation+of+a+platinum+antitumor+prodrug+and+simultaneous+cellular+apoptosis+imaging+by+upconversion-luminescent+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Near-infrared light-mediated photoactivation of a platinum antitumor prodrug and simultaneous cellular apoptosis imaging by upconversion-luminescent nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 53 (4), 1012-1016 (2014).</li>
<li>Yang, D., Ma, P., Hou, Z., Cheng, Z., Li, C., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+advances+in+lanthanide+ion+%28Ln%283%2B%29%29-based+upconversion+nanomaterials+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Current advances in lanthanide ion (Ln(3+))-based upconversion nanomaterials for drug delivery.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1416-1448 (2015).</li>
<li>Wang, C., Cheng, L., Liu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upconversion+nanoparticles+for+photodynamic+therapy+and+other+cancer+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Upconversion nanoparticles for photodynamic therapy and other cancer therapeutics.</a> Theranostics. 3 (5), 317-330 (2013).</li>
<li>Li, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomimetic+surface+engineering+of+lanthanide-doped+upconversion+nanoparticles+as+versatile+bioprobes%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Biomimetic surface engineering of lanthanide-doped upconversion nanoparticles as versatile bioprobes.</a> Angew Chem Int Ed. 51 (25), 6121-6125 (2012).</li>
<li>Wang, J., Ming, T., Jin, Z., Wang, J., Sun, L. D., Yan, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+energy+upconversion+through+thermal+radiation+with+the+power+efficiency+reaching+16%25%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Photon energy upconversion through thermal radiation with the power efficiency reaching 16%.</a> Nat Commun. 5, 5669-5678 (2014).</li>
<li>Zou, W., Visser, C., Maduro, J. A., Pshenichnikov, M. S., Hummelen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n8/full/nphoton.2012.158.html">Broadband dye-sensitized upconversion of near-infrared light.</a> Nat Photonics. 6 (8), 560-564 (2012).</li>
<li>Liu, Y., Tu, D., Zhu, H., Li, R., Luo, W., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+strategy+to+achieve+efficient+dual-mode+luminescence+of+Eu%283%2B%29+in+lanthanides+doped+multifunctional+NaGdF%284%29+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">A strategy to achieve efficient dual-mode luminescence of Eu(3+) in lanthanides doped multifunctional NaGdF(4) nanocrystals.</a> Adv Mater. 22 (30), 3266-3271 (2010).</li>
<li>Min, Y., Li, J., Liu, F., Padmanabhan, P., Yeow, E. K., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Advance+of+Biological+Molecular+Imaging+Based+on+Lanthanide-Doped+Upconversion-Luminescent+Nanomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Recent Advance of Biological Molecular Imaging Based on Lanthanide-Doped Upconversion-Luminescent Nanomaterials.</a> Nanomaterials. 4 (1), 129-154 (2014).</li>
<li>Li, X., Zhang, F., Zhao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab+on+upconversion+nanoparticles%3A+optical+properties+and+applications+engineering+via+designed+nanostructure%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Lab on upconversion nanoparticles: optical properties and applications engineering via designed nanostructure.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1346-1378 (2015).</li>
<li>Gu, Z., Yan, L., Tian, G., Li, S., Chai, Z., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+design+and+fabrication+of+upconversion+nanoparticles+and+their+safe+theranostic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Recent advances in design and fabrication of upconversion nanoparticles and their safe theranostic applications.</a> Adv Mater. 25 (28), 3758-3779 (2013).</li>
<li>Dong, H., Sun, L. D., Yan, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+transfer+in+lanthanide+upconversion+studies+for+extended+optical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Energy transfer in lanthanide upconversion studies for extended optical applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1608-1634 (2015).</li>
<li>Ai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+covalent+cross-linking+of+photon-converted+rare-earth+nanostructures+for+tumour+localization+and+theranostics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">In vivo covalent cross-linking of photon-converted rare-earth nanostructures for tumour localization and theranostics.</a> Nat Commun. 7, 10432-10440 (2016).</li>
<li>Lu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+Nano-Bioprobes+Based+on+Rattle-Structured+Upconverting+Luminescent+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Multifunctional Nano-Bioprobes Based on Rattle-Structured Upconverting Luminescent Nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 54 (27), 7915-7919 (2015).</li>
<li>Bogdan, N., Vetrone, F., Ozin, G. A., Capobianco, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+ligand-free+colloidally+stable+water+dispersible+brightly+luminescent+lanthanide-doped+upconverting+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Synthesis of ligand-free colloidally stable water dispersible brightly luminescent lanthanide-doped upconverting nanoparticles.</a> Nano Lett. 11 (2), 835-840 (2011).</li>
<li>Zheng, W., Huang, P., Tu, D., Ma, E., Zhu, H., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lanthanide-doped+upconversion+nano-bioprobes%3A+electronic+structures%2C+optical+properties%2C+and+biodetection%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Lanthanide-doped upconversion nano-bioprobes: electronic structures, optical properties, and biodetection.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1379-1415 (2015).</li>
<li>Chen, X., Peng, D., Ju, Q., Wang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+upconversion+in+core-shell+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Photon upconversion in core-shell nanoparticles.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1318-1330 (2015).</li>
<li>Wang, F., Deng, R., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+core-shell+NaGdF4+nanoparticles+doped+with+luminescent+lanthanide+ions+to+be+used+as+upconversion-based+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Preparation of core-shell NaGdF4 nanoparticles doped with luminescent lanthanide ions to be used as upconversion-based probes.</a> Nat Protoc. 9 (7), 1634-1644 (2014).</li>
<li>Chen, G., Agren, H., Ohulchanskyy, T. Y., Prasad, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+upconverting+core-shell+nanostructures%3A+nanophotonic+control+for+emerging+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Light upconverting core-shell nanostructures: nanophotonic control for emerging applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1680-1713 (2015).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+and+in+vivo+uncaging+and+bioluminescence+imaging+by+using+photocaged+upconversion+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">In vitro and in vivo uncaging and bioluminescence imaging by using photocaged upconversion nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 51 (13), 3125-3129 (2012).</li>
<li>Sedlmeier, A., Gorris, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+and+characterization+of+photon-upconverting+nanoparticles+for+bioanalytical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Surface modification and characterization of photon-upconverting nanoparticles for bioanalytical applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1526-1560 (2015).</li>
<li>Hu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+infrared+light-mediated+photoactivation+of+cytotoxic+Re%28I%29+complexes+by+using+lanthanide-doped+upconversion+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Trans%22%5BJournal%5D)">Near infrared light-mediated photoactivation of cytotoxic Re(I) complexes by using lanthanide-doped upconversion nanoparticles.</a> Dalton Trans. 45 (36), 14101-14108 (2016).</li>
<li>Nagel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channelrhodopsin-2%2C+a+directly+light-gated+cation-selective+membrane+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 100 (24), 13940-13945 (2003).</li>
<li>Ai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+Regulation+of+Membrane+Channel+Activity+by+Site-Specific+Localization+of+Lanthanide-Doped+Upconversion+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Remote Regulation of Membrane Channel Activity by Site-Specific Localization of Lanthanide-Doped Upconversion Nanocrystals.</a> Angew Chem Int Ed. 56 (11), 3031-3035 (2017).</li>
<li>Xie, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+metabolic+labeling+of+sialoglycans+in+the+mouse+brain+by+using+a+liposome-assisted+bioorthogonal+reporter+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">In vivo metabolic labeling of sialoglycans in the mouse brain by using a liposome-assisted bioorthogonal reporter strategy.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 113 (19), 5173-5178 (2016).</li>
<li>Bansal, A., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocontrolled+nanoparticle+delivery+systems+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Photocontrolled nanoparticle delivery systems for biomedical applications.</a> Acc Chem Res. 47 (10), 3052-3060 (2014).</li>
<li>Yang, Y., Aw, J., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructures+for+NIR+light-controlled+therapies%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Nanostructures for NIR light-controlled therapies.</a> Nanoscale. 9 (11), 3698-3718 (2017).</li>
<li>Ai, X., Mu, J., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Advances+of+Light-Mediated+Theranostics%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Recent Advances of Light-Mediated Theranostics.</a> Theranostics. 6 (13), 2439-2457 (2016).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia.

W artykule przedstawiono metodę syntezy nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców (UCN) i modyfikacji ich powierzchni za pomocą funkcjonalnych ugrupowań do zastosowań komórkowych. Ten nowatorski nanomateriał ma wyjątkowe właściwości optyczne, które mogą emitować promieniowanie UV i światło widzialne po wzbudzeniu światła NIR w procesie konwersji wielu fotonów. W tym protokole nanostruktury UCN typu core-shell (NaYF4:Yb/Tm/Nd (30/0,5/1%)@NaYF4:Nd (20%)) są przygotowywane metodą wspó...

W ostatnich latach, nanokryształy domieszkowane lantanowców (UCNs) były szeroko stosowane jako alternatywa dla konwencjonalnych barwników organicznych i kropek kwantowych w zastosowaniach biomedycznych, które opierają się głównie na ich wyjątkowych właściwościach chemicznych i optycznych, w tym doskonałej biokompatybilności, wysokiej odporności na fotowybielanie i emisji o wąskim paśmie1,2,3. Co ważniejsze, mogą służyć jako obiecujący nanoprzetwornik o doskonałej głębokości penetracji tkanek in vivo, aby przekształcić wzbudzenie w bliskiej podczerwieni (NIR) w szeroki zakres emisji z obszarów UV, widzialnych i NIR w procesie konwersji wielu fotonów w górę4,5. Te unikalne właściwości sprawiają, że UCN domieszkowane lantanowcami służą jako szczególnie obiecujący wektor dla wykrywania biologicznego, obrazowania biomedycznego i chorób teranostyka6,7,8.
Ogólne składniki UCN są głównie oparte na domieszkowanych jonach lantanowców w izolującej matrycy gospodarza, zawierających uczulacz (np. Yb3+, Nd3+) i aktywator (np. Tm3+, Er3+, Ho3+) w krysztale jednorodnie9. Różna emisja optyczna z nanokryształów jest przypisywana zlokalizowanemu przejściu elektronowemu w obrębie 4 orbitalif domieszek lantanowców ze względu na ich drabinkowato ułożony poziom energii10. Dlatego tak ważne jest precyzyjne kontrolowanie wielkości i morfologii syntetyzowanych UCN z wieloskładnikowymi domieszkami lantanowców. Słusznie, pewne obiecujące metody przygotowania UCN domieszkowanych lantanowców zostały dobrze ugruntowane, w tym rozkład termiczny, współstrącanie w wysokiej temperaturze, synteza hydrotermalna, przetwarzanie zol-żel itp.11,12,13 Wśród tych podejść, metoda współstrącania w wysokiej temperaturze jest jedną z najpopularniejszych i najwygodniejszych strategii syntezy UCNs, która może być ściśle Kontrolowane w celu uzyskania pożądanych wysokiej jakości nanokryształów o jednolitym kształcie i rozkładzie wielkości w stosunkowo krótkim czasie reakcji i niskim koszcie14. Jednak większość nanostruktur syntetyzowanych tą metodą jest głównie pokryta hydrofobowymi ligandami, takimi jak kwas oleinowy i oleiloamina, które generalnie utrudniają ich dalszą bioaplikację ze względu na ograniczoną rozpuszczalność hydrofobowych ligandów w roztworze wodnym15. W związku z tym konieczne jest wykonanie odpowiednich technik modyfikacji powierzchni w celu przygotowania biokompatybilnych UCN w zastosowaniach biologicznych in vitro i in vivo.
Tutaj przedstawiamy szczegółową procedurę eksperymentalną syntezy nanostruktur UCN typu core-shell za pomocą metody współstrącania w wysokiej temperaturze oraz wykonalną technikę modyfikacji w celu funkcjonalizacji biokompatybilnego polimeru na powierzchni UCN do dalszych zastosowań komórkowych. Ta nanoplatforma UCNs zawiera trzy jony lantanowców (Yb3+, Nd3+ i Tm3+) do nanokryształów, aby uzyskać silną niebieską emisję (~ 480 nm) po wzbudzeniu światłem NIR przy 808 nm, co ma większą głębokość penetracji w żywej tkance. Powszechnie wiadomo, że UCN domieszkowane Nd3+ wykazują zminimalizowane efekty absorpcji wody i przegrzania w tym oknie widmowym (808 nm) w porównaniu z konwencjonalnymi UCN po napromieniowaniu 980 nm16,17,18. Ponadto, aby wykorzystać UCN w systemach biologicznych, hydrofobowe ligandy (kwas oleinowy) na powierzchni UCN są najpierw usuwane przez sonikację w roztworze kwasu19. Następnie UCN wolne od ligandów są dalej modyfikowane biokompatybilnym polimerem (kwas poliakrylowy, PAA), aby uzyskać doskonałą rozpuszczalność w roztworach wodnych20. Ponadto, jako dowód słuszności koncepcji w zastosowaniach komórkowych, hydrofilowe UCN są dalej funkcjonalizowane ligandami molekularnymi (dibenzylo cyklooktyn, DBCO) w celu specyficznej lokalizacji na błonie komórkowej znakowanej N3. Po napromieniowaniu światłem NIR (808 nm), emisja niebieskiego w górę przy 480 nm może skutecznie aktywować białko kanałowe bramkowane światłem, rodopsyny kanałowe-2 (ChR2), na powierzchni komórki, a tym samym ułatwić napływ kationów (np. jonu Ca2 +) przez błonę żywych komórek.
Ten protokół wideo dostarcza realnej metodologii syntezy UCN domieszkowanych lantanowcami, biokompatybilnej modyfikacji powierzchni i bioaplikacji UCN w żywych komórkach. Wszelkie różnice w technikach syntezy i odczynnikach chemicznych stosowanych we wzroście nanokryształów będą miały wpływ na rozkład wielkości, morfologię i widma luminescencji konwersji w górę (UCL) końcowych nanostruktur UCN stosowanych w eksperymentach komórkowych. Ten szczegółowy protokół wideo został przygotowany, aby pomóc nowym badaczom w tej dziedzinie poprawić odtwarzalność UCN za pomocą metody współstrącania w wysokiej temperaturze i uniknąć najczęstszych błędów w biokompatybilnej modyfikacji powierzchni UCN do dalszych zastosowań komórkowych.

<table><tbody><tr><td>1-oktadecenowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O806</td><td>Techniczny</td></tr><tr><td>kwas oleinowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525</td><td>Klasa techniczna</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A412</td><td>Klasa techniczna</td></tr><tr><td></td><td>Etanol Fisher Scientific</td><td>A405</td><td>Klasa techniczna</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific</td><td>A18</td><td>Klasa techniczna</td></tr><tr><td>Heksan</td><td>Sigma Aldrich</td><td>H292</td><td>Techniczny</td></tr><tr><td>hydrat octanu tulu (III) (Tm(CH3CO2)3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>367702</td><td>99,9% na bazie metali śladowych</td></tr><tr><td>Hydrat octanu neodymu (III) (Nd(CH3CO2)3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>325805</td><td>99,9% metali śladowych </td></tr><tr><td>Podstawa Octan iterbu (III) hydrat (Yb(CH3CO2)3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>326011</td><td>99,9% meta śladowa na bazie</td></tr><tr><td>octanu itru(III) hydrat (Y(CH3CO2)3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>326046</td><td>99,9% na bazie metali śladowych</td></tr><tr><td>Wodorotlenek sodu (NaOH)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5881</td><td>odczynnik Fluorek</td></tr><tr><td>amonu (NH4F)</td><td>Odczynnik Sigma Aldrich</td><td>338869</td><td>ACS</td></tr><tr><td>Chlorowodór (HCl)</td><td>Odczynnik Fisher Scientific</td><td>A144</td><td></td></tr><tr><td>kwas poliakrylowy (PAA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>323667</td><td>średnia Mw 1800</td></tr><tr><td>Hydrat 1-hydroksybenzotriazolu (HOBT)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>54802</td><td>Odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Chlorowodorek 1-etylo-3-(3-dimetyloaminopropylo)karbodimidu (EDC)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E7750</td><td>handlowy</td></tr><tr><td>Dibenzocyklooktynoamina (DBCO-NH2)</td><td>Odczynnik ACS Sigma Aldrich</td><td>761540</td><td></td></tr><tr><td>N,N-diizopropyloetyloamina (DIPEA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D125806</td><td>odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Dimetylosulfotlenek (DMSO)</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP231</td><td>Techniczna</td></tr><tr><td>linia komórkowa HEK293</td><td>ATCC</td><td>CRL-1573</td><td>ludzka embrionalna nerka</td></tr><tr><td>Płodowa surowica bydlęca (FBS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F1051</td><td>Odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Penicylina-Streptomycyna</td><td>Thermo Fisher</td><td>15140122</td><td>10 000 U / ml</td></tr><tr><td>plazmid (pCAGGS-ChR2-Venus)</td> <td>Addgene</td><td>15753</td><td>Plazmid wysyłany jako bakterie w agarze</td></tr><tr><td>Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)</td><td>Thermo Fisher</td><td>11965092</td><td></td></tr><tr><td>Opti-Modified Eagle Medium (MEM)</td><td>Thermo Fisher</td><td>51985034</td><td>Reduced Serum</td></tr> Media <tr><td>Lipofectamine 3000 Odczynnik do transfekcji</td><td>Thermo Fisher</td><td>L3000015</td><td>Transfekcja na bazie lipidów</td></tr><tr><td>N-azydoacetylomannosamina, acetylowana (Ac4ManNAz)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A7605</td><td>Odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA (0,25%)</td><td>Thermo Fisher</td><td>25200056</td><td>Czerwień fenolowa</td></tr><tr><td>Zestaw do obrazowania wapnia Rhod-3 AM</td><td>Thermo Fisher</td><td>R10145</td><td>Barwnik fluorescencyjny</td></tr><tr><td>5-karboksytetrametylodamino-azydek (Rhod-N3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>760757</td><td>Azide-fluor 545</td></tr><tr><td>Naczynie konfekcyjne</td><td>ibidi GmbH</td><td>81158</td><td>Szklane dno, 35 mm</td></tr><tr><td>Stożkowe probówki wirówkowe o pojemności 50 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>227261</td><td>Polipropylen</td></tr><tr><td>Stożkowe probówki wirówkowe o pojemności 15 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>188271</td><td>Polipropylenowe</td></tr><tr><td>1,5 ml stożkowe probówki wirówkowe</td><td>Greiner Bio-One</td><td>616201</td><td>Olej polipropylenowo-fenylometylosilikonowy</td></tr><tr><td></td><td>Clearco Products</td><td>63148-52-7</td><td>Mniej niż 320 stopni Celsjusza</td></tr><tr><td>Termometr szklany</td><td>GH Zeal</td><td>L0111/10</td><td>Od -10 do 360 stopni Celsjusza</td></tr><tr><td>Płytka 12-dołkowa</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z707775</td><td>Polistyren</td></tr></tbody></table>

synteza nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców w otoczce do zastosowań komórkowych

Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications

Nanokryształy (UCN) domieszkowane lantanowców przyciągnęły wiele uwagi w ostatnich latach ze względu na ich obiecujące i kontrolowane właściwości optyczne, które pozwalają na absorpcję światła bliskiej podczerwieni (NIR) i mogą następnie przekształcić je w multipleksowane emisje, które obejmują szeroki zakres obszarów od UV do widzialnego do NIR. W artykule przedstawiono szczegółowe procedury eksperymentalne wysokotemperaturowej syntezy współstrącania UCN typu core-shell, które wprowadzają różne jony lantanowców do nanokryształów w celu efektywnego przekształcania wzbudzenia NIR przenikającego głęboko w tkanki (808 nm) w silną emisję niebieską przy 480 nm. Kontrolując modyfikację powierzchni za pomocą biokompatybilnego polimeru (kwas poliakrylowy, PAA), tak przygotowane UCN uzyskuje doskonałą rozpuszczalność w roztworach buforowych. Hydrofilowe nanokryształy są dalej funkcjonalizowane specyficznymi ligandami (dibenzylcyklooktyn, DBCO) w celu lokalizacji na błonie komórkowej. Po napromieniowaniu światłem NIR (808 nm) emisja niebieskiego w górę może skutecznie aktywować białko kanału bramkowanego światłem na błonie komórkowej i specyficznie regulować napływ kationów (np. Ca2 +) do cytoplazmy. Protokół ten zapewnia wykonalną metodologię syntezy UCN domieszkowanych lantanowców typu core-shell, a następnie biokompatybilnej modyfikacji powierzchni do dalszych zastosowań komórkowych.

Schematyczny proces syntezy nanocząstek z konwersją w górę (UCNs) o strukturze rdzeń-powłoka domieszkowanych lantanowcami przedstawiono na Rysunku 1 oraz Rysunku 2. Obrazy z transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) oraz wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (HRTEM) nanostruktur UCNs w formie rdzenia i rdzeń-powłoka zostały zebrane odpowiednio na (Rysunku 1). Nanocząstki UCNs p...

Przedstawiono protokół syntezy nanokryształów (UCN) domieszkowanych lantanowców w skorupie rdzenia i ich komórkowych zastosowań do regulacji białek kanałowych przy oświetleniu światłem bliskiej podczerwieni (NIR).

Synteza nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców w otoczce do zastosowań komórkowych

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical ...

Ogólnym celem tej procedury jest synteza nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców w oparciu o podejście do współstrącania w wysokiej temperaturze oraz przeprowadzenie biokompatybilnych modyfikacji powierzchni, które umożliwią dalsze zastosowania komórkowe. W ciągu ostatnich kilku lat nasze laboratorium opracowało bardzo unikalną konwersję nanokryształów domieszkowaną lantanowców, która wykazała bardzo unikalne właściwości optyczne, dzięki czemu mogą absorbować światło podczerwone o dużej długości fali i zasadniczo przekształcać to światło w wielobarwne emisje w krótkim zakresie długości fal, w tym promieniowanie UV widzialne nawet w oknach światła podczerwonego. Tak unikalne struktury nanokrystaliczne wykazały bardzo obiecujące właściwości do zastosowań biomedycznych.Metoda ta zapewnia wykonalne podejście do syntezy nanostruktur konwersji w górę rdzenia-powłoki i ich biokompatybilnej techniki modyfikacji powierzchni do regulacji białek kanału błonowego bramki świetlnej po oświetleniu światłem w bliskiej podczerwieni. Aby rozpocząć procedurę, należy przygotować roztwory podstawowe kompleksów octanu pierwiastków ziem rzadkich w metanolu. Przygotuj 20 miligramów na mililitr roztworów wodorotlenku sodu i fluorku amonu w metanolu.Roztwory podstawowe należy przechowywać w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następnie odpipetować trzy mililitry kwasu oleinowego i siedem mililitrów 1-oktadecenu do 50-mililitrowej kolby okrągłodennej z trzema szyjkami. Dodaj do tego 1,089 mililitra roztworu octanu itru, 0,608 mililitra roztworu octanu iterbu, 83,6 mikrolitra roztworu octanu tulu i 128,5 mikrolitra roztworu octanu neodymu.Wyposaż kolbę w mieszadło i termometr. Podgrzać kolbę do 100 stopni Celsjusza w łaźni olejowej, mieszając, aż metanol odparuje. Następnie podłączyć kolbę do przewodu Schlenka i pompować kolbę przez dwie do trzech minut, aby usunąć resztki metanolu.Następnie umieścić kolbę w atmosferze azotu. Podgrzej mieszaninę reakcyjną w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez godzinę, mieszając z prędkością 700 obr./min. Następnie pozwól mieszaninie ostygnąć do temperatury pokojowej.Następnie umieść w 15-mililitrowej probówce wirówkowej dwa mililitry roztworu podstawowego wodorotlenku sodu i 2,965 mililitra roztworu podstawowego fluorku amonu. Szczelnie zamknij probówkę i mieszaj mieszaninę wodorotlenku sodu i fluorku amonu przez pięć sekund. W ciągu pięciu minut za pomocą szklanej pipety powoli dodawać mieszaninę wodorotlenku sodu i fluorku amonu do kolby reakcyjnej, mieszając.Następnie podgrzej mieszaninę reakcyjną do nie więcej niż 50 stopni Celsjusza. Trzymaj mieszaninę w tej temperaturze przez 30 minut. Następnie podgrzej mieszaninę do 100 stopni Celsjusza, aby odparować metanol.Podłączyć kolbę do przewodu Schlenka i usuwać resztki metanolu w próżni przez dwie do trzech minut. Napełnić kolbę azotem gazowym i podgrzać mieszaninę reakcyjną do 290 stopni Celsjusza w temperaturze pięciu stopni Celsjusza na minutę. Trzymaj mieszaninę w temperaturze lub nieco powyżej 290 stopni Celsjusza przez 1,5 godziny.Następnie pozwól mieszaninie ostygnąć do temperatury pokojowej, mieszając. Przenieś mieszaninę produktu do 50-mililitrowej probówki wirówkowej. Wypłucz pozostałość do probówki z 30 mililitrami etanolu.Odwirować mieszaninę 4 000 razy g przez osiem minut w temperaturze pokojowej. Odrzucić supernatant i rozproszyć ciała stałe w 10 mililitrach heksanów przez sonikację przez dwie minuty. Dodać 30 mililitrów etanolu do dyspersji, ponownie odwirować mieszaninę w tych samych warunkach i wyrzucić supernatant.Rozproszyć ciała stałe w pięciu mililitrach heksanów i przechowywać dyspersję w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Sprawdź przekonwertowaną w górę emisję roztworu UCNs typu core-shell po napromieniowaniu laserem 808 nm w ciemności. Aby rozpocząć przygotowywanie UCN modyfikowanych DBCO, umyj przygotowane nanokryształy rdzenia-powłoki w 30 mililitrach etanolu przez odwirowanie.Odrzucić supernatant i dodać 10 mililitrów wodnego roztworu kwasu solnego o pH cztery. Sonikować mieszaninę przez 30 minut, aby rozpuścić ciała stałe. Przenieść mieszaninę do szklanej fiolki i energicznie mieszać przez dwie godziny.Następnie umyj mieszaninę czterema 30-mililitrowymi porcjami eteru dietylowego. Połącz frakcje eterowe i odłóż na bok umytą warstwę wodną. Odzyskaj śladowe UCN wolne od ligandów z warstw eteru za pomocą 10 mililitrów wody dejonizowanej i połącz warstwy wodne.Dodaj 20 mililitrów acetonu do połączonych warstw wodnych i mieszaj mieszaninę przez pięć sekund. Odwirować mieszaninę 35 000 razy g przez 10 minut. Odrzucić supernatant i rozpuścić osad w dwóch mililitrach wody dejonizowanej, aby otrzymać roztwór UCN wolnych od ligandów.Następnie rozpuść 200 miligramów kwasu poliakrylowego w 20 mililitrach wody dejonizowanej za pomocą sonikacji przez 20 minut. Dodaj do tego roztwór UCN wolnych od ligandów, energicznie mieszając. Doprowadzić pH mieszaniny do 7,4 za pomocą jednomolowego roztworu wodorotlenku sodu.Sonikuj mieszaninę przez 30 minut i mieszaj mieszaninę przez 24 godziny w temperaturze pokojowej. Następnie odwirować mieszaninę 35 000 razy g przez 10 minut. Umyj ciała stałe przez odwirowanie w 10 mililitrach dejonizowanej wody cztery razy.Rozproszyć umyte ciała stałe w ośmiu mililitrach wody dejonizowanej, aby uzyskać 10 miligramów na mililitr roztworu UCN modyfikowanych polimerami. Odwirować jeden miligram modyfikowanych polimerami UCN w ilości 35 000 razy g przez 10 minut. Pozostały roztwór przechowywać w temperaturze czterech stopni Celsjusza.Umyj ciała stałe przez trzykrotne odwirowanie w jednomililitrowych porcjach suchego DMF. Następnie rozpuść osad w 200 mikrolitrach suchego DMF. Dodaj do tego roztworu 12,2 miligrama HOBT, 14 miligramów EDC, pięć miligramów DBCO-aminy i 16 mikrolitrów DIPEA.Mieszaj mieszaninę w temperaturze pokojowej przez 24 godziny. Następnie odwiruj mieszaninę przez 10 minut w temperaturze 35 000 razy g. Umyj ciała stałe cztery razy przez odwirowanie w jednomililitrowych porcjach DMSO.Rozproszyć UCN zmodyfikowane DBCO w 0,2 mililitra DMSO i przechowywać dyspersję w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Najpierw wysiewaj raz po 10 piąte komórki HEK293 na 12-dołkowej płytce i inkubuj komórki w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 24 godziny. Następnie w probówce do mikrowirówek połącz jeden mikrogram wybranego plazmidu z dwoma mikrolitrami środka do transfekcji P3000 w 100 mikrolitrach MEM.W innej probówce do mikrowirówek połącz 1,5 mikrolitra odczynnika do transfekcji ze 100 mikrolitrami MEM. Inkubować obie mieszaniny w temperaturze pokojowej przez 10 minut. Następnie połącz mieszaniny i dodaj 400 mikrolitrów MEM o niskiej surowicy.Następnie dwukrotnie przemyj inkubowane komórki jednomililitrowymi porcjami DMEM bez surowicy. Rozprowadzić 600-mikrolitrową mieszaninę transfekcji do dołków 12-dołkowej płytki. Inkubuj komórki w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez cztery godziny.Następnie usuń pożywkę i umyj komórki dwukrotnie jednomililitrowymi porcjami DMEM. Rozprowadzić między studzienkami jeden mililitr tetra-acetylowanego roztworu N-azydoacetylo-mannozaminy w DMEM. Inkubuj komórki w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez dwa dni.Następnie umyj, trypsynizuj i ponownie zakulturuj komórki w naczyniu konfokalnym przez noc. Następnie zastąp pożywkę jednym mililitrem świeżego DMEM zawierającego dwa mikrolitry 50-miligramowego na mililitr roztworu DBCO-UCN. Inkubować komórki w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez dwie godziny i dwukrotnie umyć komórki DMEM.Wyłącz światło dygestorium i dodaj odpowiednie roztwory buforowe dienu do komórek w celu obrazowania wapnia i inkubuj komórki przez 30 minut w ciemności. Umyj komórki DMEM bez surowicy. Naświetl ogniwa światłem bliskiej podczerwieni o długości 808 nanometrów o mocy 0,8 wata na centymetr kwadratowy.Naprzemiennie naświetlać przez pięć minut z pięciominutowymi przerwami, aż komórki będą napromieniane przez 20 minut. Zobrazuj komórki za pomocą mikroskopu konfokalnego. Transmisyjna mikroskopia elektronowa UCN rdzenia i rdzenia-powłoki wykazała kuliste struktury o grubości powłoki około pięciu nanometrów.TEM o wysokiej rozdzielczości wykazał odstępy d zgodne z wysoce skrystalizowanymi nanostrukturami. Po modyfikacji powierzchni UCN łatwo zdyspergowały się w roztworze buforowym. Dynamiczne rozpraszanie światła wykazało, że średnica hydrodynamiczna DBCO-UCN w roztworze wodnym wynosi około 96 nanometrów.Potencjały zeta UCN modyfikowanych PAA i DBCO wskazują na ujemnie naładowane powierzchnie, co jest zgodne z rozpuszczalnością i stabilnością w wodnych roztworach buforowych. Testy emisji w górę wykazały, że UCN modyfikowane przez PAA i DBCO miały takie same wzorce emisji jak UCN z rdzeniem podstawowym, gdy były napromieniowane światłem o długości fali 808 nanometrów. Znakowane azydem komórki HEK293 z ekspresją białek kanałowych bramkowanych światłem wykorzystano do przetestowania biozastosowań DBCO-UCN.Lokalizacja UCN na znacznikach azydku została przypisana grupom DBCO zabarwionym barwnikiem zawierającym azydek. Kiedy komórki te były wystawione na działanie światła bliskiej podczerwieni, DBCO-UCN ułatwiały przepływ jonów wapnia przez błonę komórkową, jak wykazano za pomocą obrazowania konfokalnego i cytometrii przepływowej z fluorescencyjnym wskaźnikiem wapnia. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przygotować nanokryształy konwersji rdzenia-powłoki z biokompatybilną modyfikacją powierzchni i ich dalszymi zastosowaniami biologicznymi w celu aktywacji kanału jonowego bramkowanego światłem w żywych komórkach, postępując zgodnie z tą procedurą.

synthesis-core-shell-lanthanide-doped-upconversion-nanocrystals-for

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Szczegóły protokołu są dostępne dla in vitro znakowania ludzkich embrionalnych komórek macierzystych za pomocą nanocząsteczek generujących drugą harmoniczną. Przedstawiono również metodyki badania hESC za pomocą mikroskopii wielofotonowej i ich różnicowania w klastry sercowe.

Nanocząstki harmoniczne w badaniach regeneracyjnych

Organiczne cząsteczki barwnika i nanocząstki nanocząsteczkowe pokryte kwasem oleinowym nie są rozpuszczalne w wodzie. Protokół ten opisuje metodę "plug and play", która umożliwia przenoszenie cząsteczek barwnika organicznego i przekształcanie cząstek w górę z ich początkowego rozpuszczalnika hydrofobowego do wody.

Metoda "plug and play" do tworzenia dyspergowalnych w wodzie nanozespołów zawierających amfifilowy polimer, barwniki organiczne i nanocząstki przekształcające się w górę

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

W tym protokole, kinaza białkowa A (PKA), bioefektor transdukcji sygnału komórkowego, została unieruchomiona na powierzchni nanocząsteczki, mikrowstrzyknięta do cytozolu i aktywowana przez przekonwertowane światło UV z bliskiej podczerwieni (NIR), indukując rozpad włókien naprężeniowych w cytozolu.

Zintegrowany system do zdalnego wyzwalania wewnątrzkomórkowej transdukcji sygnału poprzez fotoaktywację kinazy za pośrednictwem nanocząstek w górę

Przedstawiono procedury wytwarzania wysoce reagujących magnetycznie zespołów polimolekularnych chelatujących jony lantanowców. Odpowiedź magnetyczna jest podyktowana rozmiarem zespołu, który jest dostosowywany przez wytłaczanie przez membrany nanoporowe. Podatność magnetyczna zespołów i zmiany strukturalne wywołane temperaturą są monitorowane za pomocą pomiarów dwójłomności, techniki uzupełniającej magnetyczny rezonans jądrowy i rozpraszanie neutronów pod małym kątem.

Procedury produkcyjne i pomiary dwójłomności do projektowania magnetycznie reagujących zespołów fosfolipidów chelatujących jony lantanowców

Tutaj prezentujemy protokół do uzyskiwania luminescencyjnych danych obrazowania hiperspektralnego oraz do analizy cech anizotropii optycznej monokryształów na bazie lantanowców za pomocą Systemu Obrazowania Hiperspektralnego.

Obrazowanie hiperspektralne jako narzędzie do badania anizotropii optycznej w monokryształach molekularnych na bazie lantanowców

Ten protokół szczegółowo opisuje syntezę nanokapsułek do późniejszego wykorzystania w żywicach fotopolimeryzowalnych do wolumetrycznego druku 3D z ułatwioną fuzją trypletową.

Synteza nanokapsułek Triplet Fusion Upconversion

Tutaj demonstrujemy protokół dwuetapowej syntezy monokrystalicznych powłok rdzeniowych przy użyciu nieizostrukturalnej pary struktur metaloorganicznych (MOF), HKUST-1 i MOF-5, które mają dobrze dopasowane sieci krystaliczne.

Synteza monokrystalicznych struktur metaloorganicznych typu rdzeń-powłoka

Przedstawiono protokół syntezy trwałych nanomateriałów luminescencyjnych (PLNP) i ich potencjalnych zastosowań w wyświetlaczach wielokrotnego zapisu i przetwarzaniu artystycznym wykorzystującym efekt poświaty pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (365 nm).

Synteza trwałych nanocząstek luminescencyjnych do wyświetlaczy wielokrotnego zapisu i zastosowań oświetleniowych

Niniejsze badanie bada standardowe pomiary optyczne dwóch trwałych luminescencyjnych ceramik: SAO-B (niebieski) i SAO-G (zielony), takie jak termoluminescencja (TL) i trwała luminescencja (PersL). Poprzez kontrolowanie głębokości pułapki elektronowej, praca ta wprowadza innowacyjne metody przeciwdziałanie fałszerstwom "rozwiązywanym temperaturowo" i "rozdzielczemu w czasie".

Fazowo zależna kontrola głębokości pułapki i trwałej luminescencji w lumianowych fosforach strontu

Poznaj syntezę nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowcami metodą współstrącania w wysokiej temperaturze. Technika ta umożliwia modyfikacje powierzchniowe do zastosowań biomedycznych i regulacji białek kanałowych.

Synteza nanokryształów konwersji w górę domieszkowanych lantanowców w otoczce do zastosowań komórkowych

Przeglądaj więcej filmów