A 'Tak ve' Yöntem, bir Amfifilik Polimer, Organik maddeler ve upconverting Nanopartiküller İçeren Su dağılabilir Nanoassemblies oluşturma

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

Bugün biyo-görüntüleme ajanları yeni türleri geliştirmek için acil ihtiyaç duyulmaktadır. Birçok roman floresan probları iyi belgelenmiştir. 1-6 Ancak, görüntü çözünürlüğü önemli gelişmeler bir sorun olmaya devam etmektedir. 7 Tek pratik yöntem, doğrudan bir 'hafif' yayan devlet ve 'karanlık' söndürüldü devlet arasındaki floresan probları modüle etmektir. 8-12 Bu özel yöntem, uyarılmış emisyon tükenmesi gibi teknolojileri geliştirmek için uygulanmıştır (STED) mikroskopi 13 ve stokastik optik rekonstrüksiyon mikroskobu (FIRTINA). 14

Floresan modüle için başka bir yaklaşım, floresan probları ile birlikte bir çift ışığa cevap kromoforlar etmektir. 15,16 izomerlerden sadece birisinin etkin bir enerji aktarma alıcısı olarak hareket edebilen iki izomer arasındaki ışığa cevap kromofor geçiş yapılması, th flüoresanının söndürülmesi üzerinde kontrole olanak sağlamaktadırFörster Rezonans Enerji Transferi (FRET) ve diğer mekanizmalar aracılığıyla e prob. Sonuç bir emisyonlu devleti oluşturma ve ışığın farklı dalga boylarında ışığa cevap kromoforun maruz kalarak dönüşümlü edilebilir söndürüldü devlettir.

Işığa diarylethene kromoforlar tersine çevrilebilir renksiz halka açık izomeri ve UV ve görünür ışık ile ışınlama üzerine renkli halka kapalı izomeri arasında geçiş yapılabilir. 17-19 halka kapalı izomer make iki izomer ve ayarlanabilir emme spektrumları termal stabilitesi diarylethenes çok iyi aday kontrol FRET alıcıları olarak. 20-23 lantanid katkılı NaYF 4 upconverting nanopartiküller biyo-görüntüleme için faydalıdır. 24 Bu nanopartiküller yakın kızılötesi ışık emer ve görünür spektrum çeşitli bölgelerinde ışık yayar. Işığa cevap diarylethene kromoforları ve nano-parçacıkları birleştirerek floresans modülasyon örnekleri önceden edilmiştirbir önce grubumuz tarafından rapor edilmiştir. 25-27 Bununla birlikte, her örnek için tarif sistemler daha çeşitli sistemlerin geliştirilmesini zorlaştırmaktadır nanopartiküllerin yüzeyine diarylethenes takmak için bir ek sentetik modifikasyon gerekli.

Bu yazıda kendi kendine montaj stratejisi kullanılarak suda dağılabilir organik boya molekülleri ve ışığa cevap upconverting nanopartiküller hazırlamak için basit bir 'tak-çalıştır' yöntemini göstermektedir. Polimerlerin seçimi; 2070 amin poli (stiren-alt -maleik anhidrid) ve polieter hidrofobik ve hidrofilik bir ortam hem de sağlar. Polimerin hidrofilik bölgesi suda çözünürlüğe muhafaza edilmesi için önemli ise, polimer yardımıyla hidrofobik bölümler, birbirine normal suda çözünür olmayan organik moleküller ve upconverting nanopartikülleri tutun. Biz ilk termal çekirdeklenme yöntemiyle upconverting nanopartiküllerin sentezi gösterecektir. Sonra, biz ho ispat edecektirOrganik moleküller ve upconverting nanopartiküller polimer kabuk hidrofobik bölgeler içinde kapsüllenmiş ve basit uygun bir çalışma prosedüreüne ardından upconverting nanopartiküller, polimer ve farklı organik boya molekülleri ihtiva eden bir çözelti, co-karıştırılarak sulu ortam içinde sabit kalması w. Biz de dış ışık ışıması kullanılarak meclislerinin floresan emisyonunu modüle nasıl gösterilmektedir. Biz suda dağılabilir nanoassemblies genişletmeye devam edeceğiz yapmak için bu 'tak-çalıştır' yöntemini kullanarak kapsamını tahmin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NaYF 4 / Yb 3+ / Er 3+ upconverting Nanopartiküller (UCNP) 1. sentezi

  1. Olarak takip cihazı ayarlayın:
    1. Düzenli karıştırma plaka üzerinde 250 ml'lik bir ısıtma manto yerleştirin ve termal çift üzerine manto takın.
    2. Uygun olarak tespit ısıtma mantosu üzerine bir manyetik karıştırma çubuğu ile donatılmış bir 250 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye koyun.
    3. Yuvarlak dipli sol boyun hava adaptörünü ve plastik boru ile savurma hattına bu hava adaptörünü bağlayın.
    4. Yuvarlak dipli sağ boyun cam adaptörünü ve cam adaptör üzerine bir termometre adaptörünü sabitleyin. Termometre adaptörü ile balona sıcaklık probu yerleştirin ve termokupl içine bu takın.
    5. Yuvarlak tabanlı şişenin orta boynunun bir damıtma kafası takın. Damıtma kafası üzerine bir stoper yerleştirin. Bir vakum distillat ardından bir kondansatör kafa bağlayınİyon adaptörü ve 50 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye. Plastik boru aracılığıyla kabarcık Vakum damıtma adaptörünü bağlayın.
  2. Itriyum asetat 1.17 g (3.9 mmol), iterbiyum asetat 0.439 g ve erbiyum asetat 0,0727 g (0.1 mmol) tartılır ve yuvarlak dipli bir deney kabına reaksiyona koyun.
  3. Oleik asit 30 ml ve bir dereceli silindir kullanarak şişeye -oktadesene 75 ml ekleyin.
  4. 5 ml metanol herhangi bir oleik asit, ve oktadesen reaksiyon şişesine kenarlarına yapışmış olduğundan emin olmak için, kullanılarak yuvarlak tabanlı reaksiyonun yan durulayın.
  5. Çift manifoldu Schlenk hattına tepki şişeyi bağlayın ve azot hattına bağlı reaksiyon şişesi tutmak için gelen vanayı çevirin.
  6. , Termokupl açın 80 ° C sıcaklığı ayarlamak ve yavaş yavaş, bu sıcaklıkta, sistemi ısıtın. Tüm başlangıç ​​materyalleri eritilir sonra 80 ° C'de ve, ısıtma gömleğinin kaldırmak ve reaksiyona olanak vermek30 ° C'ye kadar soğutun.
  7. Sıcaklık 30 ° C'ye ulaştığında, damıtma kafasını çıkarmak orta boyun sol boyun hava adaptörünü geçiş ve bir tıpa ile sol boyun kapatmaktadır. Yavaşça vakum hattına azot hattından savurma hattında vana çevirerek reaksiyon balonuna vakum tanıtmak. Düşük kaynama noktalı bileşenlerin tümü, bu noktada reaksiyondan üzerinden çekilir.
  8. Çözelti köpüren durduğunda, 5 ° C / dk bir hızda, 115 ° C sıcaklık yükseltmek.
  9. Sıcaklık 115 ° C'ye ulaştığında, 15 dakika boyunca bu sıcaklıkta muhafaza daha sonra ısıtma mantosu çıkarın ve 50 ° C'de reaksiyonun soğuması. Daha sonra, hızlı bir şekilde orta boyun ve sol baş hava adaptörü damıtma kafa reattaching geri orijinal formuna kurmak geçin.
  10. Soğutma işlemi sırasında NaOH 0.74 g (12.5 mmol) ve NH4 F 0.50 g (20.0 mmol) tartılır ve bunları çözmeksonikasyon ile metanol içinde 50 ml.
  11. Sonikasyon sonrasında, yuvarlak tabanlı reaksiyona girerek çözelti dökün ve 5 ml MeOH ile Şişenin yanlarının yıkayın.
  12. 30 dakika boyunca 50 ° C de karıştırılarak çözelti bırakın.
  13. Metanol damıtmak için 75 ° C sıcaklık artırır.
  14. Gerektiğinde damıtma sırasında, toplama şişesi boşaltın. Damıtma işlemi bittikten sonra, mümkün olduğunca hızlı azot koruması altında 300 ° C'ye tepki ısınır.
  15. Sıcaklık 300 ° C'ye ulaştığında, 1 saat boyunca bu sıcaklıkta muhafaza. Gerekirse, sıcaklık korumaya yardımcı olmak için alüminyum folyo ile setup kapsamaktadır. Daha sonra ısı kaynağı çıkarın ve reaksiyon, oda sıcaklığına kadar soğumaya bırakın.
  16. Bu sırada oda sıcaklığına kadar soğutuldu sonra üç santrifüj tüpleri (50 mi borular, her bir tüp başına yaklaşık 35 ml solüsyon) içinde eşit bir şekilde çözelti ayrıldı ve 50 ml üst borusunu, susuz etanol kullanılarak ölçek. Santrifüj tüm tO 15 dakika 3400 xg'de borular. Santrifüj işleminden sonra, beyaz bir çökelti UCNPs tüplerin tarafında gözlenmelidir.
  17. Süpernatant atılır ve heksan (her tüp için heksan 7.5 ml) 'de UCNPs pelet yeniden disperse, daha sonra 50 ml ölçekli etanol ile tüp doldurun. Santrifüj tüpleri tekrar 15 dakika 3400 xg'de.
  18. Santrifüj işlemi tamamlandıktan sonra, süpernatan atılır ve daha sonra kullanılmak üzere CHCI3 30 ml bir katı UCNPs yeniden disperse.

Organik boya molekülünü ve upconverting Nanopartiküller İçeren 2. Montaj suda dağılabilir Nanoassemblies

  1. Bir manyetik karıştırma çubuğu ile donatılmış bir ışıldama şişesine boşaltıldı CHCI3 3 ml poli (stiren-alt -maleik anhidrid), 25 mg (0,0147 mmol), (PSMA) içinde çözülür. Bu miktar birden denemeden sonra optimize edilmiş miktardır.
  2. Upconverting 250 ul (47 mg / ml) ilave edilir taraması yapmak üzere kloroform stok solüsyonu nanopartiküllerillation şişe.
  3. Kapatılır ve manyetik bir karıştırma levhasının üzerine yerleştirin ve 2 saat boyunca oda sıcaklığında çözelti karıştırılır.
  4. 2070 amin polieter 160 mg (0,0773 mmol) tartılır ve CHCI3 1 ml içinde çözülür. Daha sonra, bir pipet kullanılarak, bir kısım halinde sintilasyon şişesine, bu çözüm ekleyin. Çözelti PSMA üzerinde anhidrit grupları ile 2070 amin polieter tepkisini gösteren sarı soluk dönecek.
  5. Gece boyunca oda sıcaklığında çözelti karıştırılmaya devam edin.
  6. 1 saat süre ile karıştırıldı, elde edilen çözeltinin, daha sonra organik boya moleküllerinin uygun miktarda ölçün bir kısım halinde sintilasyon şişesine içine dağıtın.
    1. Örnek TPP-NP (nanoassembly polimer kabuk, tetrafenil porfirin ve upconverting nanopartikülleri içeren) için, doğrudan olarak ışıldama şişesine tetrafenil porfirinin 1 mg ekleyin. Örnek DAE-UCNP (nanoassembly için polimer kabuk, diarylethene molekülleri ve upconverting nanoparçacık içerens), her bir diarylethene moleküllerinin miktarı 2 x 10 -7 mol. Reaksiyon çözeltisi içine, iki diarylethene molekülleri ekleyin. İki diarylethene moleküller için hacimleri: DAE-1o (1.8 mM), 111 ul ve DAE-2O (1.6 mM), 125 ul.
  7. Bir döner buharlaştırıcı kullanılarak indirgenmiş basınç altında çözücüyü çıkarın CHCI3, sonra sütümsü süspansiyon meydana getirilinceye kadar, sonra flakon sonikasyon, sintilasyon şişesine 3 mL (11 pH ≈) M sulu NaOH 0,001 ekleyin.
  8. Geri dönüşlü buharlaştırıcı ile şişe yerleştirin ve süspansiyon daha berrak bir solüsyona dönüştü kadar dikkatlice geri kalan CHCl3 çıkarın.
  9. Daha sonra 25 dakika boyunca 20.600 xg'de çözüm santrifüj, iki adet 1,5 ml'lik konik santrifüj tüplerine sintilasyon şişeden çözüm aktarın.
  10. Süpernatant atılır, daha sonra, iki tüp (tüp başına 1,5 mi) içine deiyonize H2O 3 ml toplam eklemek peletler yeniden dağıtmak için tüpler sonikasyondeiyonize H 2 O.
  11. 25 dakika boyunca 20.600 x g hızında tekrar santrifüj iki boruyu.
  12. Süpernatant atılır, daha sonra iki tüp (tüp başına 1.5 mi) içinde deiyonize H2O 3 ml toplam ekleyin. Deiyonize H2O pelet yeniden dağıtmak için tüpler sonikasyon
  13. Ileri testler için son örneği elde etmek için bir 0.2 mikron bir şırınga filtreden geçirilmiştir sulu bir dispersiyon örneği nanopartiküller filtre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Absorpsiyon spektrumları ve fotoluminesans spektrumları numune DAE-UCNP için toplanmıştır. Emme spektrumları kapalı diarylethene kromoforlar ve upconverting nano-tanecikleri arasındaki spektral örtüşme karşılaştırılması için kullanılır. Örneklerde (TPP-UCNP hem de DAE-UCNP) fotoğrafları, sulu faz içinde amfifilik polimer kabukları içinde bulunan organik boya molekülleri ile upconverting nanopartiküller, başarılı bir şekilde kapsülleme göstermek için dahil edilmiştir. Fotokimyada ve floresan modülasyonu, aynı zamanda, farklı ışık kaynakları ile numunelerin aydınlatılması ile gösterilmiştir.

Kloroform içinde porfirin ya UCNPs bir tümböleni çalkalama sonrasında bile şiddetli bir şekilde su ilave edildiği zaman, her iki organik tabaka içinde (Şekil 2, a, b, d ve e) kalır yüzden gibi çözünene 'gibi kimyasal teori açıklar. Ancak, 'plug-and-play' kullanarak kapsülleme yöntemiPorfirin ve UCNPs üretilen her ikisini ihtiva eden (Şekil 1), bir suda dağılabilen nanoassembly (TPP-UCNP). Olmayan bir suda çözünür organik bileşiği olup, fotodinamik tedavi ilginç uygulamalar vardır çünkü çalışmak için bir model bileşik olarak tetrafenil porfirin tercih nedenidir. Nanoassemblies ihtiva eden bir sulu çözelti kloroform ilave edildiğinde bile, şiddetli bir şekilde çalkalamak sonra nanoassemblies su tabakası kalmıştır (Şekil 2, c ve f). Amfifilik polimerin kabuğun iki avantajı vardır: (1) porfirin ve UCNPs hem yakalar bir iç hidrofobik bir ortam oluşturur, ve (2) Suda dağılabilirlik sağlamak için su molekülleri Çevre ile etkileşen harici bir hidrofilik ortam yaratır Tüm toplanma. Örnek (Şekil 3) kırmızı rengi Takım içinde tutulup kalan porfirin moleküller ve porfirin varlığına atfedilirmoleküller UV-vis absorpsiyon spektroskopisi kullanılarak ortaya çıkartılmıştır. Bir yakın kızıl ötesi 980 nm lazer ile ışımaya tutma üzerine, yeşil emisyonu NaYF 4 upconverting nanopartikülleri katkılı Er 3+ gelen emisyon atanan numune (Şekil 2, c ve f, Şekil 3), elde edilir. Kapsülleme protokolü kapsüllü moleküllerin ne UCNPs ligand değişimi yapılacak herhangi bir özel değişiklik gerektirmez, bu nedenle bu 'tak-çalıştır' protokol farklı organik çeşitli aktarmak için genel bir strateji olarak uygulanabilir öneriyoruz sulu bir ortama bir organik çözücü moleküller.

İşlemde çok yönlülüğünü göstermek için, eş zamanlı olarak, karışık nanoassembly (DAE-UCNP) oluşturmak üzere su (Şekil 4) organik bir çözücü iki hidrofobik diarylethenes (DAE-1o ve DAE-2o) aktarılır. Diarylethenes UV ışığı ile ışımaya tutma üzerine, bir halka açık izomeri ve kapalı halka izomer arasında yer almaktadır. 28 dönüştürme meydana ışığa cevap moleküllerdir, renksiz bir zincir-açık renkli bir izomeri kapalı halka izomerine dönüştürülür ve görünür ışığa maruz tetikler Ters işlem. Bu reaksiyonlar, Şekil 4 'de gösterilmiştir. Birbirine zincir-açık ve kapalı halka izomerleri arasında kromoforların önemli bir bozulma olmadan birçok kez tekrarlanabilir. Bu melaninin genellikle çözünürlük nedeniyle değil, aynı zamanda siklizasyon işlemi sık su içinde engellenmiş olduğu için, sadece, organik çözücüler içinde yürütülmektedir. (1) bağlı moleküller arası yük transfer etkileşimlerine polar çözücüler içinde heyecanlı diarylethene moleküllerinin reaktivitesi bastırılmış ve yol heyecanlı organik moleküller ve su molekülleri arasındaki çarpışma (2) olasılık: Suda melaninin kötü performansı öncelikle nedeniyle th söndürmeheyecanlı durumlarını e ve photocyclization reaksiyonu kapatılıyor. Bununla birlikte, bu sorunlar suda dağılabilir nanoassemblies oluşturulması için bir amfifilik polimer kabuk içinde diarylethene kapsüllenmesi ile aşılabilir.

Porfirin için tarif edilen ayni "tak ve çalıştır" protokol kullanılarak, diarylethenes ve upconverting nanopartiküller suda dağılabilen nanoassemblies (Şekil 2 ve Şekil 5) oluşturmak üzere polimer kabukları içinde kapsüllenmiş. Su içinde dağılmış olan nanoassemblies ışığın neden olduğu siklizasyon ve cycloreversion tepkimeye girecek iki izomerin UV-vis emme spektrumları, Şekil 6'da gösterilmiştir. Diarylethenes, zincir-açık izomerlerin yok (DAE-1o ya DAE- için tipik olarak 2o) elektromanyetik spektrumun (Şekil 6a) görünür bölgede absorbe. 365 nm ışık halkası açılmış izomerlerin Işınlama thei üretirr halka kapalı muadilleri (DAE-1c ve DAE-2c). Renksiz bir örneği (Şekil 5a) turuncu renkli bir örnek olarak değiştirildi Bu yüzden, aynı zamanda (Şekil 5b) ve UV-vis spektrum (Şekil 6a) ve güçlü bir görünür bant gösterdi. Halka açılan izomerleri (DAE-1o ve DAE-2o) içeren orijinal renksiz durumuna örneği kaybolur nm 434 daha büyük bir dalga boyu görünür ışık ile renkli numunenin ışınlanması. Tüm spektral değişiklikler 3 dakika içinde tamamlanmıştır. DAE-UCNP polimer kabuk içinde kapsüllü iki kromoforlar iyi ayrılmış emilim bantları var çünkü seçici Fotokromizm (Şekil 6c) gözlenmiştir. Örnek DAE-UCNP bir dalga daha büyük 650 nm görünür ışık ile ışımaya zaman, sadece kapalı halka izomer DAE-2c ışığın bu özel dalga boyu duyarlıve zincir-açık izomer DAE-2O dönüştürüldü. Bu 647 nm görünür absorpsiyon bandında bir azalma ile sonuçlanır ve mavi kapalı halka izomerler seçici solma bir derin turuncu renk (Şekil 5c) içeren bir çözelti elde edilir. Bu koşullar altında, DAE-1c karşılık gelen bant neredeyse değişmeden (Şekil 6c'de portakal rengi bir katı çizgi). Bu veriler, amfifilik polimer kabuk su içinde melaninin etkinliğini korumak için yardımcı olur sonucunu destekler.

Nanoassembly DAE-UCNP sulu dispersiyonu 980 nm ışık ile uyarıldı olduğunda, iki bant 537 nm'de merkezlenmiş ve 650 nm erbiyum katkılı nanopartiküller için tipik olan bir florometre ile tespit edilebilir. 537 nm'de merkezlenmiş bandı (yeşil emisyon olarak gösterilen) [2 H 02/11, 4S 3/2] 4 I 15/2 geçişler atfedilebilir bant centere ise(kırmızı emisyon olarak gösterilir) 650 nm'de d [4 F 02/09, 4 S 3/2] 4 I 15/2 geçişler (6b Şekil) sonucudur. Zincir-açık izomerleri (DAE-1o ve DAE-2o) görünür bir ışık emmediği, ve bunun sonucu olarak örnek DAE-UCNP floresan emisyonu zincir-açık izomerlerin herhangi biri ile söndürüldü değildir. Bununla birlikte, 365 nm ışık numunenin ışınlamadan kapalı halka meslektaşları (DAE-1c ve DAE-2c) ve her ikisi de güçlü bir görünür ışık absorbe zincir-açık izomerleri dönüştürür. UCNPs emisyon bant kapalı halka izomerlerin absorpsiyon bantları ile üst üste için, UCNPs emisyon söndürme bir enerji transfer süreci boyunca (Şekil 6b) elde edilir. Bu süreç, hem FRET ve emisyon reabsorbsiyonu mekanizmalarının bir kombinasyonudur. 26 orijinal emisyon REGENERAT olabilirhalka kapalı izomerleri geri gelen halka açıldı izomerleri dönüştüren bir dalga boyu daha büyük 434 nm ışık, görünür ışık ile numunenin ışınlama yoluyla ed. Daha önce belirtildiği gibi, yeşil ve kırmızı emisyon bantları seçici nedeniyle numunenin seçici Fotokromizm ve halka kapalı izomerler emisyon bantlarının söndürme yeteneği söndürülür edilebilir. Örnek bir dalga daha büyük 650 nm görünür ışık ile ışınlanır, yalnızca kapalı halka izomer DAE-2c halkası açılmış izomer DAE-2O döndürülür ve yeşil emisyonu hala söndürüldü ise kırmızı salma rejenere bir ölçüde (Şekil 6d).

figür 1
Upconvertin hem kapsüllenmiş polimer içeren nanoassemblies Şekil 1. N- (TPP-UCNP)g nanopartiküller ve tetrafenil porfirin.

Şekil 2,
Su yok 2. Fotoğraf yavaşça CHCI3 fazı (a) TPP içeren CHCI3 üstüne katmanlı Şekil, (b) CHCI3 fazda UCNPs, (c) su fazı içinde nanoassemblies (TPP-UCNP). Bunlar kuvvetli bir şekilde çalkalandı ve sıvı fazların bileşenlerin herhangi bir transferi gösteren edildikten sonra Görüntüler (d), (e) ve (f) benzer şişelerde vardır. Görüntü (b) 'de görülen yeşil ve sarı ışık, (c), (e) ve (f) upconverting nanopartiküller konumu göstermek için bir 980 nm lazer ile ışınlama kaynaklanmaktadır.


Şekil (sol) oda ışığında 980 nm lazer ışıma sayesinde bahsedilen nanoassemblies (TPP-UCNP) bir sulu çözeltisi 3. Fotoğraflar ve (sağ) karanlık.

Şekil 4,
Polimer kapsüllenmiş upconverting nano-tanecikleri ve iki farklı diarylethenes içeren Şekil 4. Karışık nanoassembly (DAE-UCNP). Diarylethenes foto indükte halka kapama ve halka açma reaksiyonları sağ tarafta gösterilmiştir.

Şekil 5,
Karışık nanoassemblies (DAE-UCNP) diarylethenes ihtiva eden sulu çözeltiler Şekil 5. Fotoğraf: (a) in kendi halka açık devletleri (DAE-1o ve DAE-2o), (b) 'de onun photostationary devlet ve DAE-2O de DAE-1o ile DAE-1c ve DAE-2c ve (c) içeren kendi photostationary devletler de onun Halka açık formu. Photostationary durumları 2 dakika boyunca 365 nm'lik ışık numunenin irradyasyonu ile oluşturulmuştur. (C) Karma durumu seçici 490 nm'den daha büyük olan bir dalga boyunda ışıkla DAE-2c halka açılması ile oluşturulmuştur. Onlar karanlıkta bir 980 nm lazer ile ışınlandı zaman dip fotoğrafların aynı örnekler gösteriyor.

Şekil 6,
Şekil 6. (a) UV-vis suda disperse nano sistemi absorpsiyon spektrumları ihtiva DAE-UCNP diarylethenes 1o 2o önce (düz çizgi) ve 365 nm ışık ışınlama sonrası (kesikli çizgi). UCNPs emisyonu ve photostationary devletin de diarylethenes emilimi arasındaki spektral örtüşme göstermek için 980 nm ışık ile uyarıldığı zaman yeşil ve kırmızı çubuklar UCNPs emisyon bantları temsil etmektedir. (B) (siyah çizgi) önce ve 365 nm ışık (siyah, gri gölgeli alana sahip line) ışınlama sonrası aynı örnek (λ ex = 980 nm) Floresan emisyon spektrumları. Photostationary devletten> 490 nm ışık (siyah çizgi) ile ışınlama sonrası (c) photostationary devlet (kesikli çizgi) de DAE-UCNP UV-vis absorpsiyon spektrumları, ve photostationary devletten> 650 nm ışık ile ışınlama (turuncu çizgi sonra ). Numune photostationary devlet (gri bar) iken (d) DAE-UCNP Göreli emisyon phot gelen> 650 nm ışık ile ışınlama sonrası, ölçülenostationary devlet (turuncu bar) ve photostationary devlet (beyaz bar) dan> 490 nm ışık ile ışınlama sonrası.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokole uygun olarak sentez nanopartiküller Bir α-NaYF 4 ev sahibi kafes yapısı ile küresel parçacıklar olarak sınıflandırılabilir yaklaşık 22,5 nm. 26,27 merkezli 20 25 nm arasında bir boyut dağılımına sahiptir. Bu protokolde iki kritik adımlar vardır. UCNP sentezinde, bu parçacık boyutunun dar bir dağılımı sağlamak için mümkün olduğu kadar kesin bir ısıtma sıcaklığı ve zamanı sağlamak için çok önemlidir. Iyi dağıtılmış boyut ve iyi bir morfoloji nanopartikülleri vermemiştir reaksiyonun başlangıcında lantanidler iyon eklenmesi ile birlikte NaOH ve NH4 F eşzamanlı eklenmesi. NaOH ve NH4 F ilave edildikten sonra, sıcaklık tam 300 ° C'ye yükseltmek daha sonra yüksek kaynama noktalı çözücü karışımından metanol tüm damıtılır ve zaman yeterince uzun bir süre için 75 ° C'de tutulmasını sağlamak mümkün olduğunca hızlı damıtma sonrası boyut o kontrol etmek Cf nanopartiküller. 24

Suda dağılabilir nanoassemblies yaparken, bazen UCNPs (Adım 2.2) ve organik moleküllerin (2.6 Adım) miktarını belirlemek için zor olabilir. Bir öneri UCNPs (yani 50 ul), küçük bir hacim ile başlar ve bir eşik ulaşılana kadar sonra yavaş yavaş, bu miktar artırmaktır. Bizim çalışmalara göre, parçacıkların 10 mg 2 x 10 -7 mol, organik moleküllerinin bir kombinasyonu kapsülleme bu tip için en uygun miktar. Bununla birlikte başarıyla sulu bir ortama suda çözülmeyen organik bileşikler ve nano-parçacıkları aktarmak ve yakın iki bileşeni bir arada tutmak bu yöntem, bu protokol de sınırlamaları sahip olmasına rağmen. Birlikte nanoassembly tutarak ana etkileşim hydropho olduğundan, bu bir kapsülleme işlemi, suda çözünür moleküller ya da sulu bir ortamda (yani, altın nano parçacıklar) 'de sentezlenen nanopartikuller için geçerli değildirbic etkisi. Suda çözünür bir molekül veya nanopartikül kullanıldığında, büyük olasılıkla polimerler başlangıçta miseller oluşturmak bile, hidrofobik polimer tabakanın üzerinden sızar.

Sonuç olarak, bir 'tak-çalıştır' protokolü kullanarak, biz rahatça ışığa cevap suda dağılabilen hibrid organik-inorganik nanoassemblies oluşturmak için bir amfifilik polimer kabuğu içinde hidrofobik organik ve inorganik kromoforları upconverting nanopartiküller saklanması nasıl gösterilmektedir. Polimer kabuk sulu ortamlarda uygulamalar için karmaşık ışığa cevap sistemlerinin hazırlanması için bu 'tak-çalıştır' protokol idealdir organik melaninin için faydalıdır hidrofobik bir ortam, korumaya yardımcı olur. Suda dağılabilir nano imal edilmesi için, mevcut yöntemler, çoğu kez karmaşık bir kimyasal değişiklik gerektiren, bununla birlikte, bu protokol fo vermeden kolayca su içine suda çözünür olmayan bileşenlerin aktarma yeteneğine sahipBu bileşenlere özgü değişiklik r. Upconverting nanopartiküller etkinleştirmek için yakın-kızılötesi ışığın kullanımı, hücre ve canlı organizmalarda dokulara daha az zarar çünkü biyolojik uygulamalar için avantajlı bir özelliktir düşük enerji ışık aktive melaninin için fırsat açar. Bu tekniğe olası bir dezavantajı, potansiyel hücreler veya canlı organizmalara zarar verebilir upconverted UV nanopartiküller yayılan ışık, ve (diarylethene moleküllerinin yani fotoğraf izomerizasyon) yüksek enerji melaninin tetiklemek için kullanılan vardır. Bu sorunu aşmak için, bir ultraviyole koruma tabakası dışarı çıkmasını upconverted UV foton bilmek nanopartiküller kaplanabilir. Bu makale gösterilen ayarlanabilir floresan ile nanosystem süper çözünürlüklü görüntüleme için yeni bir bio reaktif olarak geliştirilecek potansiyeline sahiptir. Biz suda dağılabilir nanoassemb yapmak için bu 'plug-and-play' yöntemini kullanarak kapsamını tahminyalanlar genişletmeye devam edeceğiz.

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