携帯電話のアプリケーションのコア-シェル希土類ドープ アップコンバージョンナノ結晶の合成
Summary
コア-シェル希土類ドープ アップコンバージョンナノ結晶 (ため) の合成と近赤外線 (NIR) 光照射時にチャネル蛋白質の規則のための携帯電話アプリケーションのプロトコルが表示されます。
Abstract
希土類ドープ アップコンバージョンナノ結晶 (ため) は近赤外線 (NIR) ライトの吸収を可能にすると、その後にそれを変換することが有望な制御可能な光学特性に基づいて近年注目を集めています。紫外線から可視、近赤外域までの領域の広い範囲にわたって排出を多重化します。この記事は、ランタノイドを組み込む深部組織不可解近赤外励起 (808 を効率的に変換するためのナノ結晶コア-シェルのための高温共沈合成実験手順の詳細を示しますnm) 480 で強い青色発光に nm。生体適合性ポリマー (ポリアクリル酸、PAA) による表面修飾を制御することによってとして準備のため緩衝溶液の偉大な容解性を取得します。親水性ナノ結晶はさらに細胞膜のローカリゼーションのための特異的リガンド (ジベンジル cyclooctyne、DBCO) と官能基化します。近赤外光に (808 nm) 照射、アップ コンバートされる青い発光効果的に細胞膜に光ゲート チャネル蛋白質をアクティブにし、具体的には細胞質に (例えばCa2 +) は陽イオンの流入を調節します。このプロトコルは、コア-シェル希土類をドープしたため、さらに携帯電話用生体適合性表面改質の合成の実行可能な方法を提供します。
Introduction
希土類ドープ アップコンバージョンナノ結晶 (ため) 近年、従来の有機色素および顕著な化学、光学的特性に基づく主に、バイオメディカル分野で量子ドットへの代わりとして広く使用されています。優れた生体適合性、耐退色、および狭帯域発光1,2,3を含みます。もっと重要なは、彼らは優れた組織浸透深さは生体内で紫外、可視からの排出量の広い範囲に近赤外線 (NIR) 励起と多光子による近赤外領域を変換する有望な nanotransducer として使用できます。アップコン バージョン プロセス4,5。これらのユニークな特性を作る生物センシング、医用イメージング、疾患テラノスティクス市場6,7,8の特に有望なベクトルとして希土類元素をドープしたため。
ための一般的なコンポーネントは主に増感剤 (例えばYb3 +Nd3 +) と (例えばTm3 +Er3 +, Ho 活性化を含む絶縁ホスト マトリックスにドープした希土類イオンに基づいてください。3 +)結晶内均一9。ナノ結晶から異なる発光は、はしごのような整理されたエネルギー レベル10によるランタノイド ドーパントの 4f軌道内でローカライズされた電子転移に起因します。したがって、多元系希土類化合物の合成のための形態とサイズを正確に制御する重要です。右、いくつか有望な手法がよく確立されて熱分解高温共沈、水熱合成、ゾル-ゲル法、等11を含む希土類元素添加のための準備のため,12,13 、これらの方法の間で高温共沈法は均一な形状と目的の高品質結晶を準備する厳密に制御できるため合成の最も人気のある、便利な戦略の一つと比較的短い反応時間と低コスト14のサイズ分布。ただし、この法により合成されたほとんどのナノ構造は主にオレイン酸とオレイルアミン、一般に水溶液中の疎水性リガンド溶解度の限られているのため、さらにバイオ応用を妨げるなどの疎水性リガンドと上限します。15します。 したがって、それは生物学的応用のin vitroとin vivoでの生体適合性のための準備に適した表面改質技術を実行する必要は。
ここで、高温共沈法とのため表面の生体適合性高分子の高機能化を実現可能な改質技術を通じてコア-シェルのためのナノ構造の合成の詳細な実験手順を提案します。さらに携帯電話アプリケーション。このため nanoplatform に組み込む強い青色発光を取得するナノ結晶 3 つの希土類金属イオン (Yb3 +Nd3 +、および Tm3 +) (〜 480 nm) 808 で近赤外光励起による大きい浸透深さのある nm で生体組織。それはよく知られているその Nd3 +-ドープしたためこのスペクトル ウィンドウに最小化された水の吸収と過熱の効果を表示 (808 nm) 従来のために 980 nm 照射16,17,と比較して18. さらに、生物学的システムで、ためを利用するための表面の疎水性リガンド (オレイン酸) がまず削除酸溶液19sonication によって。その後、リガンドの存在しないためはさらに水溶液20偉大な溶解度を取得する生体適合性ポリマー (ポリアクリル酸、PAA) で変更されます。さらに携帯電話アプリケーションでの概念の証拠として、親水性のため、N3の特定のローカリゼーションのための分子配位子 (ジベンジル cyclooctyne、DBCO) さらに修飾-細胞膜をタグ付き。近赤外光に (808 nm) 照射、480 でアップ コンバートされる青い発光 nm 効果的に光ゲート チャネル蛋白質、channelrhodopsins 2 (ChR2) をアクティブに、細胞の表面にし従って (例えばCa2 +イオン) は陽イオンの流入を容易にします。生きている細胞の膜。
このビデオのプロトコルは、希土類をドープしたため合成、生体適合性表面改質と細胞のためのバイオ応用の実行可能な方法を提供します。合成技術やナノ結晶成長で使用される化学試薬の違いは細胞実験で使用される最終のためのナノ構造のサイズ分布、形態、およびアップコン バージョン発光 (UCL) のスペクトルに影響を与えます。この詳細なビデオ プロトコル高温共沈法のための再現性を改善し、さらなるため生体適合性表面改質のための最も一般的な間違いを避けるためにこの分野の新しい研究者を支援する用意があります。携帯電話のアプリケーション。
Protocol
Representative Results
Discussion
この記事は、携帯電話のアプリケーションの機能的な部分とコア-シェル希土類ドープ アップコンバージョンナノ結晶 (ため) の合成とその表面改質法を提示しています。この斬新なナノ材料は、紫外線、アップコン バージョン多光子過程を通じて近赤外光励起による可視光を発することができる優れた光学特性を有しています。このプロトコルは、コア-シェルのためのナノ構造で (NaYF4</…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は NTU-AIT-マブラヴ ナム/16001, RG110/16 (S), (11/13 RG)、部分的にサポート、ナンヤン工科大学、シンガポール、国家自然科学基金の中国 (NSFC) (第 51628201) (RG 35/15) を受賞します。
Materials
| 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 |
Referências
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