'플러그 앤 플레이'방법은 양친 매성 고분자, 유기 염료 및 업 컨버팅 나노 입자를 포함하는 수분 산성 Nanoassemblies 만들기

14D LABS and Department of Chemistry, Simon Fraser University
* These authors contributed equally
Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

현재 바이오 조영제 새로운 유형의 개발이 요구 여전히 존재한다. 많은 신규 형광 프로브는 잘 문서화되어있다. 1-6 그러나, 이미지 해상도에서 상당한 개선이 과제로 남아. 7 한 실용적인 방법은 직접 "광"방출 상태와 '어두운'켄칭 상태 사이에서 형광 프로브를 변조하는 것이다. 8-12이 특별한 방법은 유도 방출 고갈과 같은 기술을 개발하기 위해 적용되어왔다 (STED) 현미경 (13) 및 확률 광학 재구성 ​​현미경 (STORM). 14

형광을 조절하는 또 다른 방법은 형광 프로브와 함께 커플 감응성 발색단이다. 15,16 이성질체 중 하나만이 효율적인 에너지 전달 셉터로서 작용할 수 개의 이성체 간의 감응성 발색단 토글, 일부터 형광 소광에 대한 제어를 허용포스터 공명 에너지 전달 (FRET) 및 다른 메커니즘을 통해 전자 프로브. 결과는 발광 상태의 생성과 상이한 파장의 광 감응성에 발색단의 노출에 의해 번갈아 수 켄칭 상태이다.

광 감응성 디아 릴에 텐 발색단 가역적 무색 링 공개 이성질체 및 UV 및 가시광 조사에 의해 착색 폐환 체 사이에 전환 할 수있다. 17-19 폐환 체 확인의 두 이성체와 동조 흡수 스펙트럼의 열 안정성 diarylethenes 좋은 후보들을 제어 FRET 수용체로. 20-23 란탄 도핑 NaYF 4 상향 변환 된 나노 입자는 생체 이미징에 유용하다. 이러한 나노 입자 (24)는 근적 외광을 흡수하고 가시 스펙트럼의 여러 영역에서 발광한다. 디아 릴에 텐 광 감응성 발색단 및 나노 입자를 결합하여 형광 변조로서는 미리되었습니다viously 우리 그룹에 의해보고. 25-27하지만, 각 실시 예에 설명 된 시스템보다 다양한 시스템의 개발을 복잡하게하는 나노 입자의 표면에 부착하는 diarylethenes 합성 추가적인 수정이 필요했다.

여기서 우리는 자기 조립 전략을 사용하여 수분 산성 유기 색소 분자와 광 감응성 상향 변환하는 나노 입자를 제조하는 간단한 "플러그 앤 플레이"방법을 보여준다. 중합체의 선택; 2070 아민 폴리 (스티렌 - 고도 - 말레 산 무수물) 및 폴리 에테르는 소수성과 친수성 환경을 모두 제공합니다. 고분자의 친수성 ​​영역은 수용성을 유지하기위한 중요한 반면 고분자 도움의 소수성 부분은 함께 일반적으로 불용성 유기 분자 및 상향 변환 나노 입자를 개최합니다. 먼저 열 핵 방법에 의해 상향 변환 된 나노 입자의 합성을 설명한다. 그런 다음, 우리는 호를 새삼 느끼게 될 것이다유기 분자 및 상향 변환 나노 입자는 폴리머 외피의 소수성 영역 내에 캡슐화 단순히 편리한 워크 - 업 과정이어서 업 컨버팅 나노 입자, 중합체 및 다른 유기 염료 분자의 용액을 공동 교반하여 수성 매체에 안정적으로 유지된다 w. 우리는 또한 외부 광 조사를 사용하여 어셈블리의 형광 방출을 조절하는 방법을 보여줍니다. 우리는 수분 산성 nanoassemblies 확장 계속하도록이 "플러그 앤 플레이"를 사용하는 방법의 범위를 예상하고있다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NaYF 4 / YB 3+ / 어 3+ 업 컨버팅 나노 입자 (UCNP) 1. 합성

  1. 다음으로 장치를 설정합니다 :
    1. 일반 교반 접시에 250 ml의 가열 맨틀을 놓고 열 커플에 맨틀을 연결합니다.
    2. 적당한 클램프를 갖춘 가열 맨틀 상 자기 교반 바가 장착 된 250 mL의 둥근 바닥 플라스크를 배치했다.
    3. 환저 플라스크의 목의 왼쪽에 공기 어댑터를 연결하고 플라스틱 배관과 쉬 렌크 라인이 공기 어댑터를 연결한다.
    4. 환저 플라스크의 오른쪽 목 유리 어댑터를 장착하고, 유리 어댑터에 온도계 어댑터를 고정한다. 온도계 어댑터를 통해 플라스크에 온도 프로브를 삽입하고 열전대에이 연결합니다.
    5. 환저 플라스크의 목 중간 증류 헤드를 부착. 증류 머리 꼭대기에 마개를 놓습니다. 진공 distillat이어서 응축기 헤드를 연결이온 어댑터 및 50 ㎖ 둥근 바닥 플라스크. 플라스틱 튜브를 통해 버블로 진공 증류 어댑터를 연결합니다.
  2. 이트륨 아세테이트 1.17 g (3.9 mmol)을, 이테르븀 아세테이트 0.439 g 및 에르븀 아세테이트 0.0727 g (0.1 밀리몰)을 달아 라운드 반응 바닥 플라스크에 배치합니다.
  3. 올레산 30 mL 및 눈금 실린더를 사용하여 플라스크에 옥타의 75 ML을 추가합니다.
  4. 메탄올 5 mL를 더 올레산과 옥타는 반응 플라스크의 측면에 붙어 있지 않은지 확인하기 위해 사용하는 둥근 바닥 플라스크에 반응의 측면을 씻어.
  5. 이중 매니 폴드 쉬 렌크 라인에 반응 플라스크를 연결하고, 질소 라인에 연결된 반응 플라스크를 유지 해당 밸브를 반전.
  6. 열전대를 켜고 80 ° C의 온도로 설정하고,이 온도로 서서히 가열 시스템. 모든 출발 물질이 용해 된 후 80 ℃로하고, 가열 맨틀을 제거하고, 반응을 허용30 ℃로 냉각.
  7. 온도가 30 ℃에 도달하면, 증류 머리를 벗어 중간 목에 왼쪽 목에서 공기 어댑터를 전환하고 마개를 왼쪽 목을 닫습니다. 천천히 진공 라인에 질소 라인에서 쉬 렌크 라인에 밸브를 돌려서 반응 플라스크에 진공을 소개한다. 저비점 성분은 모두이 지점에서 반응으로부터 인출한다.
  8. 이 솔루션은 버블 링을 중지하면, 5 ℃ / min의 속도로 115 ℃까지 온도를 올립니다.
  9. 온도가 115 ° C에 도달하면, 15 분 동안이 온도를 유지 한 다음, 가열 맨틀을 제거하고 50 ℃까지 반응물을 냉각. 그 후, 신속하게 중간 목과 왼쪽 머리에 공기 어댑터에 증류 머리를 다시 연결하여 원래 형태로 설정 전환합니다.
  10. 냉각 과정 중에 NaOH를 0.74 g (12.5 mmol) 및 NH 4 F의 0.50 g (20.0 밀리몰)의 무게, 그 용해초음파 처리하여 50 ml의 메탄올에.
  11. 초음파 처리 후, 둥근 바닥 플라스크에, 반응 용액을 부어 메탄올 5ml를 플라스크의 측면을 헹군다.
  12. 30 분 동안 50 ℃에서 교반 솔루션을 남겨주세요.
  13. 메탄올을 증류 75 ° C까지 온도를 높입니다.
  14. 필요하다면 증류 동안 수집 플라스크를 비우고. 증류가 완료되면, 가능한 한 빨리 질소 보호 하에서 300 ℃로 반응을 가열.
  15. 온도가 300 ° C에 도달하면, 1 시간 동안이 온도를 유지한다. 필요한 경우, 온도를 유지하기 위해 알루미늄 호일로 설정 커버. 이어서, 열원을 제거하고, 반응물을 실온으로 냉각되도록.
  16. 실온까지 냉각되면, 세 원심 분리 튜브 (50 ㎖ 튜브, 각각의 튜브 당 약 35 ml의 용액)으로 균일 용액을 분리하고, 50ml로 가기까지 튜브를 무수 에탄올을 사용하여 스케일. 원심 분리기 모든 T그는 15 분 동안 3,400 XG에 튜브. 원심 분리 후, UCNPs는 백색 침전물로서 튜브 측에서 관찰한다.
  17. 뜨는을 취소하고 헥산 (각 관마다 헥산 7.5 ml)에 UCNPs 펠릿을 재 분산 한 후 50 ml의 규모에 에탄올로 튜브를 맨. 원심 분리기 튜브 다시 15 분 동안 3,400 XG에.
  18. 원심 분리가 완료된 후, 상층 액을 제거하고 추가로 사용하기에 클로로포름 30 ㎖에 재 분산을 고체 UCNPs.

유기 염료 분자와 업 컨버팅 나노 입자를 포함하는 2의 조립 물 산성 Nanoassemblies

  1. 자기 교반 바가 장착 된 섬광 바이알에 클로로포름 (3)의 3 mL의 폴리 (스티렌 - 말레 산 무수물 ALT), 25 mg의 (0.0147 밀리몰) (PSMA)을 녹인다. 이 수량은 여러 실험 후 최적의 양이다.
  2. 상향 변환의 250 μL (47 ㎎ / ㎖)를 추가하면 scinti에 클로로포름 원액을 나노 입자llation 유리 병.
  3. 바이알을 캡핑하고 자기 교반 플레이트에 배치하고, 2 시간 동안 실온에서 용액을 교반 하였다.
  4. 2,070의 폴리 에테르 아민 160 mg의 (0.0773 밀리몰)을 달아 클로로포름 1 ㎖에 용해. 그런 다음 피펫을 사용하여 한 부분에 섬광 유리 병에이 솔루션을 추가 할 수 있습니다. 이 솔루션은 PSMA에 무수 그룹과 2070 아민 폴리 에테르의 반응을 나타내는 엷은 황색에 켜집니다.
  5. 실온에서 하룻밤 솔루션을 저어 계속합니다.
  6. 1 시간 동안 생성 된 용액을 교반하고 유기 색소 분자의 적절한 양을 한번에 측정하는 섬광 바이알로 분배.
    1. 샘플 TPP-NP (nanoassembly 폴리머 쉘, 테트라 페닐 포르피린 및 상향 변환 나노 입자를 포함)의 경우, 직접 섬광 유리 병에 테트라 페닐 포르피린의 1 mg을 추가합니다. 샘플 DAE-UCNP (들어 nanoassembly 폴리머 쉘, 디아 릴에 텐 분자 및 상향 변환 나노 입자를 포함하는S), 각각의 디아 릴에 텐 분자의 양이 2 × 10-7 몰이다. 반응 용액에 두 디아 릴에 텐 분자를 추가합니다. 두 디아 릴에 텐 분자의 볼륨은 다음과 같습니다 DAE-1O (1.8 mM)을 111 μL 및 DAE-2O (1.6 mM)을 125 μl를.
  7. 회전 증발기를 사용하여 감압 하에서 클로로포름 용매를 제거 후, 유백색 현탁액이 형성 될 때까지 초음파 처리 바이알, 섬광 바이알에 3 ㎖ (11 산도 ≈) M 수성 NaOH 0.001 추가.
  8. 다시 회전 증발기에 병을 놓고 현탁액 맑은 용액로 전환 될 때까지주의 깊게 남아있는 클로로포름을 제거합니다.
  9. 다음 25 분 동안 20,600 XG에서 솔루션을 원심 분리, 두 개의 1.5 ML 원뿔 원심 분리 튜브에 섬광 유리 병에서 솔루션을 전송합니다.
  10. 상층 액을 제거하고, 두 개의 튜브 (튜브 당 1.5 mL)에 탈 H 2 O 3 ㎖의 총을 추가 펠릿을 재 분산하기 위해 튜브를 초음파 처리탈 H 2 O에
  11. 25 분 동안 20,600 XG에서 다시 두 개의 튜브를 원심 분리기.
  12. 상층 액을 버리고, 그 다음 두 개의 튜브 (튜브 당 1.5 mL)에 탈 H 2 O 3 ㎖의 총을 추가합니다. 탈 H 2 O에 펠렛을 재 분산하는 튜브를 초음파 처리
  13. 상기 테스트에 대한 최종 샘플을 얻기 위해 0.2 ㎛의 주사기 필터로 나노 입자의 수​​성 분산액 샘플을 필터링.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

흡수 스펙트럼 및 광 발광 스펙트럼을 샘플 DAE-UCNP 수집 하였다. 흡수 스펙트럼은 폐쇄 디아 릴에 텐 발색단 및 상향 변환 된 나노 입자 사이의 스펙트럼 중첩을 비교하는 데 사용된다. 샘플 (TPP-UCNP 모두와 UCNP-DAE)의 사진은 또한 수성 상에 양친 매성 고분자 쉘 내에 위치되는 유기 염료 분자와 나노 입자를 상향 변환, 성공적으로 캡슐화를 보여주기 위해 포함되었다. 광화학 및 형광의 변조는 다른 광원과 샘플의 조명으로 표시했다.

클로로포름 포르피린 또는 UCNPs의 분취 량 진탕해도 격렬 물에 첨가되는 경우, 양쪽이 유기층 (도 2, A, B, DE)에 남아있는 이유 '등에 용해 LIKE'화학 이론을 설명한다. 그러나, '플러그 앤 플레이'를 이용하여 밀봉 방법포르피린 및 UCNPs이 생산 모두 포함하는 (도 1), 수분 산성 nanoassembly (TPP-UCNP). 그것은 비 - 수용성 유기 화합물과는 광 역학 치료에서 흥미로운 응용을 가지고 있기 때문에, 우리는 연구하는 모델 화합물로서 테트라 페닐 포르피린을 선택한 이유는 다음과 같다. nanoassemblies 함유 수용액을 클로로포름에 첨가 될 때, 심지어 격렬히 진탕 한 후, nanoassemblies 수층에 남아 (도 2, CF). 양친 성 중합체 쉘의 사용은 두 가지 장점이있다 : (1)는 포르피린과 UCNPs 모두 트랩 내부의 소수성 환경을 생성하고, (2) 물 - 분 산성을 유지하는 물 분자를 둘러싸는 상호 작용하는 외부 친수성 ​​환경을 만들어 전체 어셈블리의. 샘플 (도 3)의 적색은 어셈블리 내에 포획 분자 포르피린, 및 포르피린의 존재에 기인분자은 UV- 가시 광선 흡광 분광법을 사용하여 입증되었다. 근적외선 980 nm의 레이저 조사에 의해, 녹색의 발광은 NaYF 4 상향 변환 나노 어븀 도핑 3+로부터 발광에 할당 된 샘플 (도 2 (C)(F),도 3)에서 생성된다. 캡슐화 프로토콜 캡슐화 분자 나 UCNPs의 리간드 교환을 할 수있는 특정 변형을 필요로하지 않으며, 따라서 우리는이 "플러그 앤 플레이"프로토콜이 다른 유기 다양한 전송하는 일반적인 전략으로 적용 할 수 있음을 제안 수성 매질로부터 유기 용매 분자.

우리의 절차의 다양성을 설명하기 위해, 우리는 동시에 혼합 nanoassembly (DAE-UCNP)를 생성하는 물 (그림 4)에 유기 용매에서 두 개의 소수성 diarylethenes (DAE-1ODAE-2O)를 옮겼다. 디아rylethenes는 UV 광의 조사에 의해 링 공개 이성질체 및 폐환 체 사이. (28)의 변환을 겪게 감응성 분자, 무색의 고리 - 열린 이성질체 컬러 폐환 이성질체로 전환되고, 가시 광선에 노출 트리거 리버스. 이들 반응은도 4에 도시되어있다. 상호 전환 고리 - 개방 및 폐환 이성질체 발색단 사이의 현저한 저하없이 여러 번 반복 될 수있다. 이 광 반응은 전형적으로 용해도 이유뿐만 아니라, 환화 공정은 종종 물에 방해되므로뿐만 유기 용매에서 수행된다. (1)에 의한 분자 내 전하 이동 상호 작용에 극성 용매에 흥분 디아 릴에 텐 분자의 반응성을 억제하고, 발생할 흥분 유기 분자와 물 분자 사이의 충돌 (2) 가능성 : 물에 광 반응의 성능 저하에 주로 기인 일의 담금질흥분 상태를 전자 및 photocyclization 반응을 종료. 그러나, 이러한 문제는 수분 산성 nanoassemblies을 형성하는 양친 성 고분자 쉘 내에 디아 릴에 텐의 캡슐화를 통해 극복 될 수있다.

포르피린에 대해 기재된 동일한 "플러그 앤 플레이"프로토콜을 이용하여, diarylethenes 및 상향 변환 된 나노 입자는 수분 산성 nanoassemblies (도 2 및도 5)을 형성하는 고분자 쉘 내에 캡슐화 하였다. 물에 분산 nanoassemblies 내에서 빛에 의한 고리 화 반응 및 cycloreversion 반응을 거쳐 두 개의 이성질체의 자외선 - 마주 흡수 스펙트럼은 그림 6에 표시됩니다. diarylethenes, 개환 이성질체의 없음 (DAE-1O 또는 DAE- 일반적인이기 때문에 2O)은 전자기 스펙트럼 (도 6a)의 가시 광선 영역에서 흡수한다. 365 nm의 빛 개환 이성질체의 조사는 파묻혀을 생산R 링 폐쇄 대응 (DAE-1CDAE-2C). 무색 샘플 (도 5A)을 오렌지색 샘플로 변화하는 이유는도 (도 5b) 및 UV-VI의 스펙트럼 (도 6a)에서 강한 밴드를 볼 수 있었다. 개환 이성질체 (DAE-1O과 2O-DAE)을 함유하는 무색의 원래 상태로 샘플을 434 nm의 페이드보다 큰 파장의 가시 광선 컬러 샘플을 조사. 모든 스펙트럼의 변화 3 분 이내에 완료되었다. DAE-UCNP의 고분자 쉘 내에 캡슐화 개의 잘 분리 된 발색단의 흡수 밴드를 갖기 때문에 선택적 광색은 (도 6c)를 관찰 하였다. 샘플 DAE-UCNP가 파장보다 650 nm의 가시광 조사하면, 단지 폐환 체 DAE-2C는 빛의 특정 파장에 반응및 개환 이성질체 DAE-2O로 전환시켰다. 이것은 647 nm에서의 가시 흡수 띠의 감소를 초래하고 청색 폐환 이성질체 선택성 페이딩에서 깊은 오렌지 색 (도 5c)와 용액을 산출한다. 이러한 조건에서 DAE-1C에 대응하는 밴드는 거의 변화 (도 6c의 실선은 오렌지색)이다. 이 데이터는 양친 성 폴리머 외피는 물에 광 반응의 효율을 유지하는데 도움 결론을 지원한다.

nanoassembly DAE-UCNP의 수성 분산액을 980 nm의 빛으로 여기 될 때, 두 개의 밴드가 537 nm에서 650 nm의 중심은 에르븀 도핑 된 나노 입자에 대한 일반적인 형광으로 검출 할 수있다. 537 nm의 중심 밴드 (녹색 방출로 표시) [2 H 11/2, 4 S 3/2] 4 I 15/2 전환에 기인 할 수있는 밴드 centere 동안(적색 방출로 표시) 650 nm에서 D [4 F 9 장, 4 S 3/2] 4 I 15/2 전환 (도 6b)의 결과이다. 개환 이성질체 (DAE-1O과 2O-DAE)은 어떠한 가시 광선을 흡수하지 않고, 결과로서 샘플 DAE-UCNP의 형광 방출은 개환 이성질체 중 하나에 의해 급냉되지 않는다. 그러나, 365 nm의 빛으로 샘플의 조사는 폐환 대응 (DAE-1C2C-DAE)과 양자가 강하게 가시광을 흡수하는 개환 이성질체 변환한다. UCNPs에서 방출 밴드 폐환 이성체의 흡수 대역과 중첩되므로, UCNPs 방출 소광 에너지 전달 과정 (도 6b)을 얻을 수있다. 이 과정은 모두 FRET 및 방사형 재 흡수 메커니즘의 조합이다. 26 원래 방출 될 수 regenerat링 폐쇄 이성질체 다시 해당 개환 이성질체로 변환되는 파장보다 큰 434 nm의 빛의 가시 광선 시료의 조사에 의해 에드. 앞서 논의 된 바와 같이, 녹색 및 적색 발광 대역을 선택적으로 인해 샘플의 선택적 광색 및 폐환 이성질체 의해 방출 밴드를 급냉 능력 켄칭 될 수있다. 시료 파장보다 650 nm의 가시광을 조사하면, 단지 폐환 체 DAE-2C는 개환 이성질체 DAE-2O로 복귀하고, 녹색 발광이 여전히로 급냉하면서 적색 발광이 재생성 어느 정도 (그림 6D).

그림 1
upconvertin 모두 캡슐화 중합체를 함유 nanoassemblies 그림 1. 합성 (TPP-UCNP)G 나노 입자 및 테트라 페닐 포르피린.

그림 2
물을 도시 2. 사진 부드럽게 클로로포름 상 중의 (a) TPP를 함유하는 클로로포름 (3)의 상부에 적층 된 그림, (b) 클로로포름 상 중의 UCNPs, (c) 수상에 nanoassemblies (TPP-UCNP). 그들은 격렬히 진탕 및 다른 액상 성분에 전혀 전달되지를 도시 한 후에 화상 (d), (e) 및 (f)는 동일한 바이알이다. 이미지 (b)에서 관찰 녹색과 황색 광, (c), (e) 및 (f)는 상향 변환 된 나노 입자의 위치를 표시하는 980 nm의 레이저로 조사에 기인한다.


그림 (왼쪽) 주변 광에 980 nm의 레이저 조사시 nanoassemblies (TPP-UCNP)의 수용액 (3) 사진 (오른쪽) 어둠 속에서.

그림 4
고분자 캡슐 상향 변환 나노 입자와 두 개의 서로 다른 diarylethenes를 포함 그림 4. 혼합 nanoassembly (DAE-UCNP). diarylethenes의 광유 링 폐쇄 및 개환 반응은 오른쪽에 표시됩니다.

그림 5
혼합 nanoassemblies (DAE-UCNP) diarylethenes를 포함하는 수용액의 그림 5. 사진 (A) IN 자신의 링 개방 상태 (DAE-1ODAE-2O), (B)에서의 photostationary 상태와 DAE-2O에서 DAE-1O와 DAE-1CDAE-2C,(c)를 포함하는 자신의 photostationary 상태에서의 링 오픈 형태. photostationary 상태는 2 분 동안 365 nm의 빛 샘플의 조사에 의해 생성되었다. (c)의 혼합 상태를 선택적으로 490 나노 미터보다 큰 파장의 빛 DAE-2C 개환에 의해 발생되었다. 이들은 어둠 속 980 nm의 레이저로 조사 될 때 아래쪽 사진은 동일한 샘플을 나타낸다.

그림 6
그림 6 (a)는 UV-VI를 물에 분산 된 나노 시스템의 흡수 스펙트럼 포함 DAE-UCNP diarylethenes 1O 2O 전에 (실선)과 365 nm의 광 조사 후 (점선). UCNPs의 배출 및 photostationary 상태에서 diarylethenes의 흡수 사이의 스펙트럼 중복을 보여주기 위해 980 nm의 빛으로 흥분 할 때 녹색과 빨간색 막대는 UCNPs의 발광 밴드를 나타냅니다. (B) (검은 선) 전 365 nm의 빛 (검정, 회색 음영 지역과 일치) 조사 후 동일한 샘플 (λ의 = 980 ㎚)의 형광 방출 스펙트럼. photostationary 상태에서> 490 nm의 빛 (검은 선) 조사 후 (C) photostationary 상태 (점선)에서 DAE-UCNP의 자외선 - 마주 흡수 스펙트럼, 및 photostationary 상태에서> 650 nm의 빛을 조사 (오렌지 라인 후 ). 샘플이 photostationary 상태 (회색 바)에있을 때 (D) DAE-UCNP의 상대 방출 PHOT에서> 650 nm의 광 조사 후, 측정ostationary 상태 (오렌지 바) 및 photostationary 상태 (흰색 막대)에서> 490 nm의 광 조사 후.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

이 프로토콜에 따라 합성 된 나노 입자는 그들이 α-4 NaYF 호스트 격자 구조를 갖는 구형 입자로 분류 될 수 약 22.5 내지. (26, 27)를 중심으로 20 ~ 25 nm 내지 크기 분포를 갖는다. 이 프로토콜에서 두 가지 중요한 단계가 있습니다. UCNP 합성에서, 입자 크기의 분포가 좁은 보장하기 위해 가능한 한 정확한 가열 온도 및 시간을 유지하는 것이 중요하다. 잘 분산 된 크기와 양호한 형태의 나노 입자를 생성하지 않은 반응의 시작에서 란탄 족 이온의 첨가와 함께 수산화 나트륨과 NH 4 F의 동시 첨가. 수산화 나트륨 및 NH 4 F의 첨가 후, 온도를 완전히 300 °까지 승온 한 후, 고비 점 용매 혼합물로부터 메탄올을 모두 증류하고 시간이 충분히 긴 시간 동안 75 ℃로 유지되도록 가능한 한 빨리 증류 후 크기 O를 제어하는​​ CF 나노 입자. (24)

수분 산성 nanoassemblies을 할 때, 그것은 때때로 UCNPs (단계 2.2) 및 유기 분자 (단계 2.6)의 금액을 결정하기 어려울 수있다. 하나의 제안은 UCNPs (즉, 50 μL)의 작은 부피로 시작하여 임계치에 도달 할 때까지 서서히 양이 증가하는 것이다. 우리의 실험을 바탕으로, 입자의 10 mg을 2 × 10-7 몰, 유기 분자의 결합은이 유형의 캡슐화를위한 최적의 양이다. 그러나 성공적으로 수성 매질에 불용성의 유기 화합물과 나노 입자를 전송하고 근접한 두 개의 구성 요소를 함께 수납 할 수있는이 방법은,이 프로토콜은 여전히​​ 한계를 가지고 있지만. 함께 nanoassembly 채 주요 상호 작용 hydropho이기 때문에이 밀봉 공정은 수용성 분자 또는 수성 환경 (예 : 금 나노 입자)에서 합성 한 나노 입자를 적용 할 수 없다BIC 효과. 수용성 분자 또는 나노 입자를 사용하는 경우, 그 가능성 중합체는 초기 미셀을 형성하는 경우에도, 소수성 폴리머 층의 용출 될 것이다.

결론적으로, "플러그 앤 플레이"프로토콜을 이용하여, 우리는 편리 감응성 수분 산성 유기 무기 하이브리드 nanoassemblies를 생성하는 양친 성 고분자 쉘 내에 소수성 유기 발색단 업 컨버팅 및 무기 나노 입자를 캡슐화하는 방법을 보여준다. 폴리머 쉘은 수성 환경에서 응용 프로그램에 대한 복잡한 광 감응성 시스템의 준비를위한이 '플러그 앤 플레이'프로토콜에 이상적이다 유기 광 반응에 대한 도움이됩니다 소수성 환경을 유지하는 데 도움이됩니다. 수분 산성 나노 시스템을 제조하기위한 기존의 방법은 종종 복잡한 화학적 변형을 필요로하지만,이 프로토콜은 FO없이 편리하게 물에 비 수용성 성분을 전달할 수있다이러한 구성 요소에 특정 수정을 r에. 업 컨버팅하는 나노 입자를 활성화하는 근적외선의 사용은 세포 및 생명체의 조직에 손상을 덜 유발 때문에 생물학적 응용을위한 바람직한 특징이다 저에너지 광의 광 반응에 대한 활성화 기회를 연다. 이 기법의 단점은 가능한 잠재적으로 세포 또는 살아있는 생물에 손상을 줄 수 상향 변환 된 UV의 나노 입자로부터 방출 된 빛, 및 (디아 릴에 텐 분자 광 이성화) 고 에너지 광 반응을 트리거하는데 사용된다. 이 문제를 극복하기 위해, UV 보호 층으로부터 나오는 UV 광자 상향 변환을 방지하기 위해 나노 입자에 코팅 될 수있다. 우리는이 문서에서 설명 조정 형광과 나노 시스템은 초 고해상도 이미징을위한 새로운 bioimaging 시약으로 개발 될 가능성이있다. 우리는 수분 산성 nanoassemb 있도록이 "플러그 앤 플레이"를 사용하는 방법의 범위를 예상거짓말은 계속 확장 할 것입니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics