Synthèse de noyau-enveloppe dopé Lanthanide Upconversion nanocristaux pour des Applications cellulaires

Ces dernières années, dopée lanthanide upconversion nanocristaux (UCNs) ont été largement utilisées comme alternative aux colorants organiques conventionnels et de points quantiques dans des applications biomédicales, qui reposent essentiellement sur leurs remarquables propriétés chimiques et optiques, y compris grande biocompatibilité, résistance élevée aux photobleaching et bande passante étroite d’émission^1,2,3. Plus important encore, ils peuvent servir comme un nanotransducer prometteur avec tissu excellente pénétration profondeur in vivo pour convertir le proche infrarouge (NIR) excitation dans un large éventail d’émissions provenant de l’UV, le visible et régions NIR par un multi-photon processus de conversion ascendante^4,5. Ces propriétés uniques font dopé lanthanide UCNs constituer un vecteur particulièrement prometteur pour la détection biologique, imagerie biomédicale et maladies théranostic^6,7,8.

Les composantes générales de UCNs reposent essentiellement sur les ions lanthanides dopé dans la matrice hôte isolant contenant une substance sensibilisante (p. ex., Yb^{3 +}, Nd^{3 +}) et un activateur (p. ex., Tm^{3 +}, Er^{3 +}, Ho ^{3 +}) dans le cristal homogènement⁹. L’émission optique différente depuis les nanocristaux est attribuée à la transition électronique localisée dans les 4 orbitalesf des dopants lanthanide en raison de leur échelle arrangée énergie niveau¹⁰. Par conséquent, il est essentiel de contrôler avec précision la taille et la morphologie des UCNs synthétisés avec dopants multicomposants lanthanide. De plein droit, certaines méthodes prometteuses ont été bien établies pour la préparation de lanthanide dopé UCNs, y compris la décomposition thermique haute température coprécipitation, synthèse hydrothermale, traitement de sol-gel, etc.^{11 , 12 , 13} parmi ces approches, la méthode de coprécipitation haute température est une des stratégies les plus populaires et pratiques pour la synthèse de UCNs, qui peuvent être strictement contrôlés pour préparer des nanocristaux de qualité désiré avec forme uniforme et distribution de la taille dans un temps de réaction relativement court et faible coût,¹⁴. Toutefois, la plupart des nanostructures synthétisés par cette méthode sont principalement plafonnées avec des ligands hydrophobes tels que l’acide oléique et oleylamine, qui empêchent généralement leur bioapplication supplémentaire en raison de la limited de solubilité de ligand hydrophobe en solution aqueuse ¹⁵. par conséquent, il est nécessaire d’effectuer des techniques de modification de surface convenable pour préparer UCNs biocompatibles en applications biologiques in vitro et in vivo.

Ici, nous présentons la procédure expérimentale détaillée pour la synthèse de nanostructures UCNs noyau-enveloppe par le biais de la méthode de coprécipitation haute température et une technique de modification possible pour fonctionnaliser polymère biocompatible UCNs surface pour Outre les applications cellulaires. Cette nanoplatform UCNs incorpore trois ions lanthanides (Yb^{3 +}, Nd^{3 +}et Tm^{3 +}) dans les nanocristaux d’acquérir forte émission bleue (~ 480 nm) à l’excitation lumineuse NIR à 808 nm, ce qui assure une plus grande profondeur de pénétration dans tissus vivants. Il est bien connu que Nd^{3 +}-UCNs dopés affichent les effets d’absorption et une surchauffe eau réduite à cette fenêtre spectrale (808 nm) par rapport aux classiques UCNs à 980 nm irradiation^{16,17, 18}. en outre, pour pouvoir utiliser les UCNs dans les systèmes biologiques, les ligands hydrophobes (acide oléique) sur la surface de UCNs sont tout d’abord enlevés par sonication dans la solution acide¹⁹. Puis les UCNs exempt de ligand sont modifiées ultérieurement avec un polymère biocompatible (acide polyacrylique, AAP) pour acquérir la grande solubilité dans les solutions aqueuses de²⁰. En outre, comme une preuve de concept dans les applications cellulaires, les UCNs hydrophiles sont davantage fonctionnalisés avec des ligands moléculaires (cyclooctyne de dibenzyle, DBCO) pour la localisation spécifique sur la N₃-membrane de la cellule contenant le tag. À la lumière NIR (808 nm) irradiation, l’émission d’upconvertis bleu à 480 nm peut efficacement activer une protéine canal de lumière-dépendants, channelrhodopsins-2 (ChR2), sur la surface de cellules et ainsi faciliter l’afflux du cation (par exemple, ions Ca^{2 +} ) à travers la membrane des cellules vivantes.

Ce protocole vidéo fournit une méthodologie possible pour dopé lanthanide UCNs synthèse, la modification des surfaces biocompatible et UCNs bioapplication dans les cellules vivantes. Toutes les différences dans les techniques de synthèse et les réactifs chimiques utilisés dans la croissance de nanocristaux semiconducteurs influeront sur les spectres de luminescence (UCL) taille upconversion, la morphologie et la distribution des nanostructures de UCNs final utilisé dans des expériences de cellule. Ce protocole vidéo détaillé est prête à aider les nouveaux chercheurs dans ce domaine pour améliorer la reproductibilité des UCNs avec la méthode de coprécipitation haute température et éviter les erreurs les plus communes dans la modification des surfaces biocompatible UCNs pour d’autres applications cellulaires.