Un método 'Plug and Play' para crear nanoconjuntos dispersables en agua que contiene un polímero anfífilo, colorantes orgánicos y conversión ascendente Nanopartículas

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!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

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

Hoy en día todavía hay una necesidad urgente de desarrollar nuevos tipos de agentes bio-imágenes. Muchas sondas fluorescentes novedosos han sido bien documentados. 6.1 Sin embargo, las mejoras sustanciales en la resolución de la imagen sigue siendo un desafío. 7 Un método práctico es modular directamente las sondas de fluorescencia entre un estado de emisión "luz" y un estado apagada 'oscura'. 8-12 Este método en particular se ha aplicado para desarrollar tecnologías, tales como el agotamiento de la emisión estimulada (STED) 13 microscopía y microscopía óptica de reconstrucción estocástico (Storm). 14

Otro enfoque para modular la fluorescencia es al par de cromóforos fotosensibles junto con sondas fluorescentes. 15,16 Alternar el cromóforo photoresponsive entre dos isómeros donde sólo uno de los isómeros puede actuar como un aceptor de transferencia de energía eficiente, permite el control sobre la extinción de la fluorescencia de The sonda a través de transferencia de energía de resonancia Förster (FRET) y otros mecanismos. El resultado es la creación de un Estado de emisión y un estado templado que puede ser alternado por la exposición del cromóforo photoresponsive a diferentes longitudes de onda de la luz.

Cromóforos diarileteno fotosensibles se pueden activar de forma reversible entre un isómero de anillo abierto incolora y un isómero de anillo cerrado de color tras la irradiación con rayos UV y la luz visible. 17-19 La estabilidad térmica de los dos isómeros y espectros de absorción sintonizable del anillo cerrado maquillaje isómero diariletenos muy buenos candidatos como FRET controlable aceptantes. nanopartículas dopado con lantánidos 20-23 Nayf 4 conversión ascendente son útiles para la bio-imágenes. 24 Estas nanopartículas absorben la luz del infrarrojo cercano y emiten luz en varias regiones del espectro visible. Los ejemplos de modulación de la fluorescencia mediante la combinación de cromóforos diarileteno fotosensibles y nanopartículas han sido previamente reportados por nuestro grupo. 25-27 Sin embargo, los sistemas descritos en cada ejemplo requiere una modificación sintética adicional para fijar los diariletenos a la superficie de las nanopartículas, lo que complica el desarrollo de sistemas más diversos.

Aquí se demuestra un método sencillo "plug-and-play 'para preparar moléculas de colorante orgánico dispersables en agua y nanopartículas conversión ascendente fotosensibles utilizando una estrategia de auto-ensamblaje. La elección de los polímeros; poli (anhídrido maleico estireno-alt) y poliéter amina 2070 proporcionan tanto un entorno hidrófobo e hidrófilo. Las secciones hidrófobas del polímero ayuda para sostener las moléculas orgánicas normalmente insolubles en agua y nanopartículas conversión ascendente juntos, mientras que la región hidrófila del polímero es crítico para mantener la solubilidad en agua. Primero vamos a demostrar la síntesis de las nanopartículas de conversión ascendente por el método de la nucleación térmica. Entonces, vamos a probar how las moléculas orgánicas y nanopartículas conversión ascendente se encapsulan dentro de las regiones hidrófobas de la cubierta de polímero y permanecen estables en medios acuosos simplemente co-agitación una solución de la nanopartículas de conversión ascendente, polímero y diferentes moléculas de colorante orgánico, seguido por un procedimiento de tratamiento conveniente. También demostramos cómo modular la emisión de fluorescencia de los conjuntos utilizando la irradiación de luz externa. Anticipamos el alcance de la utilización de este método "plug-and-play" para hacer nanoconjuntos dispersables en agua continuarán expandiéndose.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Síntesis de la Nayf 4 / Yb 3+ / Er 3+ conversión ascendente nanopartículas (UCNP)

  1. La instalación del equipo como sigue:
    1. Coloque una capa de 250 ml de calentamiento en una placa de agitación regular y enchufe el manto a la pareja térmica.
    2. Coloque un matraz de fondo redondo de 250 ml equipado con una barra de agitación magnética en el manto de calentamiento con sujeción adecuada.
    3. Conecte un adaptador de aire a la parte izquierda del cuello del matraz de fondo redondo y conecte este adaptador de aire a la línea de Schlenk con un tubo de plástico.
    4. Adjuntar un adaptador de vidrio a la parte derecha del cuello del matraz de fondo redondo y fijar un adaptador de termómetro en el adaptador de vidrio. Inserte la sonda de temperatura en el matraz a través del adaptador de termómetro y enchufar esto en el termopar.
    5. Adjuntar una cabeza de destilación al cuello medio del matraz de fondo redondo. Coloque un tapón en la parte superior de la cabeza de destilación. Conectar la cabeza a un condensador, seguido por un vacío distillatadaptador de iones y un matraz de fondo redondo de 50 ml. Conecte el adaptador de destilación al vacío a un pelele a través de tubos de plástico.
  2. Pesar 1,17 g (3,9 mmol) de acetato de itrio, 0,439 g de acetato de iterbio y 0,0727 g (0,1 mmol) de acetato de erbio y colocarlos en la reacción matraz de fondo redondo.
  3. Añadir 30 ml de ácido oleico y 75 ml de octadeceno al matraz usando un cilindro graduado.
  4. Enjuague el lado de la reacción matraz de fondo redondo utilizando 5 ml de metanol para asegurarse de que ningún ácido oleico y octadeceno se pega a los lados del matraz de reacción.
  5. Conectar el matraz de reacción a un colector de doble línea Schlenk y gire la válvula correspondiente para mantener el matraz de reacción conectado a la línea de nitrógeno.
  6. Encienda el termopar, ajustar la temperatura a 80 ° C, y se calienta gradualmente el sistema a esta temperatura. A 80 ° C y después de que se disuelvan todos los materiales de partida, retirar el manto de calefacción y de permitir que la reacciónenfriar a 30 ° C.
  7. Cuando la temperatura alcanza los 30 ° C, sacar la cabeza de destilación, cambie el adaptador de aire de la parte izquierda del cuello al cuello medio y cerrar el cuello de izquierda con un tapón. Poco a poco introducir vacío al matraz de reacción girando la válvula en la línea de Schlenk desde la línea de nitrógeno a la línea de vacío. Todos los componentes de bajo punto de ebullición se sacó de la reacción en este punto.
  8. Cuando la solución deje de burbujear, levante la temperatura a 115 ° C en una velocidad de 5 ° C / min.
  9. Una vez que la temperatura alcanza los 115 ° C, mantener esta temperatura durante 15 minutos, luego retire la camisa de calentamiento y enfriamiento de la reacción a 50 ° C. Después, cambiar rápidamente la puesta en marcha de nuevo a la forma original de volver a colocar la cabeza de destilación al cuello medio y el adaptador de aire a la cabeza de izquierda.
  10. Pesar 0,74 g (12,5 mmol) de NaOH y 0,50 g (20,0 mmol) de NH 4 F durante el proceso de enfriamiento, y disolverlosen 50 ml de metanol por sonicación.
  11. Después de la sonicación, se vierte la solución en el matraz de fondo redondo de reacción y enjuagar las paredes del matraz con 5 ml de MeOH.
  12. Deja la solución de agitar a 50 ° C durante 30 min.
  13. Aumentar la temperatura a 75 ° C para destilar el metanol.
  14. Durante la destilación, vaciar el matraz de recogida cuando sea necesario. Una vez finalizada la destilación, calentar la reacción a 300 ° C bajo protección de nitrógeno lo más rápido posible.
  15. Una vez que la temperatura alcanza 300 ° C, mantener esta temperatura durante 1 hora. Si es necesario, cubra la configuración con papel de aluminio para ayudar a mantener la temperatura. A continuación, retire la fuente de calor y permitir que la reacción se enfríe a temperatura ambiente.
  16. Una vez que se enfría a temperatura ambiente, se dividió la solución de manera uniforme en tres tubos de centrifugación (tubos de 50 ml, aproximadamente 35 ml de solución por cada tubo), y la parte superior por el tubo a los 50 ml escala utilizando etanol anhidro. Centrífuga todo tél tubos a 3.400 xg durante 15 min. Después de la centrifugación, los UCNPs se deben observar en el lado de los tubos como un precipitado blanco.
  17. Descartar el sobrenadante y redispersar los pellets UCNPs en hexanos (7,5 ml de hexano por cada tubo), y luego rellenar el tubo con etanol para la escala de 50 ml. Tubos de centrífuga de nuevo a 3400 xg durante 15 min.
  18. Una vez que la centrifugación es completa, descartar el sobrenadante y redispersar los UCNPs sólidos en 30 ml de CHCl 3 para su uso posterior.

2. nanoconjuntos Asamblea de dispersables en agua que contienen Orgánica Tinte Moléculas y Nanopartículas conversión ascendente

  1. Disolver 25 mg (0,0147 mmol) de poli (anhídrido maleico estireno-alt) (PSMA) en 3 ml de CHCl 3 en un vial de centelleo equipado con una barra de agitación magnética. Esta cantidad es una cantidad optimizada después de múltiples ensayos.
  2. Añadir 250 l (47 mg / ml) de la conversión ascendente nanopartículas solución de cloroformo acciones al Scintivial lación.
  3. Tapar el frasco y lo coloca en la placa de agitación magnética, y se agita la solución a temperatura ambiente durante 2 horas.
  4. Pesar 160 mg (0,0773 mmol) de poliéter amina 2070, y se disuelven en 1 ml de CHCl3. A continuación, añadir esta solución a la vial de centelleo en una porción con una pipeta. La solución se volverá a amarillo pálido que indica la reacción de poliéter amina 2070 con los grupos anhídrido en la PSMA.
  5. Continuar agitando la solución durante la noche a temperatura ambiente.
  6. Medir la cantidad apropiada de moléculas de colorante orgánicas entonces dispensarla en el vial de centelleo en una porción, se agitó la solución resultante durante 1 hr.
    1. Para la muestra TPP-NP (que contiene nanoconjunto cubierta de polímero, tetrafenilporfirina y nanopartículas conversión ascendente), directamente añadir 1 mg de porfirina tetrafenil al vial de centelleo. Para la muestra DAE-UCNP (que contiene nanoconjunto cubierta de polímero, moléculas diarileteno y nanopartículas upconvertings), la cantidad de cada moléculas de diarileteno es 2 × 10 -7 mol. Añadir las dos moléculas de diarileteno en la solución de reacción. Los volúmenes de las dos moléculas diarileteno son: DAE-1o (1,8 mM), 111 l y DAE-2o (1,6 mM), 125 l.
  7. Se elimina el disolvente CHCl 3 bajo presión reducida usando un evaporador rotatorio, a continuación, añadir 3 ml de 0,001 acuosa de NaOH (pH ≈ 11) M al vial de centelleo, después sonicar el vial hasta que se forma una suspensión lechosa.
  8. Coloque el vial de nuevo en el evaporador rotativo, y retirar con cuidado el resto CHCl3 hasta que la suspensión se ha convertido en una solución clara.
  9. Transferir la solución del vial de centelleo para dos tubos de centrifugación cónicos de 1,5 ml y centrifugar la solución a 20.600 xg durante 25 min.
  10. Descartar el sobrenadante, a continuación, añadir un total de 3 ml de H2O desionizada en los dos tubos (1,5 ml por tubo), sonicar los tubos para redispersar los pelletsen el H2O desionizada
  11. Centrifugar los dos tubos de nuevo a 20.600 xg durante 25 min.
  12. Descartar el sobrenadante, a continuación, añadir un total de 3 ml de H2O desionizada en los dos tubos (1,5 ml por tubo). Sonicar los tubos para redispersar los pellets en el desionizada H 2 O.
  13. Filtrar la muestra acuosa nanopartículas dispersión a través de un filtro de jeringa de 0,2 micras para obtener la muestra final para la prueba adicional.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Los espectros de absorción y espectros de fotoluminiscencia se recogieron para la muestra DAE-UCNP. Los espectros de absorción se utilizan para comparar la superposición espectral entre los cromóforos diarileteno cerradas y las nanopartículas conversión ascendente. Las fotografías de las muestras (tanto TPP-UCNP y DAE-UCNP) también se incluyen para demostrar la encapsulación con éxito de moléculas de colorante orgánicos y nanopartículas conversión ascendente, que se encuentran dentro de las conchas de polímeros anfifílicos en la fase acuosa. La modulación de la fotoquímica y la fluorescencia también se demostró por la iluminación de las muestras con diferentes fuentes de luz.

La teoría química "semejante disuelve como" explica por qué cuando se añade una alícuota de la porfirina o UCNPs en cloroformo para regar incluso después vigorosamente temblores, ambos permanecen en la capa orgánica (Figura 2, a, b, d, e). Sin embargo, cuando se utiliza el 'plug-and-play' método de encapsulación(Figura 1), un nanoconjunto dispersable en agua (TPP-UCNP) que contiene tanto la porfirina y UCNPs se produce. La razón por la que elegimos tetrafenil porfirina como compuesto modelo para estudiar se debe a que es un compuesto orgánico no soluble en agua y tiene aplicaciones interesantes en la terapia fotodinámica. Cuando se añade una solución acuosa que contiene los nanoconjuntos al cloroformo, incluso después de agitación vigorosa, los nanoconjuntos permanecieron en la capa de agua (Figura 2, c y f). La utilización de la cubierta de polímero anfifílico tiene dos ventajas: (1) crea un entorno hidrófobo interno que atrapa tanto la porfirina y los UCNPs, y (2) Se crea un ambiente hidrófilo externo que interactúa con moléculas de agua circundantes para mantener la dispersabilidad en agua de todo el conjunto. El color rojo de la muestra (Figura 3) se atribuye a las moléculas de porfirina atrapadas dentro del conjunto, y la presencia de la porfirinamoléculas se demostró usando espectroscopía de absorción UV-vis. Tras la irradiación con una infrarrojo cercano láser 980 nm, emisión verde se produce a partir de la muestra (Figura 2, c y f, Figura 3), que se asigna a la emisión de la Er 3+ -doped Nayf 4 nanopartículas de conversión ascendente. El protocolo de encapsulación no requiere modificaciones específicas que deben introducirse en las moléculas encapsuladas ni intercambio de ligandos de los UCNPs, por lo tanto, proponemos que este protocolo 'plug-and-play' se puede aplicar como una estrategia general para transferir una variedad de diferentes orgánica moléculas de un disolvente orgánico a un medio acuoso.

Para demostrar la versatilidad de nuestro procedimiento, transferimos simultáneamente dos diariletenos hidrófobos (DAE-1o y DAE-2o) de disolvente orgánico a agua (Figura 4) para generar un nanoconjunto mixto (DAE-UCNP). Diarylethenes son moléculas fotosensibles que se someten a la conversión entre un isómero de anillo abierto y un isómero de anillo cerrado. 28 Tras la irradiación con luz UV, el isómero de anillo abierto incoloro se convierte en el isómero de anillo cerrado coloreado, y la exposición a la luz visible desencadena la proceso inverso. Estas reacciones se ilustran en la Figura 4. La interconversión entre los isómeros de anillo abierto y anillo cerrado se puede repetir muchas veces sin degradación significativa de los cromóforos. Estos fotorreacciones se realiza típicamente en disolventes orgánicos, no sólo por razones de solubilidad, sino también porque el proceso de ciclación se ve obstaculizado con frecuencia en agua. El bajo rendimiento de fotorreacciones en agua se debe principalmente a: (1) suprimió la reactividad de las moléculas de diarileteno excitados en disolventes polares debido a las interacciones de transferencia de carga intramolecular, y (2) la posibilidad de colisión entre las moléculas orgánicas excitados y moléculas de agua que conducen a extinción de THcorreo estados excitados y el cierre de la reacción fotociclación. Sin embargo, estos problemas pueden ser superados a través de la encapsulación del diarileteno dentro de una cubierta de polímero anfifílico para formar nanoconjuntos dispersables en agua.

Utilizando el mismo protocolo "plug-and-play 'descrito para las porfirinas, diariletenos y nanopartículas conversión ascendente se encapsulan dentro de cáscaras de polímero para formar nanoconjuntos dispersables en agua (Figura 2 y Figura 5). Los espectros de absorción UV-vis de los dos isómeros que se someten a inducidos por la luz de ciclación y cycloreversion reacciones dentro de los nanoconjuntos dispersos en agua se muestra en la Figura 6. Como es típico para diariletenos, ninguno de los isómeros de anillo abierto (DAE-1o o Dae 2o) absorben en la región visible del espectro electromagnético (Figura 6a). La irradiación de los isómeros de anillo abierto con 365 nm de luz produce theihomólogos de anillo cerrado r (DAE-1c y DAE-2c). Esta es también la razón por la muestra incoloro (Figura 5a) cambió a una muestra de color naranja (Figura 5b) y mostró una banda visible fuerte en el UV-vis espectro (Figura 6a). La irradiación de la muestra de color con la luz visible de una longitud de onda superior a 434 nm se desvanece la muestra a su estado incoloro original que contiene los isómeros de anillo abierto (DAE-1o y 2o-DAE). Todos los cambios espectrales se realizaron dentro de los 3 minutos. Fotocromismo Selectivo se observó (Figura 6c) porque los dos cromóforos encapsulados dentro de la cubierta de polímero de DAE-UCNP tienen bandas de absorción bien separados. Cuando la muestra DAE-UCNP se irradió con luz visible de una longitud de onda superior a 650 nm, sólo el isómero DAE-2c de anillo cerrado es sensible a esta longitud de onda particular de la luzy se convirtió en el isómero DAE-2o de anillo abierto. Esto se traduce en una disminución en la banda de absorción a 647 nm visible y produce una solución con un color naranja (Figura 5c) más profunda desde el desvanecimiento selectivo de azul isómeros de anillo cerrado. En estas condiciones, la banda correspondiente a DAE-1c es casi sin cambios (línea sólido de color naranja en la Figura 6c). Estos datos apoyan la conclusión de que la cubierta de polímero anfifílico ayuda a retener la eficiencia de fotorreacciones en agua.

Cuando la dispersión acuosa de nanoconjunto DAE-UCNP se excita con 980 nm de luz, las dos bandas centradas a 537 nm y 650 nm se pueden detectar con un fluorómetro, que son típicos de nanopartículas dopados con erbio. La banda centrada a 537 nm (denota como emisión verde) se puede atribuir a [2 H 11/2, 4 S 3/2] 4 I 15/2 transiciones mientras que la banda de centered a 650 nm (denotado como emisión roja) es el resultado de [4 F 9/2, 4 S 3/2] 4 I 15/2 transiciones (Figura 6b). Los isómeros de anillo abierto (DAE-1o y DAE-2o) no absorben ninguna luz visible, y como resultado la emisión de fluorescencia de la muestra DAE-UCNP no se extingue por cualquiera de los isómeros de anillo abierto. Sin embargo, la irradiación de la muestra con 365 nm de luz convierte los isómeros de anillo abierto a sus homólogos de anillo cerrado (DAE-1c y DAE-2c) y ambos absorben fuertemente la luz visible. Dado que las bandas de emisión de los UCNPs se solapan con las bandas de absorción de los isómeros de anillo cerrado, la extinción de la emisión UCNPs se logra a través de un proceso de transferencia de energía (Figura 6b). Este proceso es una combinación de ambos mecanismos de FRET y emisión de reabsorción. 26 La emisión original se puede regeneratcado por la irradiación de la muestra con la luz visible de una longitud de onda superior a 434 nm de luz, que convierte los isómeros de anillo cerrado de nuevo a los isómeros de anillo abierto correspondientes. Como se discutió antes, las bandas de emisión verde y el rojo puede ser apagado de forma selectiva debido a la fotocromismo selectiva de la muestra y la capacidad de apagar las bandas de emisión por los isómeros de anillo cerrado. Cuando la muestra se irradia con luz visible de una longitud de onda mayor que 650 nm, sólo el isómero DAE-2c de anillo cerrado se devuelve al isómero DAE-2o de anillo abierto y la emisión roja se regenera mientras que la emisión verde todavía se templa a en cierta medida (Figura 6d).

Figura 1
Figura 1. Síntesis de los nanoconjuntos (TPP-UCNP) que contiene el polímero encapsulado tanto el upconverting nanopartículas y la porfirina tetrafenil.

Figura 2
Figura 2. Fotografías que muestran el agua en capas suavemente en la parte superior de CHCl3 que contiene (a) TPP en la fase de CHCl3, (b) los UCNPs en la fase de CHCl3, (c) los nanoconjuntos (TPP-UCNP) en la fase acuosa. Imágenes (d), (e) y (f) son de los viales idénticos después de haber sido sacudido vigorosamente y sin mostrar la transferencia de los componentes de las otras fases líquidas. La luz verde y amarillo observado en imágenes (b), (c), (e) y (f) son debido a la irradiación con un láser de 980 nm para mostrar la ubicación de las nanopartículas de conversión ascendente.


Figura 3. Fotografías de una solución acuosa de los nanoconjuntos (TPP-UCNP) tras la irradiación con un láser de 980 nm en la luz ambiental (izquierda) y en la oscuridad (derecha).

Figura 4
Figura 4. Un nanoconjunto mixto (DAE-UCNP) que contiene el polímero encapsulado nanopartículas conversión ascendente y dos diariletenos diferentes. Las reacciones de anillo de cierre y de apertura del anillo fotoinducidas de diariletenos se muestran a la derecha.

Figura 5
Figura 5. Fotografías de soluciones acuosas de los nanoconjuntos mixtos (DAE-UCNP) que contienen los diariletenos (a) in sus estados de anillo abierto (DAE-1o y DAE-2o), (b) en sus estados fotoestacionario contienen DAE-1c y DAE-2c, y (c) con DAE-1o en su estado fotoestacionario y DAE-2o en su junta abierta formulario. Los estados fotoestacionario fueron generados por la irradiación de la muestra con 365 nm de luz durante 2 min. El estado mezclado en (c) se generó por selectivamente anillo de la abertura DAE-2c con la luz de una longitud de onda superior a 490 nm. Las fotografías inferiores muestran las mismas muestras cuando se irradian con un láser de 980 nm en la oscuridad.

Figura 6
Figura 6. (a) UV-vis espectros de absorción del sistema-nano dispersa en agua DAE-UCNP contiene diariletenos 1o 2o antes (línea continua) y después de 365 nm irradiación de luz (línea discontinua). Las barras verdes y rojos representan las bandas de emisión de UCNPs cuando se excita con 980 nm de luz para mostrar el solapamiento espectral entre la emisión de los UCNPs y la absorción de diariletenos en el estado fotoestacionario. (B) los espectros de emisión fluorescente de la misma muestra (λ ex = 980 nm) antes (línea de negro) y después (línea de color negro con zona de sombra gris) irradiación con luz de 365 nm. (C) los espectros de absorción UV-vis de DAE-UCNP en la (línea discontinua) Estado fotoestacionario, después de la irradiación con luz> 490 nm de un estado fotoestacionario (línea de color negro), y después de la irradiación con luz> 650 nm de un estado fotoestacionario (línea naranja ). (D) la emisión relativa de DAE-UCNP mide cuando la muestra fue en el estado fotoestacionario (barra gris), después de la irradiación con> 650 nm de luz desde el photEstado ostationary (barra naranja), y después de la irradiación con> 490 nm de luz de la (barra blanca) Estado fotoestacionario.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Las nanopartículas sintetizadas según este protocolo tienen una distribución de tamaño de 20 a 25 nm centrada en torno al 22,5 nm. 26,27 Se pueden clasificar como partículas esféricas con una estructura reticular 4 acogida α-Nayf. Hay dos pasos críticos en este protocolo. En la síntesis UCNP, es crucial para mantener la temperatura y el tiempo de calentamiento tan preciso como sea posible para asegurar una estrecha distribución de tamaño de partícula. La adición simultánea de NaOH y NH 4 F junto con la adición de iones de lantánidos en el comienzo de la reacción no dió nanopartículas de un tamaño bien distribuida y buena morfología. Después de la adición de NaOH y NH 4 F, asegúrese de que la temperatura se mantiene a 75 ° C durante un período de tiempo suficientemente largo para destilar completamente fuera de todo el metanol de la mezcla de disolvente de alto punto de ebullición y luego elevar la temperatura a 300 ° C lo más rápido posible después de la destilación para controlar el tamaño of nanopartículas. 24

Al hacer nanoconjuntos dispersables en agua, que a veces puede ser difícil determinar la cantidad de UCNPs (Paso 2.2) y moléculas orgánicas (Paso 2.6). Una sugerencia es comenzar con un pequeño volumen de los UCNPs (es decir, 50 l) y luego aumentar gradualmente esta cantidad hasta que se alcanza un umbral. En base a los ensayos, una combinación de 10 mg de partículas y moléculas orgánicas 2 × 10 -7 mol es la cantidad óptima para este tipo de encapsulación. Sin embargo, aunque este método puede transferir con éxito compuestos y nanopartículas orgánicas insolubles en agua a medio acuoso y mantener las dos componentes juntos en estrecha proximidad, este protocolo todavía tiene limitaciones. Este proceso de encapsulación no es aplicable a moléculas o nanopartículas sintetizadas en un ambiente acuoso (es decir, las nanopartículas de oro) solubles en agua debido a la mayor interacción sosteniendo el nanoconjunto juntos es la hydrophoefecto bic. Si se utiliza una molécula soluble en agua o de nanopartículas, es probable que lixiviar de la capa de polímero hidrófobo, incluso si los polímeros forman inicialmente micelas.

En conclusión, el uso de un protocolo de "plug-and-play ', demostramos cómo encapsular convenientemente cromóforos orgánicos hidrofóbicos y nanopartículas inorgánicas conversión ascendente dentro de una cubierta de polímero anfifílico para generar nanoconjuntos híbridos orgánico-inorgánicos dispersables en agua fotosensibles. La cubierta de polímero ayuda a mantener el medio ambiente hidrofóbico que es beneficioso para fotorreacciones orgánicos, lo que hace que este protocolo ideal "plug-and-play" para la preparación de sistemas fotosensibles complejos para aplicaciones en ambientes acuosos. Los métodos existentes para la fabricación de nanosistemas dispersables en agua a menudo requiere modificación química complicada, sin embargo, este protocolo es capaz de transferir componentes no solubles en agua en agua convenientemente sin la for modificación específica de esos componentes. El uso de la luz del infrarrojo cercano para activar nanopartículas conversión ascendente abre la oportunidad para que fotorreacciones activados luz bajo consumo de energía, que es una característica ventajosa para aplicaciones biológicas, ya que causa menos daño a las células y tejidos en los organismos vivos. Un posible inconveniente de esta técnica es la luz convertida por elevación UV emitida por las nanopartículas, y se utiliza para desencadenar los fotorreacciones energía más altos (es decir, la foto-isomerización de moléculas diarileteno), podría potencialmente causar daño a las células u organismos vivos. Para superar este problema, una capa de protección UV se puede revestir sobre las nanopartículas para evitar que los fotones UV sin convertir se salga. El nanosistemas con fluorescencia sintonizable hemos demostrado en este artículo tiene el potencial para ser desarrollado como un nuevo reactivo bioimagen para obtener imágenes de super-resolución. Anticipamos el alcance de la utilización de este método "plug-and-play" para hacer nanoassemb dispersables en aguamentiras continuarán expandiéndose.

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