Метод «подключи и работай», чтобы создать воду диспергируемые Nanoassemblies Содержит амфифильным полимер, органических красителей и преобразования вверх наночастиц

* 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:

 

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

Сегодня есть все еще существует необходимость в разработке новых видов био-изображений агентов. Многие новые флуоресцентные зонды были хорошо документированы. 1-6 Однако, существенные улучшения в разрешении изображения остается проблемой. 7 Одним из практических метод непосредственно модулировать флуоресценции зондов между «легкого» эмиссионного государства и «темной» закаленном состоянии. 8-12 Данный метод был применен для разработки таких технологий, как вынужденного излучения истощения (STED) микроскопия 13 и стохастический микроскопия оптическая реконструкция (ШТОРМ). 14

Другой подход к модуляции флуоресценции для соединения фоточувствительных хромофоров с флуоресцентных зондов. 15,16 переключением фоточувствительных хромофор между двух изомеров, где только один из изомеров может выступать в качестве эффективного переноса энергии акцептора, позволяет контролировать гашение флуоресценции йе зонд через Ферстер резонанс переноса энергии (FRET) и других механизмов. Результатом является создание эмиссионного состоянии после закалки и утверждают, что можно чередовать с воздействием на фоточувствительных хромофора на различные длины волн света.

Фоточувствительных diarylethene хромофоры могут быть обратимо переключаться между бесцветного кольцевой открытый изомера и цветной кольцевой замкнутый изомера при облучении УФ и видимого света. 17-19 термическая стабильность двух изомеров и спектров поглощения перестраиваемого кольцевого-изомера закрыт марки диарилэтенов очень хорошие кандидатов, управляемый FRET акцепторов. наночастицы 20-23 лантанидов, легированных NaYF 4 преобразования вверх полезны для био-изображений. 24 Эти наночастицы поглощают почти инфракрасный свет и излучать свет в ряде регионов видимого спектра. Примеры флуоресценции модуляции путем объединения фоточувствительных diarylethene хромофоры и наночастиц были предварительноviously сообщалось нашей группой. 25-27 Однако системы, описанные в каждом примере требуется дополнительный синтетический модификации приложить диарилэтенов к поверхности наночастиц, что затрудняет разработку более разнообразных системах.

В этом мы демонстрируем простой способ "подключи и работай», чтобы подготовиться молекул органических красителей вододиспергируемые и фоточувствительных наночастиц преобразования вверх, используя стратегию самосборки. Выбор полимеров; поли (стирол -maleic ангидрид альт) и полиэфир амина 2070 обеспечить как гидрофобные и гидрофильные среды. Гидрофобные участки полимерной помощью удерживать обычно нерастворимые в воде органические молекулы и наночастицы преобразования вверх вместе, в то время как гидрофильный участок полимера является критическим для поддержания растворимости в воде. Сначала мы демонстрируют синтез наночастиц преобразования вверх по методу термического нуклеации. Затем мы докажем, хоW органические молекулы и наночастицы преобразования вверх инкапсулируются в гидрофобных областей полимерной оболочки, и остаются стабильными в водной среде, просто совместно перемешивании раствор наночастиц преобразования вверх, полимера и различных молекул органических красителей, а затем удобном процедуры обработки. Мы также продемонстрируем, как модулировать излучение флуоресценции узлов с использованием внешнего излучения света. Мы ожидаем, сферу применения этого метода "подключи и работай», чтобы вододиспергируемые nanoassemblies будет продолжать расширяться.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Синтез NaYF 4 / Yb 3+ / Э 3+ преобразования вверх наночастиц (UCNP)

  1. Настройте аппарат, как следует:
    1. Поместите 250 мл колбонагревателя на регулярной перемешивания пластины и подключите мантию на термопары.
    2. Поместите 250 мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой на нагревательной рубашкой с надлежащей зажима.
    3. Приложить адаптер воздуха в левую горловину круглодонную колбу и соединить этот воздушный адаптер к линии Шленка с пластиковой трубки.
    4. Приложить стекло адаптер к правой шейки круглодонную колбу и закрепить переходник термометр на стеклянную адаптера. Вставьте датчик температуры в колбу через адаптер термометром и подключить это в термопары.
    5. Приложить дистилляционной насадкой к среднему шейки круглодонную колбу. Поместите пробку в верхней части дистилляционной насадкой. Подключите голову в конденсатор, а затем с помощью вакуумного distillatионная адаптер и 50 мл круглодонную колбу. Подключите адаптер вакуумной перегонки в барботер через пластиковую трубку.
  2. Взвесьте 1,17 г (3,9 ммоль) ацетата иттрия, 0,439 г ацетата иттербия и 0.0727 г (0,1 ммоль) ацетата эрбия и поместить их в реакции с круглым дном колбу.
  3. Добавить 30 мл олеиновой кислоты и 75 мл октадецена в колбу с помощью градуированный цилиндр.
  4. Промыть сторону реакции круглодонную колбу с помощью 5 мл метанола, чтобы убедиться, что ни олеиновой кислоты и октадецен не прилипает к сторонам в реакционную колбу.
  5. Подключите реакционную колбу с двойной линией Шленка коллектор и поверните соответствующий клапан, чтобы сохранить реакционную колбу, подключенного к линии азота.
  6. Включите термопарой, установить температуру до 80 ° С, постепенно нагрева и системы до этой температуры. При 80 ° С и после все исходные материалы растворяются, удалить колбонагревателя и оставляют реакционнуюостыть до 30 ° С.
  7. Когда температура достигает 30 ° C, снять дистилляции голову, включите адаптер воздуха с левой шеи до средней шею и закрыть левую шею с пробкой. Медленно ввести вакуум в реакционную колбу, повернув клапан на линии Шленка от линии азота к вакуумной линии. Все низкокипящих компонентов будут выведены из реакционной в этой точке.
  8. Когда раствор останавливает барботажа, поднимите температуру до 115 ° С в со скоростью 5 ° С / мин.
  9. Как только температура достигает 115 ° C, поддерживать эту температуру в течение 15 мин, затем удалить колбонагревателя и охладить реакцию на 50 ° C. После быстрого переключения настроенный обратно в первоначальном виде по реплантации перегонки голову к средней шее и адаптером воздуха в левой головки.
  10. Взвесить 0,74 г (12,5 ммоль) NaOH и 0,50 г (20,0 ммоль) NH 4 F в процессе охлаждения и растворить ихв 50 мл метанола с помощью ультразвука.
  11. После обработки ультразвуком, заливают раствор в реакции круглодонную колбу и ополаскивают стенки колбы с 5 мл метанола.
  12. Оставьте полученному раствору при перемешивании при 50 ° С в течение 30 мин.
  13. Повышение температуры до 75 ° С, чтобы отогнать метанол.
  14. В ходе перегонки опорожнить сбора колбу при необходимости. После перегонки закончена, нагревают реакционную смесь до 300 ° С под защитой азота как можно быстрее.
  15. Как только температура достигает 300 ° С, поддержание этой температуры в течение 1 часа. При необходимости, покрыть установку с алюминиевой фольгой, чтобы помочь сохранить температуру. Затем снимите источник тепла и позволяют реакции остыть до комнатной температуры.
  16. После того, как охлаждают до комнатной температуры, разделить раствор равномерно на три центрифужные пробирки (50 мл пробирки, примерно 35 мл раствора на каждую пробирку) и доливают трубку с 50 мл масштабе с использованием безводного этанола. Центрифуга все тон трубок в 3400 мкг в течение 15 мин. После центрифугирования UCNPs следует соблюдать на стороне трубок в виде белого осадка.
  17. Удалите супернатант и редиспергируются гранул UCNPs в гексане (7,5 мл гексана в каждую пробирку), то пополнить трубку с этанолом в масштабе 50 мл. Центрифуга трубки снова 3400 мкг в течение 15 мин.
  18. После центрифугирования завершена, отбросить супернатант и диспергировать твердые UCNPs в 30 мл CHCl 3 для дальнейшего использования.

2. Ассамблея вододиспергируемых Nanoassemblies содержащие органические молекулы красителей и преобразования вверх наночастиц

  1. Растворите 25 мг (0,0147 ммоль) поли (стирол--maleic ангидрида ALT) (PSMA) в 3 мл CHCl 3 в сцинтилляционный флакон, снабженный магнитной мешалкой. Эта величина представляет собой оптимизированный количество после нескольких испытаний.
  2. Добавить 250 мкл (47 мг / мл) в хлороформе преобразования вверх наночастиц исходного раствора в scintillation флакон.
  3. Крышка флакона и поместить его на магнитной перемешивающей пластине, и размешайте раствор при комнатной температуре в течение 2 ч.
  4. Взвешивают 160 мг (0,0773 ммоль) амина полиэфира 2070, и растворить его в 1 мл CHCl 3. Затем добавить этот раствор в сцинтилляционный флакон в виде одной порции с помощью пипетки. Решение превратится в бледно-желтый с указанием реакцию полиэфира амина 2070 с ангидридных групп на СМГП.
  5. Продолжать перемешивать раствор в течение ночи при комнатной температуре.
  6. Мера соответствующее количество молекул органических красителей, то обойтись его в сцинтилляционный флакон в виде одной порции, перемешивают полученный раствор в течение 1 часа.
    1. Для образца ТЭЦ-НП (наносборки содержащий полимерную оболочку, тетрафенилбората порфирина и наночастиц преобразования вверх), непосредственно добавить 1 мг тетрафенилбората порфирина в сцинтилляционный флакон. Для образца DAE-UCNP (наносборки содержащий полимерную оболочку, молекулы diarylethene и преобразования вверх наночастицы), количество каждого diarylethene молекул 2 × 10 -7 моль. Добавить два diarylethene молекул в реакционном растворе. Объемы для двух diarylethene молекул: DAE-1O (1,8 мм), 111 мкл и DAE-2O (1,6 мм), 125 мкл.
  7. Извлеките CHCl 3 растворителя при пониженном давлении с использованием роторного испарителя, а затем добавить 3 мл 0,001 М водного NaOH (рН ≈ 11) в сцинтилляционный флакон, а затем разрушать ультразвуком флакон до молочно суспензии не образуется.
  8. Поместите флакон обратно на роторном испарителе, и осторожно удалите оставшиеся CHCl 3 до суспензия не превратился в прозрачный раствор.
  9. Передача раствора из флакона сцинтилляционного два 1,5 мл конических центрифужных пробирках, а затем центрифугируют при 20600 решение мкг в течение 25 мин.
  10. Жидкость над осадком сливают, а затем добавить в общей сложности 3 мл деионизированной H 2 O в две пробирки (1,5 мл на пробирку), разрушать ультразвуком трубы, чтобы диспергировать гранулыв деионизированной H 2 O.
  11. Центрифуга две трубы снова в 20,600 мкг в течение 25 мин.
  12. Жидкость над осадком сливают, а затем добавить в общей сложности 3 мл деионизированной H 2 O в две пробирки (1,5 мл на пробирку). Разрушать ультразвуком трубы, чтобы диспергировать гранулы в деионизированной H 2 O.
  13. Фильтр водной дисперсии наночастиц образец через шприцевой фильтр 0,2 мкм для получения конечного образца для дальнейшего тестирования.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Спектры поглощения и фотолюминесценции были собраны пробы DAE-UCNP. Спектры поглощения используются для сравнения спектральной перекрытие между закрытыми diarylethene хромофоров и наночастиц преобразования вверх. Фотографии образцов (как ТЭС-UCNP и DAE-UCNP) были также включены, чтобы продемонстрировать успешное инкапсулирование молекул органических красителей и наночастиц преобразования вверх, которые расположены в пределах амфифильных полимерных оболочек в водной фазе. Модуляция фотохимии и флуоресценции было показано также освещения образцов с различными источниками света.

Химической теории ", как растворяется в подобном" объясняет, почему, когда аликвоту порфирина или UCNPs в хлороформе добавляют в воду даже после встряхивания энергично, оба остаются в органическом слое (рисунок 2, а, б, г и д). Тем не менее, при использовании "подключи и работай" метод инкапсуляции(Рисунок 1), вододиспергируемый наносборки (ТЭЦ-UCNP), содержащий как порфирина и UCNPs производится. Причина, по которой мы выбрали тетрафенилборат порфирина в качестве модельного соединения для изучения, потому что это не является растворимым в воде органическое соединение, и она имеет интересные приложения в фотодинамической терапии. Когда водный раствор, содержащий nanoassemblies добавляется хлороформ, даже после энергично встряхивая, в nanoassemblies оставалась в водном слое (фиг.2, C и F). Применение амфифильного полимерного корпуса имеет два преимущества: (1) он создает внутреннюю гидрофобную среду, которая захватывает как порфирин и UCNPs, и (2) Это создает внешний гидрофильный среды, которая взаимодействует с окружающими молекулами воды, чтобы поддерживать воду диспергируемость всего собрания. Красный цвет образца (рис 3) связывается с молекул порфирина захваченных внутри узла, а наличие порфиринаМолекулы была продемонстрирована с помощью UV-VIS абсорбционной спектроскопии. При облучении с ближней инфракрасной нм лазера 980, зеленая эмиссия производится из образца (рис 2, C и F, рис 3), который присваивается излучения от Er 3+ легированных ионами NaYF 4 наночастиц преобразования вверх. Протокол инкапсуляции не требует каких-либо конкретных изменений, которые необходимо внести инкапсулированных молекул, ни лиганда обмена UCNPs, поэтому мы полагаем, что это "подключи и работай» протокол может быть применен в качестве общей стратегии передачи разнообразные различные органические Молекулы из органического растворителя к водной среде.

Чтобы продемонстрировать универсальность нашей процедуры, мы одновременно передаются два гидрофобных диарилэтенов (DAE-1O и DAE-2О) из органического растворителя к воде (рисунок 4), чтобы создать смешанный наносборки (DAE-UCNP). Диаметрrylethenes являются фоточувствительных молекул, которые проходят преобразование между кольцевой открытой изомера и кольцевой закрыт изомера 28. При облучении УФ-светом, бесцветный кольца открыты изомера преобразуют в цветной кольцевой замкнутый изомера, а также воздействие видимого света инициирует обратный процесс. Эти реакции проиллюстрированы на рисунке 4. Взаимные между кольцевыми открытыми и закрытыми кольцевыми изомеров может быть повторен много раз без существенного ухудшения хромофоров. Эти фотореакции обычно проводят в органических растворителях, не только по причинам, растворимости, но и потому, что процесс циклизации часто затруднено в воде. Неэффективность фотореакций в воде, прежде всего, за счет: (1) подавляется реактивность возбужденных молекул diarylethene в полярных растворителях из-за внутримолекулярных взаимодействий с переносом заряда, и (2) возможность столкновения между возбужденными органических молекул и молекул воды, которые приводят к тушение гое возбужденные состояния и закрытие реакцию фотоциклизации. Тем не менее, эти вопросы могут быть преодолены путем инкапсуляции diarylethene в амфифильным полимерной оболочки с образованием вододиспергируемые nanoassemblies.

Использование же «подключи и работай» протокол, описанный для порфиринов, диарилэтенов и наночастицы преобразования вверх инкапсулировали в полимерных оболочек с образованием вододиспергируемые nanoassemblies (рисунок 2 и рисунок 5). Спектры поглощения в УФ-видимой из двух изомеров, которые проходят под действием света циклизации и циклореверсия реакций в дисперсных nanoassemblies в воде показаны на рисунке 6. Как это типично для диарилэтенов, ни один из кольцевых открыт изомеров (DAE-1O или DAE- 2o) поглощают в видимой области электромагнитного спектра (фиг.6А). Облучение кольцевых открыт изомеров с длиной волны 365 нм света производит Theiг-кольцо закрыто коллеги (DAE-1c и DAE-2с). По этой же причине бесцветный образец (5а) меняется на образце оранжевого цвета (5б) и показали сильную видимого диапазона в UV-VIS спектра (фиг.6а). Облучение образца цветного видимым светом с длиной волны, превышающей 434 нм исчезает образец в исходное состояние, содержащего бесцветного кольцевой открыт изомеры (DAE-1O и DAE-2O). Все спектральные изменения были завершены в течение 3 минут. Селективный фотохромизм наблюдалось (рис 6с), потому что два хромофоры инкапсулированные внутри полимерной оболочки DAE-UCNP имеют хорошо разделенные полосы поглощения. Когда образец DAE-UCNP облучали видимым светом с длиной волны больше, чем 650 нм, только кольцо-изомер закрыта DAE-2с реагирует на этой конкретной длины волны светаи превращали в кольцевой открыт изомера DAE-2o. Это приводит к уменьшению видимого диапазона поглощения при 647 нм и дает решение с более глубоким оранжевого цвета (5С) с селективным замиранием голубых кольцевых закрыта изомеров. В этих условиях, полоса, соответствующая DAE-1c почти не изменилась (оранжевый сплошная линия на рис 6в). Эти данные подтверждают вывод о том, что амфифильный полимер оболочки помогает сохранить эффективность фотореакции в воде.

Когда водную дисперсию наносборки DAE-UCNP возбуждается 980 нм свет, две полосы с центром в 537 нм и 650 нм может быть обнаружен с флуорометре, которые типичны для легированных эрбием наночастиц. Группа с центром в 537 нм (обозначается как зеленый эмиссии) могут быть отнесены к [2 H 11/2, 4 S 3/2] 4 I 15/2 переходов, когда группа Centered при 650 нм (обозначается как красный излучения) является результатом [4 F 9/2, 4 S 3/2] 4 I 15/2 переходы (рис 6б). Кольцевые открыт изомеры (DAE-1o и 2o DAE-) не поглощают видимый свет любого, и, как следствие, флуоресцентное излучение образца DAE-UCNP не гасили любой из кольцевых открыт изомеров. Тем не менее, облучение образца с 365 нм света преобразует кольцо открыт изомеров их кольцевых закрыт коллегами (DAE-1c и DAE-2с), и оба из них сильно поглощают видимый свет. Поскольку полосы излучения от UCNPs перекрываются с полосами поглощения в кольцо закрыто изомеров, тушение эмиссии UCNPs достигается через процесс переноса энергии (рис 6б). Этот процесс представляет собой сочетание обоих рвать и выбросов реабсорбции механизмов. 26 Оригинальный излучение может быть regeneratред облучением образца видимым светом с длиной волны больше, чем 434 нм свет, который преобразует кольцевые закрыта изомеры обратно соответствующих кольцевых открыт изомеров. Как обсуждалось ранее, полосы зеленого и красного излучения может быть выборочно останавливают из-за селективного фотохромизм образца и возможностью подавления полос излучения кольцом-закрыт изомеров. Когда образец облучали видимым светом с длиной волны больше, чем 650 нм, только кольцо-закрыт изомер DAE-2с возвращается к кольцевой открыт изомера DAE-2o, а красный выбросов регенерируется в то время как зеленый излучение еще ​​резко охлаждают до какой-то степени (рис 6, г).

фигура 1
Рисунок 1. Синтез nanoassemblies (ТЭЦ-UCNP), содержащий полимер инкапсулированный как upconvertinг наночастиц и тетрафенилборат порфирина.

Рисунок 2
Рисунок 2. Фотографии, показывающие воду аккуратно слой поверх CHCl 3, содержащему (а) ТРР в CHCl 3 фазы, (б) UCNPs в CHCl 3 фазы, (C) nanoassemblies (ТЭС-UCNP) в водной фазе. Изображения (D), (Е) и (F) имеют идентичные флаконы после их интенсивно встряхивали и не показывая передачу компонентов к другим жидких фаз. Зеленый и желтый свет, наблюдаемый в изображения (б), (в), (д) и (е) связаны с облучением лазера 980 нм, чтобы показать расположение наночастиц преобразования вверх.


Рисунок 3. Фотографии водного раствора из nanoassemblies (ТЭЦ-UCNP) при облучении лазером 980 нм в окружающего света (слева) и в темноте (справа).

Рисунок 4
Рисунок 4. Смешанный наносборки (DAE-UCNP), содержащего полимер инкапсулированные наночастицы преобразования вверх и два различных диарилэтенов. Фотоиндуцированные кольцо закрытия и раскрытия кольца Реакции диарилэтенов показаны на рисунке справа.

Рисунок 5
Рисунок 5. Фотографии водных растворов смешанных nanoassemblies (DAE-UCNP), содержащих диарилэтенов (а) ян их кольцевые открытые государства (DAE-1o и DAE-2O), (б) по их photostationary состояний, содержащих DAE-1c и DAE-2с, и (с) DAE-1o на его photostationary состоянии и DAE-2o в его кольцо-форма открыта. Эти photostationary государства были получены с помощью облучения образца с длиной волны 365 нм светом в течение 2 мин. Смешанное состояние в (с) был создан путем селективного раскрытия кольца DAE-2С светом с длинами волн более 490 нм. Нижние фотографии показывают те же образцы при облучении их лазером 980 нм в в темноте.

Рисунок 6
Рисунок 6. (а) UV-VIS спектрах поглощения водно-дисперсионные нано-системы DAE-UCNP содержащий диарилэтенов 1 ° 2о раньше (сплошная линия) и после 365 нм светового излучения (пунктирная линия). Зеленые и красные полосы представляют полосы излучения UCNPs при возбуждении с длиной волны 980 нм света, чтобы показать спектральный перекрытие между эмиссии UCNPs и поглощения диарилэтенов в photostationary государства. (Б) Люминесцентная спектры излучения того же образца (λ = 980 EX нм) до (черная линия) и после (черная линия с серым затененной области) облучения 365 нм света. (С) UV-VIS спектры поглощения DAE-UCNP на photostationary государственной (пунктирная линия), после облучения> 490 нм света от photostationary государства (черная линия) и после облучения> 650 нм света от photostationary государства (оранжевый линии ). (Г) Относительное излучение DAE-UCNP измеряется, когда образец был в состоянии photostationary (серый бар), после облучения с> 650 нм света от фотostationary состояние (оранжевый бар), и после облучения с> 490 нм света от photostationary государственной (белая полоса).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Наночастицы, синтезированные в соответствии с этим протоколом, имеют распределение размера от 20 до 25 нм с центром в нм. Вокруг 22.5 26,27 Они могут быть классифицированы как сферических частиц с α-NaYF структуры решетки 4 узла. Есть два важных шагов в этом протоколе. При синтезе UCNP, важно, чтобы поддерживать температуру и время нагрева как можно точнее, чтобы обеспечить узкое распределение размера частиц. Одновременное добавление NaOH и NH 4 F наряду с добавлением ионов лантанидов в в начале реакции не дали наночастицы хорошо распределенной размера и хорошей морфологией. После добавления NaOH и NH 4 F, гарантировать, что температуру поддерживают на уровне 75 ° С в течение достаточно длительного периода времени, чтобы полностью отгонки всего метанола из точки смеси растворителей с высокой температурой кипения, а затем поднять температуру до 300 ° C как можно быстрее после дистилляции, чтобы контролировать размер Oе наночастицы. 24

При принятии вододиспергируемые nanoassemblies, иногда это может быть сложным, чтобы определить количество UCNPs (этап 2.2) и органических молекул (Шаг 2.6). Одно предложение, чтобы начать с небольшим объемом UCNPs (т.е. 50 мкл), а затем постепенно увеличивать эту величину до порогового пока не будет достигнута. На основании наших исследований, сочетание 10 мг частиц и 2 × 10 -7 моль органических молекул оптимальное количество для этого типа инкапсуляции. Тем не менее, хотя этот метод может успешно передать нерастворимые в воде органические соединения и наночастицы водной среде и удерживать эти два компонента вместе в непосредственной близости, этот протокол все еще имеет ограничения. Этот процесс инкапсуляции не применяется к растворимых молекул воды или наночастиц, синтезированных в водной среде (т.е. наночастиц золота), так как основным взаимодействие проведения наносборки вместе это hydrophoBIC эффект. Если растворимый молекула воды или наночастиц используют, то, скорее всего вымываться из гидрофобного полимерного слоя, даже если полимеры первоначально образуют мицеллы.

В заключение, используя протокол "подключи и работай», мы продемонстрируем, как удобно инкапсуляции гидрофобные органические хромофоры и неорганические наночастицы преобразования вверх в амфифильным полимерной оболочки для создания фоточувствительных вододиспергируемые гибридные органо-неорганические nanoassemblies. Полимер оболочки помогает поддерживать гидрофобный среды, что благоприятно для органических фотореакций, что делает это "подключи и работай» протокол идеально подходит для приготовления сложных систем фоточувствительных для применения в водных средах. Существующие способы изготовления диспергируемых в воде наносистемам часто требует сложной химической модификации, однако, этот протокол способен передавать удобства водорастворимых компонентов в воде удобно без фог конкретную модификацию этих компонентов. Применение ближней инфракрасной света, чтобы активировать преобразования вверх наночастиц открывает возможность для низкой энергии света активированных фотореакций который является выгодной особенностью для биологических применений, поскольку она вызывает меньше повреждений клеток и тканей живых организмов. Возможным недостатком этого способа является преобразованного с повышением частоты ультрафиолетовый свет, испускаемый из наночастиц, и используется для запуска более высокие энергетические фотореакции (т.е. фото-изомеризации молекул diarylethene), потенциально может привести к повреждению клеток или живых организмов. Чтобы преодолеть эту проблему, средство защиты от УФ слой может быть нанесен на наночастицах, чтобы предотвратить преобразованного с повышением частоты УФ фотонов от выходил. Наносистемы с перестраиваемой флуоресценции мы показали в этой статье имеет потенциал для развития в качестве нового реагента для биоимиджинга супер-разрешением изображения. Мы ожидаем, сферу применения этого метода "подключи и работай", чтобы сделать вододиспергируемого nanoassembложь будет продолжать расширяться.

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