सेलुलर अनुप्रयोगों के लिए कोर-शैल Lanthanide-मैगनीज रूपांतरण Nanocrystals का संश्लेषण

Chemistry

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Summary

एक प्रोटोकॉल कोर के संश्लेषण के लिए प्रस्तुत किया जाता है-शैल lanthanide-मैगनीज रूपांतरण nanocrystals (UCNs) और उनके पास-अवरक्त (NIR) प्रकाश रोशनी पर चैनल प्रोटीन विनियमन के लिए सेलुलर आवेदन ।

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

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Abstract

Lanthanide-मैगनीज रूपांतरण nanocrystals (UCNs) हाल के वर्षों में उनके होनहार और नियंत्रणीय ऑप्टिकल गुण है, जो पास के अवशोषण के लिए अनुमति के आधार पर ज्यादा ध्यान आकर्षित किया है अवरक्त (NIR) प्रकाश और बाद में इसे बदल सकते है मल्टीप्लेक्स उत्सर्जन कि NIR को दिखाई यूवी से क्षेत्रों की एक व्यापक रेंज पर अवधि । यह आलेख उच्च-तापमान सह-वर्षा संश्लेषण कोर-शेल UCNs के लिए विस्तृत प्रायोगिक कार्यविधियां प्रस्तुत करता है जो nanocrystals में विभिन्न lanthanide आयनों को कुशलता से परिवर्तित करने के लिए शामिल है डीप-टिशू penetrable NIR उत्तेजना (८०८ एनएम) ४८० एनएम में एक मजबूत नीले उत्सर्जन में । (polyacrylic एसिड, पा), के रूप में तैयार UCNs बफर समाधान में महान घुलनशीलता का अधिग्रहण के साथ संगत बहुलक सतह संशोधन को नियंत्रित करने से । हाइड्रोफिलिक nanocrystals आगे कोशिका झिल्ली पर स्थानीयकरण के लिए विशिष्ट लाइगैंडों (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) के साथ कार्यात्मक रहे हैं । NIR प्रकाश (८०८ एनएम) विकिरण पर, कंवर्ट नीले उत्सर्जन को प्रभावी ढंग से सेल झिल्ली पर प्रकाश gated चैनल प्रोटीन को सक्रिय करने और विशेष रूप से कटियन (जैसे, Ca2 +) कोशिका में आमद को विनियमित कर सकते हैं । इस प्रोटोकॉल के संश्लेषण के लिए एक व्यवहार्य पद्धति प्रदान करता है कोर-शैल lanthanide-मैगनीज UCNs और आगे सेलुलर अनुप्रयोगों के लिए बाद में संगत सतह संशोधन.

Introduction

हाल के वर्षों में, lanthanide-मैगनीज रूपांतरण nanocrystals (UCNs) व्यापक रूप से जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों, जो मुख्य रूप से उनके बकाया रासायनिक और ऑप्टिकल संपत्तियों पर आधारित है में पारंपरिक कार्बनिक रंजक और क्वांटम डॉट्स के लिए एक विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया गया है, महान photobleaching, और संकीर्ण बैंडविड्थ उत्सर्जन1,2,3के लिए प्रतिरोध, उच्च संगतता सहित । इससे भी महत्वपूर्ण बात, वे vivo में उत्कृष्ट ऊतक पैठ गहराई के साथ एक होनहार nanotransducer के रूप में सेवा कर सकते है के पास-अवरक्त (NIR) उत्सर्जन की एक व्यापक रेंज में उत्तेजना से यूवी, दिखाई, और एक बहु के माध्यम से NIR क्षेत्रों में परिवर्तित फोटॉन धर्मांतरण प्रक्रिया,. इन अद्वितीय गुणों lanthanide-मैगनीज UCNs जैविक संवेदन, जैव चिकित्सा इमेजिंग, और रोगों theranostics6,7,8के लिए एक विशेष रूप से होनहार वेक्टर के रूप में सेवा करते हैं ।

UCNs के सामांय घटकों को मुख्य रूप से अछूता मेजबान मैट्रिक्स में मैगनीज lanthanide आयनों पर आधारित है जिसमें एक संवेदी (उदा., Yb3 +, एन डी3 +) और एक उत्प्रेरक (उदा, टीएम3 +, एर3 +, हो 3 +) क्रिस्टल के भीतर homogeneously9। nanocrystals से अलग ऑप्टिकल उत्सर्जन lanthanide dopants के 4एफ orbitals के भीतर स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए जिंमेदार ठहराया है उनकी सीढ़ी की तरह ऊर्जा स्तर की व्यवस्था10के कारण । इसलिए, यह ठीक आकार और multicomponent lanthanide dopants के साथ संश्लेषित UCNs के आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है । सही द्वारा, कुछ आशाजनक तरीके lanthanide-मैगनीज UCNs की तैयारी के लिए अच्छी तरह से स्थापित किया गया है, थर्मल अपघटन सहित, उच्च तापमान सह वर्षा, जलतापीय संश्लेषण, सोल-जेल प्रसंस्करण, आदि11 , 12 , 13 इन दृष्टिकोण के अलावा, उच्च तापमान सह वर्षा विधि UCNs संश्लेषण के लिए सबसे लोकप्रिय और सुविधाजनक रणनीतियों में से एक है, जो सख्ती से वर्दी आकार के साथ वांछित उच्च गुणवत्ता nanocrystals तैयार करने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है और एक अपेक्षाकृत कम प्रतिक्रिया समय और कम लागत में14वितरण आकार । हालांकि, सबसे nanostructures इस विधि द्वारा संश्लेषित मुख्य रूप से ओलिक एसिड और oleylamine, जो आम तौर पर उनके आगे के लिए जलीय समाधान में hydrophobic ligand घुलनशीलता के सीमित कारण आवेदन बाधा के रूप में hydrophobic लाइगैंडों के साथ छाया हुआ है 15. इसलिए, यह उपयुक्त सतह संशोधन तकनीक करने के लिए इन विट्रो और vivo मेंजैविक अनुप्रयोगों में जैव संगत UCNs तैयार करने के लिए आवश्यक है ।

इस के साथ साथ, हम उच्च तापमान सह-वर्षा विधि के माध्यम से कोर-शैल UCNs nanostructures के संश्लेषण के लिए विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रिया वर्तमान और functionalize के लिए UCNs सतह पर संगत बहुलक करने के लिए एक व्यवहार्य संशोधन तकनीक इसके अलावा सेलुलर अनुप्रयोगों । इस UCNs nanoplatform तीन lanthanide आयनों (Yb3 +, एन डी3 +, और Tm3 +) को शामिल किया गया nanocrystals में मजबूत नीले उत्सर्जन (~ ४८० एनएम) पर NIR लाइट उत्तेजना पर प्राप्त करने के लिए ८०८ एनएम है, जो में अधिक से अधिक पैठ गहराई है ऊतक रहते हैं । यह सर्वविदित है कि Nd3 +मैगनीज UCNs प्रदर्शन पानी के अवशोषण और इस वर्णक्रमीय खिड़की (८०८ एनएम) के रूप में ९८० एनएम विकिरण16,17पर पारंपरिक UCNs की तुलना में overheating प्रभाव कम से, 18. इसके अलावा, जैविक प्रणालियों में UCNs का उपयोग करने के लिए, UCNs की सतह पर hydrophobic लाइगैंडों (ओलिक एसिड) सबसे पहले एसिड समाधान19में sonication द्वारा निकाले जाते हैं । फिर ligand-मुक्त UCNs आगे एक सुसंगत बहुलक के साथ संशोधित कर रहे है (polyacrylic एसिड, पा) जलीय समाधान में महान घुलनशीलता प्राप्त करने के लिए20। इसके अलावा, सेलुलर अनुप्रयोगों में एक सबूत की अवधारणा के रूप में, हाइड्रोफिलिक UCNs आगे एन3पर विशिष्ट स्थानीयकरण के लिए आणविक लाइगैंडों (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) के साथ कार्यात्मक रहे हैं-सेल झिल्ली टैग की गईं । NIR प्रकाश (८०८ एनएम) विकिरण पर, ४८० एनएम में परिवर्तित नीले उत्सर्जन को प्रभावी ढंग से एक प्रकाश gated चैनल प्रोटीन, channelrhodopsins-2 (ChR2), सेल सतह पर सक्रिय कर सकते है और इस प्रकार की सुविधा कटियन (जैसे, Ca2 + आयन) आमद जीवित कोशिकाओं की झिल्ली के पार ।

इस वीडियो प्रोटोकॉल lanthanide-मैगनीज UCNs संश्लेषण, के लिए एक व्यवहार्य पद्धति प्रदान करता है, असंगत सतह संशोधन, और UCNs कोशिकाओं में रहने वाले अनुप्रयोगों । संश्लेषण की तकनीक में कोई अंतर और nanocrystal वृद्धि में इस्तेमाल रासायनिक एजेंट आकार वितरण, आकृति विज्ञान, और रूपांतरण luminescence (UCL) स्पेक्ट्रा सेल प्रयोगों में इस्तेमाल किया अंतिम UCNs nanostructures के प्रभाव होगा. इस विस्तृत वीडियो प्रोटोकॉल के लिए इस क्षेत्र में नए शोधकर्ताओं मदद करने के लिए उच्च तापमान सह वर्षा विधि के साथ UCNs के reproducibility में सुधार और आगे के लिए UCNs के लिए संगत सतह संशोधन में सबसे आम गलतियों से बचने के लिए तैयार है सेलुलर अनुप्रयोगों ।

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Protocol

< p class = "jove_content" > सावधानी: कृपया उपयोग करने से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (MSDS) देखें । एक उच्च तापमान पर UCNs के संश्लेषण प्रदर्शन करते समय सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें (~ २९० & #176; C), इंजीनियरिंग नियंत्रण (धुएं हूड) और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण ( जैसे , सुरक्षा चश्मे, दस्ताने, लैब कोट के उपयोग सहित, पूर्ण लंबाई पैंट, और बंद पैर के जूते) ।

< p class = "jove_title" > 1. NaYF 4 का संश्लेषण: Yb/tm/nd (30/0.5/1%) @NaYF 4 : एनडी (20%) कोर-शेल nanocrystals

  1. संश्लेषण की NaYF 4 : Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) कोर nanostructure
    1. की तैयारी री (CH 3 सह 2 ) 3 , NaOH, NH 4 च मेथनॉल स्टॉक समाधान
      नोट: दुर्लभ पृथ्वी (RE) lanthanide आयनों शामिल Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Thulium (Tm), और Neodymium (एनडी) ।
      1. भंग ५०० मिलीग्राम Yttrium (III) एसीटेट हाइड्रेट में 5 मिलीलीटर मेथनॉल (१०० मिलीग्राम/२५० मिलीग्राम Ytterbium (iii) एसीटेट हाइड्रेट में 5 मिलीलीटर मेथनॉल (५० मिलीग्राम/एमएल), 10 मिलीग्राम Thulium (iii) एसीटेट हाइड्रेट में 1 मिलीलीटर मेथनॉल (10 मिलीग्राम/एमएल), और 10 मिलीग्राम Neodymium (iii) एसीटेट हाइड्रेट में 1 मिलीलीटर मेथे nol (10 मिलीग्राम/एमएल) 2 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक सफाई स्नान के साथ ग्लास शीशियों में
      2. गठबंधन ४०० मिलीग्राम NaOH में एक ५० मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब के साथ 20 एमएल मेथनॉल अल्ट्रासोनिक सफाई स्नान के साथ NaOH स्टॉक समाधान तैयार करने के लिए (20 मिलीग्राम/
      3. गठबंधन ६०० मिलीग्राम एनएच 4 एफ में एक ५० मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब के साथ 30 एमएल मेथनॉल अल्ट्रासोनिक सफाई स्नान के साथ तैयार करने के लिए एनएच 4 एफ स्टॉक समाधान (20 मिलीग्राम/
        नोट: lanthanide कॉम्प्लेक्स, NaOH, और NH 4 F के शीशे की शीशियों में स्टॉक सॉल्यूशन रखें, parafilm से सील करें और उन्हें एक फ्रिज में स्टोर करें ~ 4 & #176; C जब तक जरूरत न हो. तैयार मेथनॉल स्टॉक समाधान हर 2 सप्ताह में एक बार बदल रहे हैं ।
    2. की तैयारी NaYF 4 : Yb/Tm/Nd कोर nanostructure
      1. पिपेट 3 मिलीलीटर की ओलिक एसिड और 1 के 7 मिलीलीटर-octadecene एक ५० मिलीलीटर में तीन गर्दन कुप्पी.
      2. (CH 3 CO 2 ) 3 शेयर समाधान के १.०८९ मिलीलीटर का मिश्रण, ०.६०८ मिलि द Yb (ch 3 co 2 ) 3 स्टॉक हल, ८३.६ & #181; L द Tm (ch 3 co 2 ) 3 स्टॉक सॉल्यूशन, और १२८.५ & #181; य द Nd (CH 3 कं 2 ) 3 शेयर हल कुप्पी.
      3. में
      4. एक थर्मामीटर फिट (0-360 & #176; सी रेंज) कुप्पी में और इसके टिप समाधान स्पर्श करते हैं । phenylmethyl सिलिकॉन तेल के साथ एक गिलास कंटेनर में कुप्पी रखें ।
      5. गर्मी समाधान १०० & #176; सी एक गर्म थाली के साथ बंद मेथनॉल लुप्त हो जाना । एक दोहरी वैक्यूम/गैस कई गुना के साथ एक Schlenk लाइन के लिए कुप्पी कनेक्ट अवशिष्ट मेथनॉल को दूर करने और 2-3 मिनट के लिए निर्वात के तहत प्रतिक्रिया मिश्रण रखने जबकि सरगर्मी.
      6. तापमान में वृद्धि करने के लिए १५० & #176; ग और ६० मिनट के लिए इस तापमान रखने के लिए । संश्लेषण के दौरान ७०० rpm की एक क्रियाशीलता की गति बनाए रखें ।
        नोट: समाधान छप से बचने के लिए एक उदारवादी सरगर्मी गति सेट करें.
      7. गर्म थाली बंद करो और कमरे के तापमान पर कुप्पी रखने के लिए समाधान धीरे नीचे शांत करने की अनुमति ।
        नोट: प्रोटोकॉल यहां ठहराया जा सकता है ।
      8. NaOH के 2 मिलीलीटर-मेथनॉल शेयर समाधान और एनएच 4 F-मेथनॉल स्टॉक समाधान की २.९६५ मिलीलीटर गठबंधन में एक 15 एमएल केंद्रापसारक ट्यूब । अपनी टोपी के साथ ट्यूब कस और 5 एस
      9. के लिए शक्तिशाली भंवर से समाधान मिश्रण
      10. जोड़ें NaOH-NH 4 F मिश्रण धीरे से कुप्पी में एक गिलास पिपेट से 5 मिनट से अधिक
      11. मिश्रण के तापमान में वृद्धि करने के लिए ५० & #176; सी और इस तापमान को 30 min.
        के लिए रखें नोट: तापमान सेट से अधिक नहीं ५० & #176; C क्योंकि उच्च तापमान क्रिस्टल nucleation और विकास को बढ़ावा देगा ।
      12. तापमान में वृद्धि (~ १०० & #176; ग) मेथनॉल से लुप्त हो जाना और एक दोहरी निर्वात के साथ एक Schlenk लाइन के लिए कुप्पी कनेक्ट/अवशिष्ट मेथनॉल को दूर करने और 2-3 मिनट के लिए निर्वात के तहत प्रतिक्रिया मिश्रण रखने के लिए कई गुना.
      13. स्विच की स्थिति टोंटी नाइट्रोजन के साथ कुप्पी भरने के लिए ।
      14. तापमान को बढ़ा कर २९० & #176; ग के ताप दर पर ~ 5 & #176; ग/न्यूनतम प्रतिक्रिया मिश्रण रखें २९० & #176; c के लिए १.५ h.
      15. गर्म थाली बंद करो और कुप्पी को हटाने के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण धीरे कमरे के तापमान में शांत जबकि सरगर्मी के लिए अनुमति देते हैं ।
        सावधानी: उच्च तापमान के साथ गर्म प्लेट से सावधान रहें (& #62; ४०० & #176; ग) त्वचा से संपर्क करने पर गंभीर जलने से बचने के लिए ।
      16. एक ५० मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब में कुप्पी में मिश्रण हस्तांतरण । इथेनॉल के 30 मिलीलीटर के साथ कुप्पी कुल्ला और समाधान केंद्रापसारक ट्यूब के लिए स्थानांतरण ।
      17. ४,००० & #215 पर उत्पाद केंद्रापसारक; जी कमरे के तापमान पर 8 मिनट के लिए और supernatant.
      18. त्यागें
      19. केंद्रापसारक ट्यूब के लिए hexane के 10 मिलीलीटर जोड़ने और 2 मिनट के लिए sonication (६० kHz, २४० डब्ल्यू) के साथ उत्पाद फिर से फैलाने.
      20. ट्यूब करने के लिए इथेनॉल के 30 मिलीलीटर जोड़ें । ४,००० & #215 पर उत्पाद नीचे स्पिन, 8 मिनट के लिए जी और फिर supernatant को त्यागें.
      21. फिर से 5 मिलीलीटर hexane के साथ केंद्रापसारक ट्यूब के तल में ठोस उत्पादों को फैलाने । एक रेफ्रिजरेटर में समाधान की दुकान पर ~ 4 & #176; C अगले चरण के लिए ।
        नोट: कोर-शैल UCNs के रूपांतरण उत्सर्जन एक ८०८ एनएम लेजर (2 डब्ल्यू) के साथ समाधान radiating द्वारा परीक्षण किया है ।
  2. की तैयारी NaYF 4 : Yb/Tm/nd (30/0.5/1%) @NaYF 4 : एनडी (20%) कोर-शेल nanocrystals
    1. 3 मिलीलीटर की ओलिक एसिड और 1-octadecene की 7 मिलीलीटर एक ५०-एमएल तीन गर्दन कुप्पी में गठबंधन । जोड़ें १.०८२ एमएल के वाई (ch 3 co 2 ) 3 स्टॉक समाधान और २.८७ एमएल के एन डी (ch 3 co 2 ) 3 स्टॉक समाधान में कुप्पी.
    2. प्राप्त कोर nanostructure (८० मिलीग्राम 5 मिलीलीटर hexane में चरण 1.1.2.18 से) को हिलाते हुए कुप्पी में डालें.
    3. एक थर्मामीटर फिट (0-360 & #176; सी रेंज) कुप्पी में और इसकी नोक मिश्रण को छूने दें । phenylmethyl सिलिकॉन तेल के साथ एक गिलास कंटेनर में कुप्पी रखें ।
    4. गर्मी में मिश्रण १०० & #176; सी पर गर्म थाली के शीर्ष पर मेथनॉल और hexane से लुप्त हो जाना । एक दोहरी वैक्यूम/गैस कई गुना के साथ एक Schlenk लाइन को कुप्पी कनेक्ट अवशिष्ट विलायक हटाने और 2-3 मिनट के लिए वैक्यूम के तहत प्रतिक्रिया मिश्रण रखने जबकि सरगर्मी ।
    5. तापमान में वृद्धि करने के लिए १५० & #176; ग और ६० मिनट के लिए रख दें । संश्लेषण में ७०० rpm पर क्रियाशीलता की गति बनाए रखें ।
      नोट: समाधान छप से बचने के लिए एक उदारवादी सरगर्मी गति सेट करें.
    6. गर्म थाली बंद करो और कुप्पी हटाने के लिए समाधान की अनुमति के लिए नीचे धीरे कमरे के तापमान पर ठंडा ।
      नोट: प्रोटोकॉल यहां ठहराया जा सकता है ।
    7. पिपेट 2 मिलीलीटर की NaOH-मेथनॉल स्टॉक समाधान और २.९६५ मिलीलीटर की एनएच 4 F-मेथनॉल स्टॉक समाधान में एक 15 मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब । अपनी टोपी के साथ ट्यूब कस और 5 एस
    8. के लिए शक्तिशाली भंवर से समाधान मिश्रण
    9. एक गिलास से कुप्पी में मिश्रण जोड़ने के पिपेट धीरे से अधिक 5 min.
    10. मिश्रण के तापमान को बढाने के लिए ५० & #176; ग और इसे ५० & #176 पर रखें; c 30 min.
      के लिए नोट: तापमान सेट से अधिक नहीं ५० & #176; C क्योंकि उच्च तापमान क्रिस्टल nucleation और वृद्धि को बढ़ावा देगा ।
    11. तापमान में वृद्धि (~ १०० & #176; ग) मेथनॉल से लुप्त हो जाना और एक दोहरी निर्वात के साथ एक Schlenk लाइन के लिए कुप्पी कनेक्ट/अवशिष्ट मेथनॉल को दूर करने के लिए, 2-3 min.
    12. के लिए वैक्यूम के तहत प्रतिक्रिया मिश्रण रखते हुए
    13. स्विच की स्थिति टोंटी नाइट्रोजन के साथ कुप्पी भरने के लिए ।
    14. तापमान में वृद्धि करने के लिए २९० & #176; ग के ताप दर पर ~ 5 & #176; c/न्यूनतम प्रतिक्रिया मिश्रण रखें पर २९० & #176; ग के लिए १.५ h.
    15. गर्म थाली बंद करो और कुप्पी हटाने के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण की अनुमति देने के लिए कमरे के तापमान पर धीरे से शांत जबकि सरगर्मी ।
      सावधानी: उच्च तापमान के साथ गर्म प्लेट से सावधान रहें (& #62; ४०० & #176; ग) त्वचा से संपर्क करने पर गंभीर जलने से बचने के लिए ।
    16. एक ५० मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब में कुप्पी में मिश्रण हस्तांतरण । इथेनॉल के 30 मिलीलीटर के साथ कुप्पी कुल्ला और समाधान केंद्रापसारक ट्यूब के लिए स्थानांतरण ।
    17. ४,००० & #215 पर उत्पाद केंद्रापसारक; जी कमरे के तापमान पर 8 मिनट के लिए और supernatant.
    18. त्यागें
    19. केंद्रापसारक ट्यूब के लिए hexane के 10 मिलीलीटर जोड़ने और 2 मिनट के लिए sonication (६० kHz, २४० डब्ल्यू) के साथ उत्पाद फिर से फैलाने.
    20. ट्यूब करने के लिए इथेनॉल के 30 मिलीलीटर जोड़ें । ४,००० & #215 पर उत्पाद नीचे स्पिन, 8 मिनट के लिए जी और फिर supernatant को त्यागें.
    21. फिर से 5 मिलीलीटर hexane के साथ केंद्रापसारक ट्यूब के तल में ठोस उत्पादों को फैलाने । एक फ्रिज में समाधान की दुकान पर ~ 4 & #176; सी जब तक की जरूरत है ।
      नोट: कोर-शैल UCNs के रूपांतरण उत्सर्जन एक ८०८ एनएम लेजर (2 डब्ल्यू) के साथ समाधान radiating द्वारा परीक्षण किया है ।
< p class = "jove_title" > 2. के संश्लेषण के साथ संगत UCNs Nanostructures

  1. की तैयारी ligand-free UCNs nanoparticle
      के
    1. के रूप में तैयार oleate-छाया हुआ UCNs समाधान (step 1.2.18) के साथ 30 मिलीलीटर इथेनॉल गठबंधन एक ५० एमएल केंद्रापसारक ट्यूब में । ४,००० & #215 पर मिश्रण केंद्रापसारक, कमरे के तापमान पर 8 मिनट के लिए जी और supernatant त्यागें ।
    2. मिश्रण 10 मिलीलीटर एसिड जलीय समाधान (पीएच = 4) एचसीएल द्वारा समायोजित (०.१ मीटर) ५० मिलीलीटर केंद्रापसारक ट्यूब में वेग के साथ और sonication (६० kHz, २४० डब्ल्यू) द्वारा हाला को भंग 30 min.
    3. के लिए
    4. 2 h.
    5. के लिए जोरदार सरगर्मी के साथ एक गिलास शीशी में हल स्थानांतरण
    6. 30 मिलीलीटर diethyl ईथर के साथ जलीय समाधान निकालने के लिए ओलिक एसिड को हटाने के लिए, तीन बार दोहराएं ।
    7. कोमल मिलाते के साथ संयुक्त ईथर परतों में 10 मिलीलीटर पानी जोड़ें ।
    8. जलीय चरण एक साथ इकट्ठा (20 एमएल) और 5 एस
    9. के लिए भंवर के साथ 20 मिलीलीटर एसीटोन जोड़ें
    10. ३५,००० पर उत्पाद नीचे स्पिन & #215; 10 मिनट के लिए जी और फिर supernatant को त्यागें । 2 मिलीलीटर पानी में हाला को भंग ।
  2. की तैयारी बहुलक संशोधित UCNs (पा-UCNs)
    1. गठबंधन २०० polyacrylic एसिड (पा, मेगावाट = १,८००) के साथ 20 मिलीलीटर (६० kHz, २४० डब्ल्यू) 20 मिनट के लिए पानी के साथ मिलीग्राम । aforementioned ligand-मुक्त UCNs के साथ पा समाधान में जोड़ें जोरदार चमचे.
    2. 30 मिनट के लिए NaOH समाधान (1 M) के साथ sonication (६० kHz, २४० डब्ल्यू) के द्वारा ७.४ करने के लिए पीएच मान समायोजित करें । मिश्रण को चमचे से चलाकर 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर रखें ।
    3. ३५,००० & #215 पर केंद्रापसारक द्वारा वेग इकट्ठा, 10 मिनट के लिए जी. फिर से 10 मिलीलीटर पानी में उत्पाद को निलंबित sonication (६० kHz, २४० डब्ल्यू) के लिए 5 मिनट और फिर से केंद्रापसारक पर ३५,००० & #215; g के लिए 10 min. इस चरण को तीन बार दोहराएँ ।
    4. फिर से 8 मिलीलीटर पानी में उत्पाद को फैलाने के लिए sonication द्वारा (६० kHz, २४० डब्ल्यू) 5 मिनट के लिए एक फ्रिज में समाधान स्टोर ~ 4 & #176; सी जब तक की जरूरत है ।
  3. की तैयारी के कार्यात्मक DBCO-UCNs nanoparticle
    1. नीचे स्पिन के रूप में तैयार पा @ UCNs (1 मिलीग्राम) द्वारा ३५,००० & #215 पर केंद्रापसारक; 10 मिनट के लिए जी । 1 मिनट के लिए sonication द्वारा 1 मिलीलीटर शुष्क DMF में हाला (६० kHz, २४० डब्ल्यू) को पुनः निलंबित और ३५,००० पर फिर से केंद्रापसारक & #215; जी के लिए 10 min. इस चरण को दो बार दोहराएँ.
    2. भंग में हाला की २०० & #181; L सोंठ एक काँच की शीशी में DMF । HOBT जोड़ें (१२.२ मिलीग्राम), EDC (14 मिलीग्राम), DBCO-NH 2 (5 मिलीग्राम), और DIPEA (16 & #181; L) चुंबकीय क्रियाशीलता के साथ शीशी में 24 ज.
    3. के लिए
    4. ३५,००० & #215 पर केंद्रापसारक द्वारा उत्पाद इकट्ठा, 10 मिनट के लिए जी । supernatant को निकालें और 1 मिलीलीटर DMSO में हाला को पुन: निलंबित करें और ३५,००० & #215; g के लिए 10 min. के लिए इस चरण को तीन बार दोहराएँ ।
    5. में उत्पाद को फैलाने ०.२ मिलीलीटर DMSO और एक फ्रिज में स्टोर पर ~ 4 & #176; C उपयोग करने से पहले.
< p class = "jove_title" > 3. DBCO-UCNs की कोशिकाओं में झिल्ली चैनल के विनियमन में के अनुप्रयोगों

  1. संस्कृति HEK293 कोशिकाओं में Dulbecco & #39; s संशोधित ईगल & #39; एस मध्यम (DMEM) पूरक के साथ 10% FBS, १०० इकाइयों/एमएल पेनिसिलिन, १०० & #181; g/एमएल streptomycin और ३७ & #176 पर 5% कं 2 के साथ एक humidified मशीन में बनाए रखना; C. बीज 1 & #215; 10 5 कोशिकाओं में 1 मिलि DMEM/अच्छी तरह से एक 12-खैर थाली में और यह 24 घंटे के लिए मशीन में रखना ज.
  2. गठबंधन प्लाज्मिड (pCAGGS-ChR2-शुक्र, 1 & #181; छ) के साथ P3000 अभिकर्मक रिएजेंट (2 & #181; L) बाज & #39 में; s यूनतम आवश्यक मीडिया (मेम) (१०० & #181; l) microcentrifuge ट्यूब ए में, और अभिकर्मक रिएजेंट (१.५ & #181; l) में मेम (१०० & #181; l) में ट्यूब बी.
  3. एक और बी के लिए कमरे के तापमान पर 10 मिनट के लिए ट्यूबों में समाधान के मिश्रण की मशीन ।
  4. ट्यूब A और B में समाधान को ४०० & #181; L मेम के साथ संयोजित करें । 1 मिलीलीटर सीरम-मुक्त DMEM के साथ कोशिकाओं को दो बार धो लें ।
  5. Add ६०० & #181; L अभिकर्मक मिश्रण एक 12-अच्छी तरह से थाली के प्रत्येक कुआं में और कोशिकाओं में गर्मी ३७ & #176; सी मशीन के लिए 4 ज. मध्यम निकालें और 1 मिलीलीटर DMEM के साथ दो बार धो लें ।
  6. 1 एमएल DMEM युक्त 1 & #181; एल एसी 4 ManNAz (DMSO में ५० मिमी) अच्छी तरह से और 2 दिनों के लिए मशीन में रखने के लिए ।
  7. को निकालें और 1 मिलीलीटर पंजाबियों के साथ एक बार धो लें । 1 मिलीलीटर Trypsin जोड़ें-EDTA (०.२५%) 12 के प्रत्येक कुआं में अच्छी तरह से प्लेट और ३७ & #176 पर मशीन; C जब तक कोशिकाओं अलग है (~ 2 मिनट) । 1 & #215 पर एक फोकल डिश में कोशिकाओं को पुनः संस्कृति; 10 5 कोशिकाओं को 1 मिलीलीटर DMEM में अच्छी तरह से रात भर के लिए ।
  8. को निकालें और 2 & #181 के साथ 1 मिलीलीटर ताजा DMEM जोड़ें; L DBCO-UCNs (५० मिलीग्राम/एमएल) के लिए डिश में 2 ज पर ३७ & #176; सी. फोकल इमेजिंग के लिए, DMEM के साथ दो बार कक्षों को धोएं और 1 & #181 जोड़ें; L Rhod-N 3 (10 mM) for 30 min.
  9. intracellular कैल्शियम विश्लेषण के लिए
  10. , 1 & #181 के मिश्रण के साथ कोशिकाओं की मशीन; l Rhod-3 AM (10 mm), 10 & #181; l प्रोबेनेसिड (२५० mm), and 10 & #181; l लोडिंग बफर (Pluronic surfactant polyols, 0.1% w/v)) 1 मिलीलीटर DMEM मध्यम में 30 मिनट के लिए अंधेरे में.
  11. 20 मिनट के लिए ०.८ W/cm 2 की खुराक पर ८०८ एनएम NIR प्रकाश के साथ सीरम मुक्त DMEM और विकीर्ण के साथ कोशिकाओं को धो (5 मिनट के बाद पांच मिनट को तोड़ने).
  12. रिकार्ड फोकल माइक्रोस्कोप पर इमेजिंग परिणाम (लेजर स्रोत: ५६१ एनएम लेजर; डिटेक्टर रेंज: 610/75 एनएम; लेंस: 100x १.४ NA तेल, एक्सपोजर समय: १०० ms) । जोड़ें 1 एमएल Trypsin-EDTA (०.२५%) एक अच्छी तरह से में समाधान और ३७ & #176 पर मशीन; C जब तक कोशिकाओं (~ 2 मिनट) अलग है । कोशिकाओं को 1 मिलीलीटर में फिर से निलंबित करें पंजाब के लिए फ्लो cytometry (के. एन. ए.) विश्लेषण (उदा: ५६१ एनएम, Em: 582/15 एनएम) ।

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Representative Results

कोर-शेल lanthanide-मैगनीज UCNs की योजनाबद्ध संश्लेषण प्रक्रिया चित्रा 1 और चित्रा 2में दिखाया गया है । ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) और उच्च संकल्प संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) छवियों के कोर और कोर-शैल UCNs nanostructures क्रमशः एकत्र किए गए थे (चित्रा 1) । ligand मुक्त UCNs एसिड समाधान में UCNs की सतह पर hydrophobic ओलिक एसिड को दूर करके तैयार कर रहे हैं, और हाइड्रोफिलिक बहुलक (पा) के साथ संशोधित । फिर COOH-छाया पा-UCNs DBCO-NH2 के साथ कार्यात्मक है एक के बीच संघनित्र प्रतिक्रिया से । ligand-फ्री UCNs, पा-UCNs और DBCO-UCNs के उनि चित्र चित्रा 2में दर्शाए गए हैं । गतिशील प्रकाश कैटरिंग (DLS), जीटा संभावित परिणाम और luminescence (UCL) स्पेक्ट्रा के DBCO-UCNs क्रमशः एकत्र कर रहे है (चित्रा 3) । DBCO-एनएच2, पा-UCNs और DBCO-UCNs के रूपान्तर रूपांतर अवरक्त (स्विचेज) स्पेक्ट्रोस्कोपी को चित्रा 4में प्रस्तुत किया गया है ।

सेल प्रयोगों में, कोशिका झिल्ली पर ChR2 की सफल अभिव्यक्ति स्पष्ट ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन (GFP) मार्कर (वीनस) द्वारा फोकल माइक्रोस्कोपी (चित्रा 5) का उपयोग कर की पुष्टि की है । DBCO-UCNs विशेष रूप से ChR2-व्यक्त HEK293 कक्षों की सतह पर क्लिक करें प्रतिक्रिया (चित्र 5) द्वारा स्थानीयकृत हैं । NIR प्रकाश उत्तेजना पर intracellular कैल्शियम विश्लेषण भी फोकल इमेजिंग और फ्लो cytometry () एक मानक फ्लोरोसेंट सीए2 + संकेतक, Rhod-3 (चित्रा 5B, सी) पर आधारित द्वारा पुष्टि की है ।

Figure 1
चित्र 1. कोर के संश्लेषण-शैल lanthanide-मैगनीज UCNs. (क) UCNs के संश्लेषण की प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण. (ख, ग) उनि का कोर (NaYF4: Yb/tm/nd (30/0.5/1%)) और कोर-शेल (NaYF4: Yb/tm/nd (30/0.5/1%) @NaYF4: एनडी (20%)) UCNs nanostructures. स्केल बार: ५० एनएम । इनसेट: कोर और कोर-शैल UCNs nanostructures की HRTEM छवियां । स्केल बार: 5 एनएम । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. कार्यात्मक UCNs nanostructures का संश्लेषण. (क) ligand के संश्लेषण की प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण-मुक्त UCNs, पा-UCNs और DBCO-UCNs, क्रमशः. (B, C, D) उनि images of ligand-free UCNs, पा-UCNs and DBCO-UCNs. स्केल बार: १०० एनएम पैनल में बी और ५० एनएम पैनल में सी/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. DBCO-एनएच2, पा-UCNs और DBCO-UCNs के स्विचेज स्पेक्ट्रोस्कोपी क्रमशः. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. बफर समाधान में DBCO-UCNs का लक्षण वर्णन । (क) DBCO-UCNs के DLS परिणाम । (ख) जीटा पा-UCNs और DBCO-UCNs (± एसडी मतलब) के संभावित परिणाम । (ग) UCL स्पेक्ट्रा ऑफ कोर और कोर-शैल UCNs में hexane (1 मिलीग्राम/एमएल), पा-UCNs और DBCO-UCNs पानी में (1 mg/एमएल) अलग से (उदा: ८०८ एनएम) । इनसेट: ८०८ एनएम विकिरण के साथ UCNs की luminescence फोटोग्राफ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5. DBCO के सेलुलर अनुप्रयोगों-NIR प्रकाश रोशनी पर UCNs । (क) ChR2 के फोकल इमेजिंग-व्यक्त एन3-टैग HEK293 कोशिकाओं के साथ DBCO-UCNs (ऊपर) और पा-UCNs (नीचे) 2 के लिए एच १०० µ जी/ ग्रीन: ChR2-वीनस (उदा: ४८८ एनएम, em: 530/50 एनएम), नीला: UCNs (उदा: ५४३ एनएम, em: 580/50 एनएम) । स्केल बार: 20 µm. (ख) सेलुलर सीए2 + इमेजिंग के साथ Rhod-3 से पहले और बाद NIR-प्रकाश विकिरण (०.८ डब्ल्यू/ उदा: ५६१ एनएम, Em: 610/75 एनएम । स्केल बार: 10 µm. (C) मात्रात्मक2 + विभिन्न प्रकाश खुराकों रोशनी (मतलब ± एसडी) के साथ सेलुलर सीए के सामान्यीकृत प्रतिदीप्ति तीव्रता का गुणात्मक विश्लेषण । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

यह लेख कोर-शैल lanthanide-मैगनीज nanocrystals (UCNs) और सेलुलर अनुप्रयोगों के लिए कार्यात्मक moieties के साथ उनके सतह संशोधन के संश्लेषण के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है । इस उपंयास nanomaterial बकाया ऑप्टिकल गुण है, जो एक बहु फोटॉन रूपांतरण प्रक्रिया के माध्यम से NIR प्रकाश उत्तेजना पर यूवी और दृश्य प्रकाश उत्सर्जन कर सकते है पास । इस प्रोटोकॉल में, कोर-शेल UCNs nanostructures (NaYF4: Yb/Tm/nd (30/0.5/1%) @NaYF4: एनडी (20%)) एक उच्च तापमान सह वर्षा विधि द्वारा ओलिक एसिड और 1-octadecene के मिश्रण में तैयार कर रहे हैं । उनि छवियों का प्रदर्शन इन कोर और कोर की आकृति विज्ञान शैल nanocrystals के आकार में गोलाकार है 20 एनएम और 30 एनएम क्रमशः, के बारे में एक खोल मोटाई का अर्थ के बारे में 5 एनएम (चित्रा 1) । कोर-शैल वास्तुकला भी चित्रा 1के इनसेट में उच्च संकल्प उनि छवियों से पता चला है, जो कोर UCNs nanostructures के साथ इसी तरह के जाली किनारे से पता चलता है । इसके अलावा, ०.५२ एनएम के आसपास एक ठेठ डीरिक्ति (१००) β-NaYF4के विमान की रिक्ति के साथ अच्छी तरह से सहमत है, यह दर्शाता है कि सभी कोर और कोर-शैल UCNs nanostructures अत्यधिक सघन और एक ही क्रिस्टल संरचना बनाए रखने हैं । इसके अलावा, रूपांतरण luminescence स्पेक्ट्रा कोर-शैल nanocrystals प्रदर्शन मजबूत नीले उत्सर्जन एक डायोड लेजर के साथ उत्तेजना पर कोर कणों की तुलना में ४८० एनएम पर एक बहुत उच्च तीव्रता के साथ ८०८ एनएम पर एक सतत लहर को प्राप्त करने के लिए ( चित्र 4c) । कोर-शैल UCNs के बढ़ाया उत्सर्जन दबा सतह Yb3 +, एन डी3 +, और Tm3 + आयनों है कि कोर-शैल nanocrystals21की आंतरिक परत में एम्बेडेड हैं के शमन प्रभाव के लिए जिंमेदार ठहराया है । ये नतीजे इस प्रस्ताव में lanthanide-मैगनीज कोर-शेल UCNs nanomaterial की सफल तैयारी की पुरजोर पुष्टि करते हैं ।

इन nanocrystals के उच्च तापमान सह वर्षा संश्लेषण में कई महत्वपूर्ण कदम हैं । सबसे पहले, कोर और कोर-शैल UCNs के संश्लेषण की प्रक्रिया में lanthanide आयन स्टॉक समाधान के जोड़ा मात्रा कड़ाई से नियंत्रित किया जाना चाहिए (कदम 1.1.2.2). उच्च स्तर डोपिंग आयनों एक एकाग्रता से संबंधित पार छूट या शमन nanocrystals में आयन-आयन बातचीत के कारण प्रभाव में परिणाम होगा21। दूसरा, तापमान ५० डिग्री सेल्सियस से कम पर रखा जाना चाहिए के बाद पूरा nucleation सुनिश्चित करने के लिए NaOH और एनएच4एफ कुप्पी (चरण 1.1.2.9 और चरण 1.2.9) में जोड़ रहे हैं, जो Ostwald के आधार पर क्रिस्टल विकास को बढ़ावा देने के द्वारा एक समान आकृति विज्ञान सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है प्रभाव पकने22। तीसरा, आकार और कोर के ऑप्टिकल गुण-शैल नैनोकणों प्रमुख रूप से शैल (Y3 + और एन डी3 +) और के रूप में तैयार कोर कणों (चरण 1.2.1) के अग्रदूतों में lanthanide आयनों की मात्रा का समायोजन करके नियंत्रित किया जा सकता है । यह भी महत्वपूर्ण है कि कोर-शैल nanocrystals की आकृति विज्ञान कोर कणों के विभिन्न प्रकार के अनिसोट्रोपिक शैल वृद्धि पर आधारित है, जो NIR प्रकाश रोशनी पर UCNs के विभिन्न ऑप्टिकल उत्सर्जन का नियमन करने के लिए उपयोगी है23.

इसके अलावा, यह भी एक काफी चुनौती को प्रभावी ढंग से आगे जैविक अनुप्रयोगों के लिए hydrophobic UCNs हाइड्रोफिलिक UCNs नैनोकणों में परिवर्तित करने के लिए है । हालांकि कुछ तरीकों बफर समाधान में UCNs के लिए, ligand विनिमय, सिलिका कोटिंग, oleate कैपिंग ligand ऑक्सीकरण, सहित, में सुधार के लिए रिपोर्ट किया गया है, वे अप्रत्याशित एकत्रीकरण, समय लेने से पीड़ित है, और जटिल प्रक्रियाएं24,25,26. साथ ही, हम एक अम्ल जल समाधान (pH = 4) में ओलिक-ढकी oleate की सतह पर UCNs अम्ल को हटाकर जल-दिस्पेरसिब्ले ligand-मुक्त UCNs nanostructures प्राप्त करने के लिए एक सरल दृष्टिकोण विकसित करते हैं । एचसीएल द्वारा समायोजित पीएच मान oleate ligand की रिहाई को नियंत्रित करने और UCNs के luminescence को प्रभावित करने के लिए महत्वपूर्ण है । इससे भी महत्वपूर्ण बात, एक जैव संगत बहुलक (polyacrylic एसिड, पा) carboxyl समूहों की एक बड़ी संख्या के साथ समंवय संपर्क है, जो आगे रासायनिक के लिए और अधिक कार्यात्मक समूह प्रदान करेगा द्वारा UCNs की सतह पर lanthanide आयनों के साथ लिंक कर सकते है संशोधन. इसलिए, हम आगे विशिष्ट एन3-टैग की गई कोशिका झिल्ली स्थानीयकरण के लिए UCNs की सतह पर DBCO-NH2 moieties functionalize । ligand के उनि छवियों मुक्त UCNs, पा-UCNs, और DBCO-UCNs में चित्रा 2 महान फैलाव और घुलनशीलता सतह संशोधन के बाद बफर समाधान में इन nanostructures का प्रदर्शन । इसके अलावा, रूपान्तर परिवर्तित अवरक्त (स्विचेज) स्पेक्ट्रोस्कोपी UCNs nanoplatform पर DBCO समूहों की सतह संशोधन की विशेषता के लिए किया गया था । के रूप में चित्रा 3में दिखाया गया है, ३,४३० सेमी के आसपास मजबूत बैंड-1 carboxyl समूहों की ज-ओ खींच कंपन के कारण है, और दो १५५० सेमी-1 और १४५८ सेमी-1 पर केंद्रित बैंड असममित के साथ जुड़े रहे हैं और सममित carboxylate ॠणायन के कंपन मोड खींच, UCNP सतह पर COOH समूह युक्त पॉलिमर (पा) की सफल कोटिंग का संकेत है । DBCO के साथ प्रतिक्रिया के बाद एनएच2 moieties, १,६३५ सेमी-1 पर एक स्पष्ट बैंड DBCO समूहों, जो DBCO के स्विचेज स्पेक्ट्रम के साथ संगत है की सुगंधित अंगूठी पर सी = सी खींच कंपन के आधार पर मौजूद है एक ही पर-nh2 moieties wavenumber । इसके अलावा, गतिशील प्रकाश बिखरने (DLS) परिणाम जलीय समाधान (96.4 ± 10.4 एनएम) (चित्र 4a) में DBCO-UCNs के वृद्धि हुई hydrodynamic व्यास इंगित करता है । जीटा संभावित परिणाम भी पा-UCNs की नकारात्मक सतह का संकेत (-26.1 ± 4.4 एमवी) और DBCO-UCNs (-11.9 ± 5.6 एमवी) क्रमशः (चित्रा 4B), महान घुलनशीलता और बफर समाधान में इन nanostructures की स्थिरता का प्रदर्शन । इसके अलावा, पा-UCNs और DBCO-UCNs के UCL स्पेक्ट्रा का प्रदर्शन है कि वे ४८० एनएम पर ८०८ एनएम प्रकाश विकिरण (चित्र 4c), जो आगे NIR प्रकाश के लिए उपयोग किया जा सकता है पर समान रूप से बदल उत्सर्जन उत्सर्जन कर सकते है जैविक में photoactivation मध्यस्थता सिस्टम.

इसके अलावा, एक सबूत की अवधारणा के रूप में, क्रम में रहने वाले कोशिकाओं में कार्यात्मक UCNs के आवेदन को प्रदर्शित करने के लिए, एक प्रकाश gated चैनल प्रोटीन (ChR2) सेल सतह पर इंजीनियर को कटियन आयनों की बाढ़ मध्यस्थता द्वारा सेलुलर कार्यों को विनियमित है (उदा., सीए2 +) में कोशिका27,28,29. HEK293 सेल लाइन की झिल्ली पर ChR2 की सफल अभिव्यक्ति ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन (GFP) मार्कर (वीनस) की उपस्थिति के द्वारा की पुष्टि की है फोकल माइक्रोस्कोपी (चित्र 5) का उपयोग कर । इसके अलावा, एन3पर UCNs के स्थानीयकरण-कोशिका झिल्ली टैग स्पष्ट रूप से सेल की सतह पर visualized है (नीला) 2 एच की मशीन के बाद, जो तथ्य यह है कि UCNs nanostructures की सतह पर अवशिष्ट DBCO समूहों के साथ दाग रहे है जिंमेदार ठहराया जा सकता है एक azide-फ्लोरोसेंट डाई युक्त (5-carboxytetramethylrhodamine-azide, Rhod-N3) तांबे के माध्यम से मुक्त bioorthogonal प्रतिक्रिया क्लिक करें । इसके अलावा, NIR प्रकाश (८०८ एनएम) सेल सतह पर स्थानीयकृत UCNs nanotransducer विकीर्ण करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो सक्रिय कर सकते हैंप्रकाश-gated ChR2 चैनल प्रोटीन और झिल्ली भर में सीए2 + आयन आमद की सुविधा । के रूप में चित्रा 5Bमें दिखाया गया है, cytosol में लाल प्रतिदीप्ति की एक महत्वपूर्ण वृद्धि एक मानक फ्लोरोसेंट सीए द्वारा मनाया जाता है2 + सूचक, Rhod-3 हूं, जबकि कोई स्पष्ट प्रतिदीप्ति वृद्धि प्रकाश रोशनी के अभाव में दर्ज की गई है । चित्रा 5C में मात्रात्मक प्रवाह cytometry (के. के.) विश्लेषण यह भी दर्शाता है कि इस तरह के NIR-प्रकाश उत्तरदायी प्रतिदीप्ति वृद्धि प्रकाश खुराक पर निर्भर है, स्पष्ट रूप से सुझाव है कि DBCO-UCNs प्रभावी रूप से विनियमित कर सकते हैं NIR पर कोशिका झिल्ली पर चैनल प्रोटीन-प्रकाश विकिरण ।

संक्षेप में, aforementioned परिणामों के आधार पर, हम आशा करते है कि वर्तमान प्रोटोकॉल न केवल उच्च तापमान के लिए विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं प्रदान करता है-शैल UCNs nanostructures की सह-वर्षा संश्लेषण, लेकिन यह भी एक सरल विकसित जैविक अनुप्रयोगों में आगे NIR प्रकाश मध्यस्थता photoactivation के लिए UCNs के जैव संगत सतह संशोधन के लिए तकनीक. इससे भी महत्वपूर्ण बात, इस विधि के पीछे तर्क के आधार पर, UCNs के ऑप्टिकल गुण आगे lanthanide आयनों के विभिंन प्रकार (जैसे, Erbium (iii), Holmium (iii), आदि) क्रिस्टल में उत्सर्जन करने के लिए यूवी, हरे, लाल, और फेंकना द्वारा समायोजित किया जा सकता है ८०८ एनएम प्रकाश विकिरण30पर NIR प्रकाश । इसके अलावा, UCNs सतह भी विभिंन कार्यात्मक समूहों के साथ संशोधित किया जा सकता है (जैसे, पेप्टाइड, प्रोटीन, लिपिड, लक्ष्यीकरण ligand, आदि) आगे जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए31,३२। इन फायदों को इन विट्रो और vivo मेंशारीरिक प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए एक उपयुक्त उंमीदवार nanomaterial UCNs, और इस प्रकार भविष्य में नैदानिक theranostics के लिए व्यक्तिगत nanomedicine के रूप में कार्य कर सकते हैं ।

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgements

यह काम आंशिक रूप से NTU-AIT-एमयूवी NAM/16001, RG110/16 (ओं), (आरजी 11/13) और (आरजी 35/15) नानयांग तकनीकी विश्वविद्यालय, सिंगापुर और राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन ऑफ चाइना (NSFC) (सं. ५१६२८२०१) में संमानित किया गया ।

Materials

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

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