Waiting
Login processing...

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

Chemistry

סינתזה של ליבה-קליפה מסטול לנתניד Upconversion Nanocrystals עבור אפליקציות לסלולר

Published: November 10, 2017 doi: 10.3791/56416
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1,2
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)

Summary

פרוטוקול מוצג הסינתזה של ליבה-קליפה מסטול לנתניד upconversion nanocrystals (UCNs) והיישומים הסלולר שלהם עבור ערוץ חלבון רגולציה על תאורה אור אינפרא אדום (ניר).

Abstract

לנתניד מסטול upconversion nanocrystals (UCNs) משכו תשומת לב רבה בשנים האחרונות על בסיס מבטיח, לשליטה אופטי המאפיינים שלהם, אשר מאפשרים קליטת אור אינפרא אדום (ניר), לאחר מכן באפשרותך להמיר אותו לתוך מרובב פליטת המתפרסים על פני טווח רחב של אזורים מן UV כדי גלוי ניר. מאמר זה מציג הליכים מפורטים ניסיוני של משקעים משותף טמפרטורה גבוהה סינתזה של ליבה-קליפה UCNs זה לשלב יונים שונים לנתניד nanocrystals להמרת ביעילות רקמות עמוק נחדרת ניר עירור (808 ננומטר) לתוך פליטה כחול חזק-480 ננומטר. על ידי שליטה של השינוי משטח עם מסתיימים פולימר (חומצה polyacrylic, במספר דוכנים), UCNs כמו איך מכינים רוכש מסיסות נהדר מאגר פתרונות. Nanocrystals הידרופילית נוסף functionalized עם ליגנדים ספציפיים (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) עבור לוקליזציה על קרום התא. על אור ניר (808 ננומטר) הקרנה, הפליטה upconverted כחול ביעילות ולהפעיל את החלבון ערוץ ממותגת אור על קרום התא או במיוחד לווסת את זרם הקטיון (למשל, Ca2 +) בציטופלסמה. פרוטוקול זה מספק מתודולוגיה ריאלי לסינתזה של ליבה-קליפה מסטול לנתניד UCNs, שינוי פני השטח מסתיימים עוקבות עבור עוד אפליקציות לסלולר.

Introduction

בשנים האחרונות, upconversion מסטול לנתניד nanocrystals (UCNs) היה בשימוש נרחב כחלופה צבע אורגני קונבנציונלי ו נקודות קוונטיות ביישומים הביו-רפואי, אשר מבוססים בעיקר על כימיקלים מצטיינים, התכונות האופטיות שלהם, כולל הביו מעולה, עמידות גבוהה photobleaching ורוחב פס צר פליטה1,2,3. ויותר חשוב, הם יכול לשמש nanotransducer מבטיח עם רקמות מצוינת חדירה לעומק ויוו להמיר אינפרא אדום עירור (ניר) לתוך טווח רחב של פליטת UV, גלוי, ואת האזורים ניר דרך פוטון מרובה תהליך upconversion4,5. המאפיינים הייחודיים להפוך UCNs מסטול לנתניד לשמש וקטור מבטיח במיוחד חישה ביולוגיים, ביו דימות של מחלות theranostics6,7,8.

הרכיבים כללי של UCNs מבוססים בעיקר על היונים לנתניד מסומם המטריצה מארח בידודית הכולל של sensitizer (למשל, י. ב3 +, Nd3 +) activator (למשל, Tm3 +, Er3 +, הו 3 +) בתוך הקריסטל homogeneously9. הפליטה אופטי שונה מן nanocrystals מיוחס המעבר אלקטרונית מקומי בתוך המסלוליםf 4 dopants לנתניד עקב שלהם רמת האנרגיה מסודרים כמו סולם10. לכן, חיוני לשלוט במדויק את גודל ואת המורפולוגיה של UCNs מעוצבות עם לנתניד ל dopants. מאת נכון, כמה שיטות מבטיח טוב הוקמו עבור הכנת UCNs לנתניד מסטול, לרבות פירוק תרמי, משקעים משותף טמפרטורה גבוהה, סינתזה הידרותרמי, עיבוד סול-ג'ל, ועוד11 , 12 , 13 בין הגישות הללו השיטה משקעים משותף טמפרטורה גבוהה הוא אחד הכי פופולריים ונוחים אסטרטגיות סינתזה UCNs, אשר יכול להיות נשלט בקפדנות כדי להכין nanocrystals הרצוי באיכות גבוהה עם צורה אחידה, התפלגות זמן תגובה קצר יחסית, בעלות נמוכה14. עם זאת, רוב nanostructures מסונתז על ידי שיטה זו בעיקר מכוסה ליגנדים הידרופובי כגון חומצה אולאית, oleylamine, אשר בדרך כלל להפריע שלהם bioapplication נוסף בשל המוגבלת של ליגנד הידרופובי מסיסות בתמיסה המימית 15. לכן, יש צורך לבצע טכניקות שינוי פני השטח מתאים להכין UCNs מסתיימים יישומים ביולוגיות vitro בתוך ו ויוו.

במסמך זה, אנו מציגים בהליך ניסיוני מפורט לסינתזה של ליבה-קליפה UCNs nanostructures באמצעות שיטת משקעים משותף טמפרטורה גבוהה, טכניקה שינוי ריאלי functionalize פולימר מסתיימים על השטח UCNs עבור עוד אפליקציות לסלולר. זה nanoplatform UCNs מובהקים שלוש יונים לנתניד (י. ב3 +, Nd3 +ו- Tm3 +) nanocrystals לרכוש פליטה כחול חזק (~ 480 ננומטר) על עירור אור ניר-808 nm, שבו יש יותר עומק החדירה ב רקמה חיה. ידוע כי Nd3 +-UCNs מסומם להציג אפקטים הקליטה של התחממות יתר המים ממוזער בכל חלון ספקטרלי זה (808 ננומטר) לעומת UCNs המקובלת על 980 nm הקרנה16,17, 18. יתר על כן, כדי לנצל את UCNs במערכות ביולוגיות, ליגנדים הידרופובי (חומצה אולאית) על פני השטח של UCNs ראשית יוסרו על ידי sonication תמיסה חומצית19. אז UCNs ללא ליגנד לשינוי נוסף עם פולימר מסתיימים (חומצה polyacrylic, במספר דוכנים) לרכוש מסיסות נהדר פתרונות מימית20. יתרה מזאת, כמושג הוכחה-של-ביישומים הסלולר, UCNs הידרופיליות הם functionalized עוד יותר עם ליגנדים מולקולרית (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) בלוקאליזציה ספציפי על N3-מתויג קרום התא. על אור ניר (808 ננומטר) הקרנה, הפליטה upconverted הכחול-480 ננומטר ביעילות ולהפעיל חלבון ערוץ ממותגת אור, channelrhodopsins-2 (ChR2), על פני התא או ובכך להקל על זרם הקטיון (למשל, Ca2 + יון) על פני הקרום של תאים חיים.

פרוטוקול וידאו זה מספק מתודולוגיה ריאלי עבור מסטול לנתניד סינתזה UCNs, שינוי פני השטח מסתיימים UCNs bioapplication בתאים חיים. כל ההבדלים טכניקות סינתזה, ריאקטיבים כימיים המשמשים nanocrystal צמיחה השפעה על גודל הפצה, מורפולוגיה, upconversion הפריה חוץ גופית (UCL) הספקטרום של nanostructures UCNs הסופי נעשה שימוש בניסויים תא. פרוטוקול וידאו מפורט זה מוכן לעזור חוקרים חדשים בתחום זה לשפר את הפארמצבטית של UCNs עם השיטה משקעים משותף טמפרטורה גבוהה ולהימנע מן הטעויות הנפוצות ביותר ב- UCNs שינוי פני השטח מסתיימים עבור עוד יותר אפליקציות לסלולר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

אזהרה: נא היוועץ כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. נא להשתמש כל נוהלי בטיחות המתאים בעת ביצוע הסינתזה של UCNs בטמפרטורה גבוהה (~ 290 ° C), כולל השימוש של פקדים הנדסה (fume הוד), ציוד מגן אישי (למשל, בטיחות משקפי מגן, כפפות, חלוק המעבדה מכנסיים באורך מלא, ונעליים סגורות).

1. סינתזה של NaYF 4: י. ב/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: nanocrystals ליבה-קליפה Nd(20%)

  1. סינתזה של NaYF 4: ננו-מבנה ליבה Yb/Tm/Nd(30/0.5/1%)
    1. הכנה של רי (CH 3 CO 2) 3, 4 F NaOH, NH מתנול פתרון מניות
      הערה: נדיר-earth (מחדש) לנתניד יונים כוללים איטריום (Y), איטרביום (י. ב), Thulium (Tm), ניאודימיום (Nd).
      1. לפזר 500 מ"ג Yttrium(III) אצטט מימה ב 5 מ ל מתנול (100 מ"ג/מ"ל), 250 מ ג מימה אצטט איטרביום (III) ב 5 מ ל מתנול (50 מ"ג/מ"ל), 10 מ ג מימה אצטט תוליום (III) ב 1 מ"ל מתנול (10 mg/mL), ו- 10 מ ג מימה אצטט ניאודימיום (III) ב 1 מ"ל מהטה נול (10 מ"ג/מ"ל) בצלוחיות זכוכית עם ניקוי באמבט אולטרא עבור 2 דק
      2. לשלב 400 מ"ג NaOH בשפופרת צנטרפוגה 50 מ עם 20 מ ל מתנול עם ניקוי באמבט אולטרא להכין פתרון מניות NaOH (20 מ"ג/מ"ל).
      3. לשלב 600 מ"ג NH 4 F בשפופרת צנטרפוגה 50 מ עם מתנול 30 מ עם ניקוי באמבט אולטרא להכין NH 4 נ מניות פתרון (20 מ"ג/מ"ל).
        הערה: הנח הפתרון מניות של מתחמי לנתניד NaOH, NH 4 F בצלוחיות זכוכית, חותם עם מצלמות-מיקרוסקופים ולאחסן אותם במקרר ב ~ 4 ° C עד שהוא נדרש. הפתרונות מניות מתנול מוכן מוחלפים אחת לשבועיים.
    2. הכנה של NaYF 4: י. ב/Tm/Nd ננו-מבנה ליבה
      1. פיפטה 3 מ"ל של חומצה אולאית, 7 מ ל 1-octadecene לתוך בקבוקון 3-צוואר 50-mL-
        2. פתרון
      2. 1.089 לשלב מ"ל של Y (CH 3 CO 2) 3 מניות הפתרון, 0.608 מ של י. ב (CH 3 CO 2) 3 מניות הפתרון, µL 83.6 של המניה 3 (CH 3 CO 2) Tm, ו µL 128.5 של Nd (CH 3 CO 2) 3 מניות הפתרון לתוך הבקבוק.
      3. להשתלב מד חום (0 - 360 מעלות צלזיוס טווח) הבקבוקון ולתת את קצהו לגעת הפתרון. מקם את הבקבוק. את מיכל הזכוכית עם שמן סיליקון phenylmethyl.
      4. חום הפתרון עד 100 ° C עם צלחת חמה מתמוססות הנחה מתנול. להתחבר schlenk ב קו עם יריעה ואקום כפול/גז כדי להסיר את שאריות מתנול ולשמור את תערובת התגובה תחת ואקום למשך 2-3 דקות תוך כדי ערבוב את הבקבוקון.
      5. מעלה את הטמפרטורה עד 150 ° C ולשמור את החום במשך 60 דק. שמור על מהירות מלהיב של 700 סל ד במהלך הסינתזה.
        הערה: הגדרת בינונית תוך ערבוב במהירות כדי למנוע מתיז הפתרון.
      6. לעצור את הכיריים ולשמור את הבקבוקון בטמפרטורת החדר, כדי לאפשר את הפתרון להתקרר לאט.
        הערה: הפרוטוקול אפשר לעצור כאן.
      7. לשלב 2 מ"ל NaOH-נמכרים מניות פתרון ו- mL 2.965 של NH-4 פתרון מניות F-מתנול לתוך שפופרת צנטרפוגה 15 מ"ל. להדק את הצינור עם הכובע שלו ולערבב את הפתרון על-ידי vortexing רב עוצמה עבור 5 ס
      8. הוסף התערובת F 4 NaOH-NH לאט לתוך הבקבוק מאת פיפטה מזכוכית מעל 5 דק.
      9. מעלה את הטמפרטורה של התערובת עד 50 מעלות צלזיוס ולשמור את החום במשך 30 דקות
        הערה: הגדרת את הטמפרטורה ב יותר מ 50 ° C בגלל הטמפרטורה הגבוהה יקדם את קריסטל התגרענות וצמיחה.
      10. מעלה את הטמפרטורה (~ 100 ° C) להתאדות הנחה מתנול ולחבר את הבקבוקון לקו schlenk עם יריעה ואקום כפול/גז כדי להסיר את שאריות מתנול ולשמור את תערובת התגובה תחת ואקום במשך 2-3 דקות
      11. להחליף את המיקום של צימוד למלא את הבקבוק עם חנקן-
      12. להגדיל הטמפרטורה עד 290 ° C בקצב חימום של ~ 5 ° C לדקה לשמור את התערובת התגובה ב 290 ° C עבור ה 1.5
      13. לעצור את הכיריים ולהסיר את הבקבוק כדי לאפשר את תערובת התגובה להתקרר לאט הטמפרטורה בחדר תוך כדי ערבוב.
        התראה: להיות זהיר של הכיריים עם טמפרטורה גבוהה (> 400 מעלות צלזיוס) כדי למנוע כוויות חמורות בעת מגע עם העור.
      14. להעביר את התערובת בתוך הבקבוק לתוך שפופרת צנטרפוגה 50 מ. לשטוף את הבקבוק עם 30 מ של אתנול ולהעביר את הפתרון הצינור צנטריפוגה.
      15. Centrifuge את המוצר ב 4,000 g × במשך 8 דקות בטמפרטורת החדר ולמחוק את תגובת שיקוע.
      16. להוסיף 10 מ ל הקסאן צנטריפוגה שפופרת, לפזר מחדש המוצר עם sonication (60 kHz, 240 W) עבור 2 דק.
      17. להוסיף 30 מ של אתנול ברכבת התחתית. ספין למטה המוצר ב 4,000 g × במשך 8 דקות ולאחר מכן למחוק את תגובת שיקוע.
      18. לפזר מחדש את המוצרים מוצק בחלקו התחתון של צינור צנטריפוגה עם 5 מ"ל הקסאן. לאחסן את הפתרון במקרר ב ~ 4 ° C עבור שלב נוסף-
        הערה: פליטת upconversion ליבה-קליפה UCNs נבדק על ידי בין הפתרונות עם 808 ננומטר לייזר (2 W).
  2. הכנה של NaYF 4: י. ב/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: nanocrystals ליבה-קליפה Nd(20%)
    1. לשלב 3 מ"ל של חומצה אולאית, 7 מ ל 1-octadecene לתוך בקבוקון 3-צוואר 50-mL. להוסיף 1.082 מ"ל של הפתרון מניות של 3 Y (CH 3 CO 2) ו- mL 2.87 של הפתרון מניות של 3 Nd (CH 3 CO 2) לתוך הבקבוק.
    2. להוסיף את ננו-מבנה ליבה שהושג (80 מ ג ב- 5 מ"ל הקסאן מהשלב 1.1.2.18) לתוך הבקבוק תוך כדי ערבוב.
    3. להשתלב מד חום (0 - 360 מעלות צלזיוס טווח) הבקבוקון ולתת את קצהו לגעת את התערובת. מקם את הבקבוק. את מיכל הזכוכית עם שמן סיליקון phenylmethyl.
    4. מחממים את התערובת ב 100 מעלות צלזיוס על פלטה מתמוססות מתנול, הקסאן. להתחבר schlenk ב קו עם יריעה ואקום כפול/גז כדי להסיר הממס שיורית ולשמור את תערובת התגובה תחת ואקום למשך 2-3 דקות תוך כדי ערבוב את הבקבוקון.
    5. מעלה את הטמפרטורה עד 150 ° C ולשמור אותו במשך 60 דק שמור על המהירות מלהיב-700 סל ד בסינתזה.
      הערה: הגדרת בינונית תוך ערבוב במהירות כדי למנוע מתיז הפתרון.
    6. לעצור את הכיריים ולהסיר את הבקבוק כדי לאפשר את הפתרון להתקרר לאט בטמפרטורת החדר.
      הערה: הפרוטוקול אפשר לעצור כאן.
      7. פתרון מניות
    7. פיפטה 2 מ"ל NaOH-נמכרים ו- mL 2.965 של NH-4 פתרון מניות F-מתנול לתוך שפופרת צנטרפוגה 15 מ"ל. להדק את הצינור עם הכובע שלו ולערבב את הפתרון על-ידי vortexing רב עוצמה עבור 5 ס
    8. הוסף התערובת לתוך הבקבוק מאת פיפטה מזכוכית לאט במשך 5 דק.
    9. מעלה את הטמפרטורה של התערובת עד 50 מעלות צלזיוס ולשמור אותו ב 50 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות
      הערה: הגדרת מ 50 ° C הטמפרטורה בגלל הטמפרטורה הגבוהה יקדם את קריסטל התגרענות וצמיחה.
    10. מעלה את הטמפרטורה (~ 100 ° C) להתאדות הנחה מתנול ולחבר את הבקבוקון לקו schlenk עם יריעה ואקום כפול/גז כדי להסיר את שאריות, מתנול, לשמור את התערובת התגובה תחת ואקום במשך 2-3 דק
    11. להחליף את המיקום של צימוד למלא את הבקבוק עם חנקן-
    12. מעלה את הטמפרטורה עד 290 ° C בקצב חימום של ~ 5 ° C לדקה לשמור את התערובת התגובה ב 290 ° C עבור ה 1.5
    13. לעצור את הכיריים ולהסיר את הבקבוק כדי לאפשר את תערובת התגובה להתקרר לאט בטמפרטורת החדר תוך כדי ערבוב.
      התראה: להיות זהיר של הכיריים עם טמפרטורה גבוהה (> 400 מעלות צלזיוס) כדי למנוע כוויות חמורות בעת מגע עם העור.
    14. להעביר את התערובת בתוך הבקבוק לתוך שפופרת צנטרפוגה 50 מ. לשטוף את הבקבוק עם 30 מ של אתנול ולהעביר את הפתרון הצינור צנטריפוגה.
    15. Centrifuge את המוצר ב 4,000 g × במשך 8 דקות בטמפרטורת החדר ולמחוק את תגובת שיקוע.
    16. להוסיף 10 מ ל הקסאן צנטריפוגה שפופרת, לפזר מחדש המוצר עם sonication (60 kHz, 240 W) עבור 2 דק.
    17. להוסיף 30 מ של אתנול ברכבת התחתית. ספין למטה המוצר ב 4,000 g × במשך 8 דקות ולאחר מכן למחוק את תגובת שיקוע.
    18. לפזר מחדש את המוצרים מוצק בחלקו התחתון של צינור צנטריפוגה עם 5 מ"ל הקסאן. לאחסן את הפתרון במקרר ב ~ 4 ° C עד הצורך.
      הערה: פליטת upconversion ליבה-קליפה UCNs נבדק על ידי בין הפתרונות עם 808 ננומטר לייזר (2 W).

2. סינתזה של מסתיימים UCNs Nanostructures

  1. הכנה של ליגנד חופשי nanoparticle UCNs
    1. לשלב 30 מ"ל אתנול עם איך מכינים הכתיר אולאט UCNs הפתרון (שלב 1.2.18) בשפופרת צנטרפוגה 50 מ ל. Centrifuge את התערובת ב 4,000 g × במשך 8 דקות בטמפרטורת החדר ולמחוק את תגובת שיקוע.
    2. לשלב 10 מ ל תמיסה מימית חומצה (ה-pH = 4) מותאם על ידי HCl (0.1 M) עם התמיסה בצינור צנטריפוגה 50 מ ל, לפזר את התמיסה על ידי sonication (60 kHz, 240 W) במשך 30 דקות
    3. העברת הפתרון בכוס בקבוקון עם נמרצת זע עבור ה 2
    4. לחלץ את תמיסה מימית עם 30 מ ל דיאתיל אתר כדי להסיר את חומצה אולאית, חוזר שלוש פעמים.
    5. להוסיף 10 מ ל מים הרבדים אתר משולב עם טלטול עדין.
    6. לאסוף את מימית שלב ביחד (20 מ ל) ולהוסיף 20 מ ל אצטון עם vortexing 5 ס
    7. ספין למטה את המוצר ב 35,000 g × 10 דקות ולאחר מכן למחוק את תגובת שיקוע. להמיס את התמיסה במים 2 מ"ל.
  2. הכנה של פולימר שונה UCNs (על-UCNs)
    1. לשלב 200 מ ג של חומצה polyacrylic (במספר דוכנים, Mw = 1,800) עם 20 מ ל מים על ידי sonication (60 kHz, 240 W) במשך 20 דקות להוסיף את UCNs הנ ל ללא ליגנד בפתרון במספר דוכנים עם בחישה נמרצת.
    2. להתאים את ערך ה-pH 7.4 על-ידי פתרון NaOH (1 מ') עם sonication (60 kHz, 240 W) עבור 30 דקות להעסיק את התערובת במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר תוך כדי ערבוב.
    3. לאסוף את התמיסה על ידי צנטריפוגה ב 35,000 × g עבור 10 דקות מחדש להשעות את המוצר ב- 10 מ"ל מים על ידי sonication (60 kHz, 240 W) במשך 5 דקות, צנטריפוגה שוב ב 35,000 g × במשך 10 דקות חזור על שלב זה שלוש פעמים.
    4. מחדש לפזר את המוצר 8 מ ל מים על ידי sonication (60 kHz, 240 W) עבור 5 דק לאחסן את הפתרון במקרר ב ~ 4 ° C עד הצורך.
  3. הכנת פונקציונלי nanoparticle DBCO-UCNs
    1. ספין למטה איך מכינים PAA@UCNs (מ ג 1) על ידי צנטריפוגה ב 35,000 × g עבור 10 דקות מחדש להשעות את התמיסה ב 1 מ"ל יבש DMF מאת sonication (60 kHz, 240 W) עבור 1 דקות ו צנטריפוגה שוב ב 35,000 × g עבור 10 דקות חזור על שלב זה פעמיים.
    2. להמיס התמיסה ב 200 µL יבש DMF בבקבוקון זכוכית. להוסיף HOBT (12.2 מ ג), EDC (14 מ ג), DBCO-NH 2 (5 מ ג) ו- DIPEA (16 µL) בבקבוקון עם ערבוב מגנטי עבור ה 24
    3. לאסוף את המוצר על ידי צנטריפוגה ב 35,000 × g עבור 10 דקות להסיר את תגובת שיקוע והשהה מחדש את התמיסה ב 1 מ"ל דימתיל סולפוקסיד צנטריפוגה שוב ב 35,000 g × במשך 10 דקות חזור על שלב זה שלוש פעמים.
    4. לפזר את המוצר ב- 0.2 מ"ל דימתיל סולפוקסיד וחנות במקרר-~ 4 ° C לפני השימוש.

3. Bioapplications של DBCO-UCNs בערוצים רגולציה של קרום בתאים חיים

  1. תרבות HEK293 התאים Dulbecco ' s נשר שונה ' s בינוני (DMEM) בתוספת 10% FBS, 100 יחידות/mL פניצילין, µg 100/mL סטרפטומיצין, לשמור על חממה humidified עם 5% CO 2-37 ° C. זרע 1 × 10 5 תאים 1 מ"ל DMEM/טוב בצלחת 12-ובכן ולשמור אותו בחממה עבור ה 24
  2. לשלב את פלסמיד (pCAGGS-ChR2-ונוס, 1 µg) עם ריאגנט תרביות תאים P3000 (2 µL) הנשר ' s מינימום הכרחי מדיה (מאמ) (100 µL) ב microcentrifuge הצינור A, ולהוסיף תקנים ריאגנט (1.5 µL) במם (100 µL) בצינור ב'
  3. דגירה התערובת של פתרונות צינורות A ו- B 10 דקות בטמפרטורת החדר.
  4. לשלב את הפתרון ב שפופרת A ו- B עם 400 µL מם. לשטוף את התאים עם 1 מ"ל DMEM ללא סרום פעמיים.
  5. להוסיף את התערובת תרביות תאים 600 µL לתוך כל טוב של צלחת 12-ובכן, דגירה התאים-חממה 37 ° C עבור 4 h הסרה של המדיום, לשטוף פעמיים עם 1 מ ל DMEM.
  6. מוסיפים 1 מ"ל DMEM המכיל 1 µL Ac 4 ManNAz (50 מ"מ דימתיל סולפוקסיד) הבאר, לשמור על החממה במשך יומיים.
  7. להסיר את המדיום, לשטוף פעם עם 1 מ"ל PBS. מוסיפים 1 מ"ל טריפסין-EDTA (0.25%) פתרון כל טוב של צלחת 12-ובכן, דגירה ב 37 ° C עד תאים יש תלושים (~ 2 דקות). תרבות מחדש את התאים בקערה קונאפוקלית × 10 1 5 תאים/טוב ב 1 מ"ל DMEM נלון.
  8. להסיר את המדיום ולהוסיף 1 מ"ל DMEM טריים עם 2 µL DBCO-UCNs (50 מ"ג/מ"ל) לתוך המנה כבר שעתיים ב 37 º C. עבור הדמיה קונאפוקלית, לשטוף תאים פעמיים עם DMEM ולהוסיף 1 µL רוד-N 3 (10 מ מ) ב-30 דקות
  9. לניתוח סידן תאיים, דגירה התאים עם התערובת של 1 µL רוד-3 בבוקר (10 מ מ), 10 µL Probenecid (250 מ מ), ו- µL 10 טעינת מאגר (Pluronic חומרים פעילי שטח polyols,0.1% w/v)) 1 מ"ל DMEM בינוני למשך 30 דקות בחושך.
  10. התאים עם DMEM ללא סרום וקונטה להאיר אור ניר nm 808 המינון של W/cm 0.8 2 למשך 20 דקות (5 דקות הפסקה לאחר 5 דקות תאורה).
  11. להקליט את תוצאות הדמיה-מיקרוסקופ קונפוקלי (מקור לייזר: 561 ננומטר לייזר; טווח גלאי: 610/75 ננומטר; עדשה: 100 x 1.4 נה שמן, זמן החשיפה: 100 ms). מוסיפים 1 מ"ל טריפסין-EDTA (0.25%) פתרון טוב לכל, דגירה ב 37 ° C עד תאים יש תלושים (~ 2 דקות). להשעות מחדש תאי 1 מ"ל PBS לניתוח (FCM) cytometry זרימה (לשעבר: 561 nm, Em: 582/15 ננומטר).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

תהליך סינתזה סכמטי של ליבה-קליפה מסטול לנתניד UCNs מוצגים באיור 1 ו- 2 איור. במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) של שידור ברזולוציה גבוהה תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (HRTEM) של nanostructures UCNs core ו- core-shell שנאספו בהתאמה (איור 1). UCNs ללא ליגנד שהוכנו על ידי הסרת חומצה אולאית הידרופובי על פני השטח של UCNs תמיסה חומצית, שונה עם פולימר הידרופיליות (במספר דוכנים). ואז הכתיר COOH במספר דוכנים-UCNs הן functionalized עם DBCO-NH2 על ידי תגובת דחיסה אמיד. הדימויים TEM של ליגנד חופשי UCNs, במספר דוכנים-UCNs DBCO-UCNs מוצגים באיור2. פיזור אור דינאמי (DLS), התוצאות האפשריות זטה, upconversion ספקטרום הפריה חוץ גופית (UCL) של DBCO-UCNs נאספים בהתאמה (איור 3). (FTIR) ספקטרוסקופיית פורייה של DBCO-NH2, במספר דוכנים-UCNs ו- DBCO-UCNs מוצגים באיור4.

בניסויים תא, הביטוי מוצלחת של ChR2 על קרום התא אושר על ידי דה מרקר ברור חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) (ונוס) באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית (איור 5A). DBCO-UCNs מותאמים באופן ספציפי על פני השטח של התאים לבטא ChR2 HEK293 לחץ על התגובה (איור 5A). הניתוח סידן תאיים על גירוי אור ניר גם אושר על ידי קונאפוקלית הדמיה וזרימה cytometry (FCM) מבוסס על פלורסנט Ca2 + מחוון סטנדרטי, רוד-3 בבוקר (איור 5B, ג).

Figure 1
איור 1. סינתזה של ליבה-קליפה לנתניד-מסטול UCNs. (א) איור סכמטי של תהליך סינתזה של UCNs. (B, C) TEM של ליבה (NaYF4: י. ב/Tm/Nd (30/0.5/1 %)) ו- core-shell (NaYF4: י. ב/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) UCNs nanostructures. סרגל קנה מידה: 50 ננומטר. שיבוץ: תמונות HRTEM של nanostructures UCNs core ו- core-shell. סרגל קנה מידה: 5 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
באיור 2. סינתזה של תפקודי UCNs nanostructures. (א) איור סכמטי של תהליך סינתזה של ליגנד חופשי UCNs, במספר דוכנים-UCNs DBCO-UCNs, בהתאמה. (B, C, D) תמונות TEM של ליגנד חופשי UCNs, במספר דוכנים-UCNs DBCO-UCNs. סרגל קנה מידה: 100 nm, פאנל B ו- 50 ננומטר בחלונית C/D. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3. בעזרת FTIR ספקטרוסקופיה של DBCO-NH2, במספר דוכנים-UCNs ו- DBCO-UCNs, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
באיור 4. אפיון של DBCO-UCNs ב בופר. (א) תוצאות DLS של DBCO-UCNs. (B) זתא התוצאות האפשריות של במספר דוכנים-UCNs, DBCO-UCNs (אומר ± SD). (ג) ספקטרום רשת הכיול האוניברסלית של UCNs core ו- core-shell בהקסאן (1 מ"ג/מ"ל), במספר דוכנים-UCNs ו- DBCO-UCNs במים (1 מ"ג/מ"ל) בנפרד (לשעבר: 808 ננומטר). שיבוץ: הפריה חוץ גופית תצלום של UCNs עם הקרנה nm 808. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5. אפליקציות לסלולר של DBCO-UCNs על ניר אור תאורה. (א) הדמיה קונאפוקלית של N לבטא ChR23-מתויג HEK293 תאי הדגירה עם DBCO-UCNs (למעלה), במספר דוכנים-UCNs (למטה) עבור 2 h-100 µg/mL. ירוק: ונוס-ChR2 (לשעבר: 488 ננומטר, Em: 530/50 ננומטר), כחול: UCNs (לשעבר: 543 nm, Em: 580/50 ננומטר). סרגל קנה מידה: 20 מיקרומטר. (B) Ca הסלולר2 + הדמיה עם רוד-3 בבוקר לפני ואחרי הקרנה ניר-אור (0.8 W/cm2 עבור 20 דקות). אקס: 561 nm, Em: 610/75 ננומטר. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר. (ג) FCM כמותיים ניתוח של עוצמת קרינה פלואורסצנטית המנורמל של הסלולר Ca2 + עם תאורה אור במינונים שונים (זאת אומרת ± SD). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מאמר זה הציג שיטת הסינתזה של ליבה-קליפה מסטול לנתניד upconversion nanocrystals (UCNs) והסבת השטח שלהם עם moieties פונקציונלי עבור אפליקציות לסלולר. Nanomaterial הרומן הזה סגולות מצטיינים אופטי, אשר יכול לפלוט UV ו האור הנראה על עירור אור ניר באמצעות תהליך upconversion פוטון מרובה. ב פרוטוקול זה, nanostructures UCNs ליבה-קליפה (NaYF4: י. ב/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) מוכנות בשיטה משקעים משותף טמפרטורה גבוהה בתערובת של חומצה אולאית 1-octadecene. TEM התמונות להדגים המורפולוגיה של הליבה האלה והם nanocrystals ליבה-קליפה כדורית במצב בקוטר של 20 ננומטר ו- 30 ננומטר בהתאמה, רומז עובי מעטפת של בערך 5 nm (איור 1). הארכיטקטורה ליבה-קליפה מתגלה גם את התמונות ברזולוציה גבוהה TEM ב שיבוץ של איור 1, אשר מראה דומה בשולי סריג עם זה גרעין UCNs nanostructures. יתר על כן, טיפוסי d-ריווח סביב 0.52 nm מסכים עם המרווח של המטוס (100) של β-NaYF4, המציין כי כל הליבה ואת ליבה-קליפה UCNs nanostructures הם מאוד גיבש ולתחזק באותו מבנה הגביש. יתר על כן, ספקטרום הפריה חוץ גופית upconversion להדגים nanocrystals ליבה-קליפה פולטים פליטה כחול חזק בעוצמה גבוהה יותר ב- 480 ננומטר מאשר החלקיקים הליבה על עירור עם לייזר דיודה להשגת גל רציף-808 nm ( איור 4C). הפליטה משופרת של ליבה-קליפה UCNs מיוחסת אל פני השטח מודחקים שכבתה ההשפעה של י. ב3 +,3 +Nd ו- Tm3 + יונים המוטבעות בשכבה הפנימית של ה core-מעטפת nanocrystals21. תוצאות אלו אשר בחריפות את הכנת מסטול לנתניד ליבה-קליפה UCNs nanomaterial בהצעה זו מוצלחת.

ישנם מספר שלבים קריטיים הסינתזה משקעים משותף טמפרטורה גבוהה של nanocrystals אלה. ראשית, נפח נוסף לנתניד יון פתרון מלאי בתהליך הסינתזה של UCNs ליבה ו- core-shell צריך להיות תחת פיקוח קפדני (שלב 1.1.2.2). רמה גבוהה סימום יונים תגרום הקשורות ריכוז קרוס-הרפיה או להרוות אפקט בשל התערבות יון-יון nanocrystals21. שנית, יש לשמור את הטמפרטורה ב פחות מ 50 ° C כדי להבטיח התגרענות מלאה לאחר הוספת NaOH, NH4F לתוך הבקבוק (שלב 1.1.2.9 ועל שלב 1.2.9), אשר חיוני כדי להבטיח מורפולוגיה אחיד באמצעות קידום הצמיחה קריסטל בהתבסס על אוסטוולד הבשלה אפקטים22. שלישית, גודל ואת התכונות האופטיות של ליבה-קליפה חלקיקים יכול להיות בעיקר נשלט על-ידי התאמת כמות לנתניד יונים ב- סימנים מקדימים של מעטפת (Y3 + ו Nd3 +.), איך מכינים הליבה חלקיקים (שלב 1.2.1). חשוב גם כי המורפולוגיה של ליבה-קליפה nanocrystals מבוסס על הגידול אניסוטרופי מעטפת של סוגים שונים של חלקיקים ליבה, אשר הוא שימושי עבור להתכוונן את פליטת אופטיים שונים של UCNs על תאורה אור ניר23.

בנוסף, זה גם אתגר משמעותי ביעילות להמיר הידרופוביות UCNs ל הידרופילית חלקיקים UCNs עבור יישומים ביולוגיים נוספים. למרות כמה שיטות דווחו על מנת לשפר את התאימות של UCNs ב בופר, כולל החלפת ליגנד, ציפוי סיליקה, מיצוי אולאט חמצון ליגנד, וכו ', הם סובלים מצבור בלתי צפוי, זמן רב, ו הליכים מורכבים24,25,26. במסמך זה, אנו מפתחים גישה פשוטה כדי להשיג מים מסיסות ליגנד חופשי UCNs nanostructures על-ידי הסרת חומצה אולאית על פני השטח של UCNs הכתיר אולאט בפתרון מים חומצה (ה-pH = 4). ערך ה-pH על ידי HCl היא קריטית כדי לשלוט על שחרורו של ליגנד אולאט וכדי להשפיע על הפריה חוץ גופית של UCNs. חשוב מכך, מסתיימים פולימר (חומצה polyacrylic, במספר דוכנים) עם מספר גדול של carboxyl קבוצות ניתן לקשר עם היונים לנתניד על פני השטח של UCNs על ידי תיאום אינטראקציה, אשר תספק עוד קבוצות פונקציונליות עבור חומר כימי נוסף שינוי. לכן, אנו functionalize את moieties2 DBCO-NH על פני השטח של UCNs עוד יותר ספציפי N3-מתויג לוקליזציה של קרום התא. התמונות TEM של ליגנד חופשי UCNs, במספר דוכנים-UCNs DBCO-UCNs באיור 2 להדגים את dispersity הגדול, המסיסות של אלה nanostructures ב בופר לאחר שינוי פני השטח. בנוסף, בוצעה (FTIR) ספקטרוסקופיית פורייה לאפיין שינוי פני השטח של קבוצות DBCO על UCNs nanoplatform. כפי שמוצג באיור3, הלהקה חזק סביב 3,430 ס מ-1 הוא עקב ויבראציה מתיחה H-O של הקבוצות carboxyl, שתי הלהקות מרוכז בכל ס מ 1550-1 ו- 1458 ס מ-1 קשורים עם א-סימטרי, סימטרי מצבי רטט מתיחה של אניונים carboxylate, המציין את ציפוי מוצלחת COOH המכיל קבוצת פולימרים (במספר דוכנים) על פני השטח UCNP. לאחר תגובה עם DBCO-NH2 moieties, להקת ברור-1,635 ס מ-1 קיים המבוסס על C = C מתיחה רטט על הטבעת הארומטית של קבוצות DBCO, וזה מתאים FTIR הספקטרום של DBCO-NH moieties2 באותו מספר גל. יתר על כן, התוצאה פיזור אור דינאמי (DLS) מציין את הקוטר hydrodynamic מוגברת של DBCO-UCNs בתמיסה המימית (96.4±10.4 ננומטר) (איור 4A). התוצאות האפשריות של זטה גם להצביע על פני שלילי במספר דוכנים-UCNs (-26.1±4.4 mV) ו- DBCO-UCNs (-11.9±5.6 mV) בהתאמה (איור 4B), הממחיש את מסיסות מעולה ויציבות של אלה nanostructures ב בופר. בנוסף, ספקטרום UCL במספר דוכנים-UCNs, DBCO-UCNs להדגים כי הם יכולים פולטים פליטה דומה upconverted-480 ננומטר על 808 nm אור הקרנה (איור 4C), אשר יכול להיות מנוצל עבור נוסף ניר בתיווך אור photoactivation ב ביולוגית מערכות.

יתרה מזאת, כמושג הוכחה-של-, כדי להדגים את bioapplication של UCNs functionalized בתאים חיים, חלבון ערוץ ממותגת אור (ChR2) מתוכנן על-פני התא לווסת את הפונקציות התאית על ידי מתווכים זרם של יונים הקטיון (למשל, Ca2 +)28,27,הציטופלסמה29. הביטוי מוצלחת של ChR2 על הקרום של הקו תא HEK293 אושר על ידי הנוכחות של דה מרקר חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) (ונוס) באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית (איור 5A). יתר על כן, הלוקליזציה של UCNs על N3-מתויג קרום התא הוא מדמיין ברור על פני תא השטח (כחול) לאחר דגירה 2 h, אשר ניתן לייחס העובדה מוכתמים הקבוצות שיורית DBCO על פני השטח של UCNs nanostructures המכילות אזיד הפלורסנט (5-carboxytetramethylrhodamine-אזיד, רוד-N3) דרך bioorthogonal נחושת ללא לחץ על התגובה. יתר על כן, אור ניר (808 ננומטר) הוא מנוצל כדי להאיר את nanotransducer UCNs מקומי על פני התא, אשר ניתן להפעילChR2 ממותגת אור ערוץ חלבונים ולסייע Ca2 + יון זרם על פני הקרום. כפי שמוצג באיור 5B, עלייה משמעותית של פלואורסצנטי אדום ב ציטוזול נצפית על ידי פלורסנט Ca2 + מחוון סטנדרטי, רוד-3 אני, בעוד תוספת קרינה פלואורסצנטית לכאורה לא נרשם בהיעדר תאורה אור. במסגרת הניתוח cytometry (FCM) זרימה כמותיים איור 5C גם מדגים כי שיפור פלורסצנטיות ניר-אור-מגיב כזה הוא אור-תלוי במינון, רומז בבירור DBCO-UCNs מסתיימים ניתן לווסת ביעילות ערוץ חלבונים על קרום התא על ניר-אור הקרנה.

לסיכום, על סמך התוצאות הנ ל, אנו צופים כי בפרוטוקול הנוכחי לא רק מספק הליכים מפורטים ניסיוני של משקעים משותף טמפרטורה גבוהה סינתזה של ליבה-קליפה UCNs nanostructures, אבל גם מפתחת פשוטה טכניקת מסתיימים שינוי פני השטח של UCNs עבור נוסף ניר בתיווך אור photoactivation ביישומים ביולוגי. חשוב יותר, בהתבסס על הלוגיקה מאחורי שיטה זו, מאפייני UCNs אופטי נוסף ניתן להתאים על ידי סימום סוגים שונים של יונים לנתניד (למשל, ארביום (III), הולמיום (השלישי), וכדומה) בגבישים לפלוט UV, ירוק, אדום, ניר אור על הקרנה אור ננומטר 80830. יתר על כן, השטח UCNs יכול להיות גם שונה עם קבוצות פונקציונליות שונות (למשל, פפטיד, חלבונים, שומנים בדם, מיקוד ליגנד, וכו ') עבור עוד יותר יישומים ביו31,32. יתרונות אלה להפוך nanomaterial UCNs מסתיימים מועמדת מתאימה לחקר תהליכים פיזיולוגיים בתוך חוץ גופית וויוו, ובכך עשוי לפעול בתור ננו-רפואה מותאמת אישית עבור theranostics קליניים בעתיד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין לנו לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו מומן בחלקו על ידי NTU-AIT-נאם MUV/16001, RG110/16 (S), (RG 11/13), (RG 35/15) זכה ב אוניברסיטת הטכנולוגי Nanyang, סינגפור ו נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (NSFC) (מספר 51628201).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-Octadecene Sigma Aldrich O806 Technical grade
oleic acid Sigma Aldrich 364525 Technical grade
Methanol Fisher Scientific A412 Technical grade
Ethanol Fisher Scientific A405 Technical grade
Acetone Fisher Scientific A18 Technical grade
Hexane Sigma Aldrich H292 Technical grade
Thulium (III) acetate hydrate (Tm(CH3CO2)3) Sigma Aldrich 367702 99.9% trace metals basis
Neodymium (III) acetate hydrate (Nd(CH3CO2)3) Sigma Aldrich 325805 99.9% trace metals basis
Ytterbium (III) acetate hydrate (Yb(CH3CO2)3) Sigma Aldrich 326011 99.9% trace metals basis
Yttrium(III) acetate hydrate (Y(CH3CO2)3) Sigma Aldrich 326046 99.9% trace metals basis
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma Aldrich S5881 reagent grade
Ammonium fluoride (NH4F) Sigma Aldrich 338869 ACS reagent
Hydrogen chloride (HCl) Fisher Scientific A144 reagent grade
polyacrylic acid (PAA) Sigma Aldrich 323667 average Mw 1800
1-Hydroxybenzotriazole hydrate (HOBT) Sigma Aldrich 54802 ACS reagent
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC) Sigma Aldrich E7750 commercial grade
Dibenzocyclooctyne-amine (DBCO-NH2) Sigma Aldrich 761540 ACS reagent
N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA) Sigma Aldrich D125806 ACS reagent
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Fisher Scientific BP231 Technical grade
HEK293 cell line ATCC CRL-1573 human embryonic kidney
Fetal Bovine Serum (FBS) Sigma Aldrich F1051 ACS reagent
Penicillin-Streptomycin Thermo Fisher 15140122 10,000 U/mL
plasmid (pCAGGS-ChR2-Venus) Addgene 15753 Plasmid sent as bacteria in agar stab
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) Thermo Fisher 11965092 High glucose
opti-Modified Eagle Medium (MEM) Thermo Fisher 51985034 Reduced Serum Media
Lipofectamine 3000 Transfection Reagent Thermo Fisher L3000015 Lipid-Based Transfection
N-Azidoacetylmannosamine, Acetylated (Ac4ManNAz) Sigma Aldrich A7605 ACS reagent
Trypsin-EDTA (0.25%) Thermo Fisher 25200056 Phenol red
Rhod-3 AM Calcium Imaging Kit Thermo Fisher R10145 Fluorescence dye
5-carboxytetramethylrhodamine-azide (Rhod-N3) Sigma Aldrich 760757 Azide-fluor 545
Confical dish ibidi GmbH 81158 Glass Bottom, 35 mm
50 ml conical centrifuge tubes Greiner Bio-One 227261 Polypropylene
15 ml conical centrifuge tubes Greiner Bio-One 188271 Polypropylene
1.5 ml conical microcentrifuge tubes Greiner Bio-One 616201 Polypropylene
Phenylmethyl silicone oil Clearco Products 63148-52-7 Less than 320 degrees Celsius
Glass thermometer GH Zeal L0111/10 From -10 to 360 degrees Celsius
12-well plate Sigma Aldrich Z707775 Polystyrene

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

כימיה גיליון 129 Upconversion nanocrystals שיטת שיתוף משקעים לנתניד יון אור אינפרא אדום ערוץ חלבון
סינתזה של ליבה-קליפה מסטול לנתניד Upconversion Nanocrystals עבור אפליקציות לסלולר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ai, X., Lyu, L., Mu, J., Hu, M.,… More

Ai, X., Lyu, L., Mu, J., Hu, M., Wang, Z., Xing, B. Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications. J. Vis. Exp. (129), e56416, doi:10.3791/56416 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter