Diese Arbeit wurde teilweise unterstützt von NTU-AIT-MUV NAM/16001, RG110/16 (S), (RG 11/13) und (RG 35/15) in Nanyang Technological University, Singapore und National Natural Science Foundation von China (NSFC) (Nr. 51628201) vergeben.

Vorsicht: konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor dem Gebrauch. Nutzen Sie alle entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Synthese von UCNs bei hoher Temperatur (~ 290 ° C), einschließlich der Verwendung von technischen Kontrollen (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (z.B. Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe).
 1. Synthese des NaYF 4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: Nd(20%) Kern-Schale-Nanokristalle <ol><li>Synthese von NaYF 4: Yb/Tm/Nd(30/0.5/1%) Kern Nanostruktur <ol><li> Vorbereitung der RE (CH 3 CO 2) 3, NaOH, NH 4 F Methanol Stammlösung Hinweis: die seltenen Erden (RE) Lanthanoid-Ionen sind Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Thulium (Tm) und Neodym (Nd).
		<ol><li>Auflösen 500 mg Yttrium(III) Acetat Hydrat in 5 mL Methanol (100 mg/mL), 250 mg Ytterbium (III)-Acetat-Hydrat in 5 mL Methanol (50 mg/mL), Thulium (III)-Acetat-Hydrat in 1 mL Methanol (10 mg/mL), 10 mg und 10 mg Neodym (III)-Acetat-Hydrat in 1 mL metha Nol (10 mg/mL) in Glasfläschchen mit einem Ultraschall Reinigungsbad für 2 min.</li>
			<li>400 mg NaOH in einem 50 mL Zentrifugenröhrchen mit 20 mL Methanol mit Ultraschall Reinigungsbad vorzubereitende NaOH-Stammlösung (20 mg/mL) zu kombinieren.</li>
			<li>Kombinieren 600 mg NH 4 F in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen mit 30 mL Methanol mit Ultraschall Reinigungsbad NH 4 F-Stammlösung (20 mg/mL) vorzubereiten. 
			Hinweis: Platzieren Sie die Stammlösung Lanthanid-komplexe, NaOH und NH 4 F in Glasfläschchen, versiegeln mit Parafilm und speichern Sie sie im Kühlschrank bei ~ 4 ° C bis benötigt. Die vorbereiteten Methanol Stammlösungen sind einmal alle 2 Wochen ersetzt.</li>
		</ol></li> <li>Vorbereitung der NaYF 4: Yb/Tm/Nd Kern Nanostruktur <ol><li>Pipette 3 mL der Ölsäure und 7 mL 1-Octadecene in ein drei-Hals Flasche 50 mL.</li>
			<li>Kombinieren 1.089 mL Y (CH 3 CO 2) 3 Vorratslösung, 0,608 mL der Yb (CH 3 CO 2) 3 Vorratslösung, 83,6 µL Tm (CH 3 CO 2) 3 Lager-Lösung und 128,5 µL der Nd (CH 3 CO 2) 3 Vorratslösung in den Kolben.</li>
			<li>Einen Thermometer (0 - 360 ° C-Bereich) in den Kolben passen und lassen Sie ihren Tipp Tippen Sie auf die Lösung. Legen Sie die Flasche in einem Glasbehälter mit Silikonöl Phenylmethyl.</li>
			<li>Erhitzen der Lösung auf 100 ° C mit einer Heizplatte aus Methanol verdunstet. Schließen Sie die Flasche an einen Schlenk-Linie mit einem dual Vakuum/Gasarmatur zur Beseitigung der restlichen Methanols und das Reaktionsgemisch unter Vakuum für 2 – 3 min. unter Rühren.</li>
			<li>Erhöhen die Temperatur auf 150 ° C und halten diese Temperatur für 60 min. Maintain Rührgeschwindigkeit von 700 u/min während der Synthese. 
			Hinweis: Stellen Sie eine mäßige Geschwindigkeit rühren bis zu vermeiden, die Lösung Platschen.</li>
			<li>Der Heizplatte zu stoppen und halten Sie die Flasche bei Raumtemperatur ermöglichen die Lösung abkühlen langsam. 
			Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten.</li>
			<li>Kombinieren 2 mL NaOH-Methanol-Stammlösung und 2,965 mL NH 4 F-Methanol-Stammlösung in ein Zentrifugenröhrchen 15 mL. Ziehen Sie den Schlauch mit der Kappe und mischen Sie die Lösung durch leistungsstarke vortexen für 5 s.</li>
			<li>Hinzufügen der NaOH-NH 4 F Mischung langsam in die Flasche durch eine Glaspipette über 5 min.</li>
			<li>Erhöhen die Temperatur der Mischung auf 50 ° C und halten dieser Temperatur für 30 min. 
			Hinweis: Stellen Sie die Temperatur von nicht mehr als 50 ° C, weil die hohe Temperatur Kristall Kernbildung und Wachstum fördern wird.</li>
			<li>Erhöhen Sie die Temperatur (~ 100 ° C) zu verdampfen aus Methanol und verbinden Sie den Kolben zu einer Schlenk-Linie mit dual Vakuum/Gasarmatur zur Beseitigung der restlichen Methanols und das Reaktionsgemisch unter Vakuum für ca. 2-3 min.</li>
			<li>Schalterstellung der Absperrhahn die Küvette mit Stickstoff füllen.</li>
			<li>Erhöhung der Temperatur bis 290 ° C bei einer Heizrate von ~ 5 ° C/min. halten die Reaktionsmischung bei 290 ° C für 1,5 h.</li>
			<li>Der Heizplatte zu stoppen und entfernen Sie die Flasche um das Reaktionsgemisch langsam bei Raumtemperatur unter Rühren abkühlen lassen. 
			Achtung: Seien Sie vorsichtig mit der heißen Platte mit hoher Temperatur (&#62; 400 ° C), schwere Verbrennungen bei Hautkontakt zu vermeiden.</li>
			<li>Übertragen Sie die Mischung in die Flasche in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen. Spülen Sie die Flasche mit 30 mL Ethanol und übertragen Sie die Lösung auf die Zentrifugenröhrchen.</li>
			<li>Zentrifugieren Sie das Produkt bei 4.000 × g für 8 min bei Raumtemperatur und entsorgen des Überstands.</li>
			<li>Fügen Sie 10 mL Hexan Zentrifugenröhrchen und neu verteilen das Produkt mit Beschallung (60 kHz, 240 W) für mind. 2</li>
			<li>30 mL Ethanol hinzufügen das Rohr. Drehen Sie das Gerät bei 4.000 × g für 8 min und dann verwerfen des Überstands.</li>
			<li>Neu zerstreuen die feste Produkte im unteren Teil Zentrifugenröhrchen mit 5 mL Hexan. Die Lösung im Kühlschrank bei ~ 4 ° C für einen nächsten Schritt zu speichern. 
			Hinweis: Die Großbildschirmen Emission von Kern-Schale-UCNs wird durch bestrahlen die Lösungen mit einem 808 nm-Laser (2 W) getestet.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Vorbereitung der NaYF 4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%) @NaYF 4: Nd(20%) Kern-Schale-Nanokristalle <ol><li>3 mL der Ölsäure und 7 mL 1-Octadecene in ein 50 mL-drei-Hals-Kolben zu kombinieren. Fügen Sie 1,082 mL der Vorratslösung Y (CH 3 CO 2) 3 und 2,87 mL Nd (CH 3 CO 2) 3 Vorratslösung in den Kolben.</li>
		<li>Erhaltenen Kern Nanostruktur (80 mg in 5 mL Hexan aus Schritt 1.1.2.18) in den Kolben unter Rühren hinzufügen.</li>
		<li>Einen Thermometer (0 - 360 ° C-Bereich) in den Kolben passen und lassen Sie seine Spitze, die Mischung zu berühren. Legen Sie die Flasche in einem Glasbehälter mit Silikonöl Phenylmethyl.</li>
		<li>Erhitzen Sie die Mischung bei 100 ° C auf der Oberseite Heizplatte aus Methanol und Hexan verdunsten. Schließen Sie die Flasche an einen Schlenk-Linie mit einem dual Vakuum/Gasarmatur zur Beseitigung des restlichen Lösungsmittels und das Reaktionsgemisch unter Vakuum für 2 – 3 min. unter Rühren.</li>
		<li>Erhöhen die Temperatur auf 150 ° C und halten Sie sie für 60 min. pflegen die Rührgeschwindigkeit bei 700 u/min bei der Synthese. 
		Hinweis: Stellen Sie eine mäßige Geschwindigkeit rühren bis zu vermeiden, die Lösung Platschen.</li>
		<li>Der Heizplatte zu stoppen und entfernen Sie die Flasche um die Lösung langsam bei Zimmertemperatur abkühlen lassen. 
		Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten.</li>
		<li>Pipette 2 mL NaOH-Methanol-Stammlösung und 2,965 mL NH 4 F-Methanol-Stammlösung in ein Zentrifugenröhrchen 15 mL. Ziehen Sie den Schlauch mit der Kappe und mischen Sie die Lösung durch leistungsstarke vortexen für 5 s.</li>
		<li>Hinzufügen der Mischung in die Flasche durch eine Glaspipette langsam über 5 min.</li>
		<li>Erhöhen die Temperatur der Mischung auf 50 ° C und halten Sie sie bei 50 ° C für 30 min. 
		Hinweis: Stellen Sie die Temperatur nicht höher als 50 ° C weil die hohe Temperatur Kristall Kernbildung und Wachstum fördern wird.</li>
		<li>Erhöhen Sie die Temperatur (~ 100 ° C) zu verdampfen aus Methanol und verbinden Sie den Kolben zu einer Schlenk-Linie mit dual Vakuum/Gasarmatur zu entfernen, die restliche Methanol, halten das Reaktionsgemisch unter Vakuum für ca. 2-3 min.</li>
		<li>Schalterstellung der Absperrhahn die Küvette mit Stickstoff füllen.</li>
		<li>Erhöhen die Temperatur bis 290 ° C bei einer Heizrate von ~ 5 ° C/min. halten die Reaktionsmischung bei 290 ° C für 1,5 h</li>
		<li>Der Heizplatte zu stoppen und entfernen Sie die Flasche um das Reaktionsgemisch langsam bei Raumtemperatur unter Rühren abkühlen lassen. 
		Achtung: Seien Sie vorsichtig mit der heißen Platte mit hoher Temperatur (&#62; 400 ° C), schwere Verbrennungen bei Hautkontakt zu vermeiden.</li>
		<li>Übertragen Sie die Mischung in die Flasche in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen. Spülen Sie die Flasche mit 30 mL Ethanol und übertragen Sie die Lösung auf die Zentrifugenröhrchen.</li>
		<li>Zentrifugieren Sie das Produkt bei 4.000 × g für 8 min bei Raumtemperatur und entsorgen des Überstands.</li>
		<li>Fügen Sie 10 mL Hexan Zentrifugenröhrchen und neu verteilen das Produkt mit Beschallung (60 kHz, 240 W) für mind. 2</li>
		<li>30 mL Ethanol hinzufügen das Rohr. Drehen Sie das Gerät bei 4.000 × g für 8 min und dann verwerfen des Überstands.</li>
		<li>Neu zerstreuen die feste Produkte im unteren Teil Zentrifugenröhrchen mit 5 mL Hexan. Speichern Sie die Lösung im Kühlschrank bei ~ 4 ° C bis benötigt. 
		Hinweis: Die Großbildschirmen Emission von Kern-Schale-UCNs wird durch bestrahlen die Lösungen mit einem 808 nm-Laser (2 W) getestet.</li>
	</ol></li></ol> 2. Synthese von biokompatiblen UCNs Nanostrukturen <ol><li>Vorbereitung der Liganden-freie UCNs Nanopartikel <ol><li>kombinieren 30 mL Ethanol mit der als vorbereitet Oleate-capped UCNs Lösung (Schritt 1.2.18) in einem 50 mL Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie die Mischung bei 4.000 × g für 8 min bei Raumtemperatur und entsorgen des Überstands.</li>
		<li>Kombinieren Sie 10 mL saure wässrige Lösung (pH = 4) angepasst von HCl (0,1 M) mit dem Niederschlag in 50 mL Zentrifugenröhrchen und auflösen den Niederschlag durch Ultraschallbehandlung (60 kHz, 240 W) für 30 min.</li>
		<li>Übertragung der Lösung in ein Glas Fläschchen mit kräftigen rühren für 2 h.</li>
		<li>Extrahieren die wässrige Lösung mit 30 mL Diethylether zu entfernen die Ölsäure, wiederholen dreimal.</li>
		<li>Fügen Sie 10 mL Wasser in den kombinierten Äther-Schichten mit sanft schütteln.</li>
		<li>Sammeln die wässrige phase zusammen (20 mL) und fügen Sie 20 mL Aceton mit vortexen für 5 s.</li>
		<li>Spin down das Produkt bei 35.000 × g für 10 min und den Überstand verwerfen. Den Niederschlag in 2 mL Wasser auflösen.</li>
	</ol></li> <li>Vorbereitung des Polymers geändert UCNs (PAA-UCNs) <ol><li>200 mg Polyacryl Säure zu kombinieren (PAA, Mw = 1.800) mit 20 mL Wasser durch Ultraschallbehandlung (60 kHz, 240 W) für 20 min. Fügen Sie der oben genannten Liganden-freie UCNs in der PAA-Lösung mit kräftig rühren.</li>
		<li>Stellen Sie den pH-Wert auf 7,4 durch NaOH-Lösung (1 M) mit Beschallung (60 kHz, 240 W), für 30 min. halten Sie die Mischung für 24 h bei Raumtemperatur unter Rühren.</li>
		<li>Sammeln die Ausfällung durch Zentrifugation bei 35.000 × g für 10 min. wieder auszusetzen das Produkt in 10 mL Wasser durch Ultraschallbehandlung (60 kHz, 240 W) für 5 min und Zentrifuge wieder bei 35.000 × g für 10 min. diesen Schritt wiederholen Sie dreimal.</li>
		<li>Neu verteilen das Produkt in 8 mL Wasser durch Ultraschallbehandlung (60 kHz, 240 W) für 5 min. speichern die Lösung im Kühlschrank bei ~ 4 ° C bis benötigt.</li>
	</ol></li> <li>Vorbereitung der funktionellen DBCO-UCNs-Nanopartikel <ol><li>Spin-down PAA@UCNs als vorbereitet (1 mg) durch Zentrifugation bei 35.000 × g für 10 min. wieder aussetzen des Niederschlags in 1 mL trocknen DMF durch Ultraschallbehandlung (60 kHz, 240 W) für 1 min und Zentrifuge wieder bei 35.000 × g für 10 min. diesen Schritt zweimal wiederholen.</li>
		<li>Auflösen des Niederschlags in 200 µL trocknen DMF in einer Glasflasche. Hinzufügen von EDC (14 mg), HOBT (12,2 mg), DBCO-NH 2 (5 mg) und DIPEA (16 µL) in die Durchstechflasche mit magnetischen rühren für 24 h</li>
		<li>Sammeln das Produkt durch Zentrifugation bei 35.000 × g für 10 min. Überstands entfernen und erneut aussetzen des Niederschlags in 1 mL DMSO und Zentrifuge wieder bei 35.000 × g für 10 min. Wiederholen Sie diesen Schritt dreimal.</li>
		<li>Zerstreuen, das Produkt in 0,2 mL DMSO und Speicher im Kühlschrank bei ~ 4 ° C vor dem Gebrauch.</li>
	</ol></li></ol> 3. Bioapplications DBCO-UCNs in der Verordnung der Membrankanäle in lebenden Zellen <ol><li>Kultur der HEK293 Zellen in Dulbecco &#39; s Modified Eagle &#39; s Medium (DMEM) mit 10 % FBS, 100 Einheiten/mL Penicillin, 100 µg/mL Streptomycin ergänzt und in einem befeuchteten Inkubator mit 5 % CO 2 bei 37 ° c Seed 1 × 10 5 Zellen in 1 mL DMEM/Brunnen in einem 12-Well-Platte zu erhalten und bewahren Sie es in den Inkubator für 24 h</li>
	<li>Kombinieren das Plasmid (pCAGGS-ChR2-Venus, 1 µg) mit P3000 Transfection Reagens (2 µL) in Eagle &#39; s Minimum wesentlichen Medien (MEM) (100 µL) in Microcentrifuge Schlauch A, und fügen Sie Transfection Reagens (1,5 µL) in MEM (100 µL) im Rohr B. </li> <li>Die Mischung aus Lösungen in Tuben A und B für 10 min bei Raumtemperatur inkubieren.</li>
	<li>Verbinden die Lösung in Röhre A und B mit 400 µL MEM. Waschen Sie die Zellen mit 1 mL zweimal serumfreien DMEM.</li>
	<li>Fügen Sie die 600 µL Transfektion Mischung in jede Vertiefung eine 12-Well-Platte und inkubieren Sie den Zellen bei 37 ° C Inkubator für 4 Std. Entfernen Sie das Medium und waschen zweimal mit 1 mL DMEM.</li>
	<li>1 mL DMEM mit 1 µL Ac 4 ManNAz (50 mM in DMSO) in den Brunnen und halten Sie es für 2 Tage im Inkubator.</li>
	<li>Entfernen Sie das Medium und einmal mit 1 mL PBS waschen. Fügen Sie 1 mL Trypsin-EDTA (0,25 %) Lösung in jede Vertiefung des 12-Well-Platte und bei 37 ° C inkubieren Sie bis Zellen (~ 2 min) gelöst haben. Re Kultur der Zellen in einer konfokalen Petrischale mit 1 × 10 5 Zellen/Brunnen in 1 mL DMEM für Übernachtung.</li>
	<li>Des Mediums zu entfernen und fügen Sie 1 mL frische DMEM mit 2 µL DBCO-UCNs (50 mg/mL) in die Schüssel für 2 h bei 37 ° C. Für die konfokale Bildgebung waschen Zellen zweimal mit DMEM und 1 µL Rhod-N 3 (10 mM) für 30 min.</li>
	<li>Für die intrazellulären Calcium-Analyse, inkubieren Sie die Zellen mit der Mischung von 1 µL Rhod-3 Uhr (10 mM), 10 µL Probenecid (250 mM) und 10 µL laden Puffer (Pluronic Tensid polyols,0.1% w/V)) in 1 mL DMEM Medium für 30 min im Dunkeln.</li>
	<li>Waschen der Zellen mit serumfreien DMEM und Bestrahlen mit 808 nm NIR Licht bei der Dosierung von 0,8 W/cm 2 für 20 min (5 min Pause nach 5 min Beleuchtung).</li>
	<li>Tragen die bildgebenden Ergebnisse auf das konfokale Mikroskop (Laserquelle: 561 nm Laser; Detektorbereich: 610/75 nm; Objektiv: 100 x 1,4 NA Öl, Belichtungszeit: 100 ms). Fügen Sie 1 mL Trypsin-EDTA (0,25 %) Lösung in jede Vertiefung und Inkubation bei 37 ° C bis Zellen (~ 2 min) gelöst haben. Wieder aussetzen der Zellen in 1 mL PBS für Flow-Zytometrie (FCM)-Analyse (Ex: 561 nm, Em: 582/15 nm).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Wang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+upconversion+through+energy+migration+in+core-shell+nanoparticles.">Tuning upconversion through energy migration in core-shell nanoparticles.</a> Nat Mater. 10 (12), 968-973 (2011).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amplified+stimulated+emission+in+upconversion+nanoparticles+for+super-resolution+nanoscopy.">Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy.</a> Nature. 543 (7644), 229-233 (2017).</li><li>Fan, W., Bu, W., Shi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+The+Latest+Three-Stage+Development+of+Nanomedicines+based+on+Upconversion+Nanoparticles.">On The Latest Three-Stage Development of Nanomedicines based on Upconversion Nanoparticles.</a> Adv Mater. 28 (24), 3987-4011 (2016).</li><li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature-feedback+upconversion+nanocomposite+for+accurate+photothermal+therapy+at+facile+temperature.">Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature.</a> Nat Commun. 7, 10437-10446 (2016).</li><li>Li, W., Wang, J., Ren, J., Qu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-infrared+upconversion+controls+photocaged+cell+adhesion.">Near-infrared upconversion controls photocaged cell adhesion.</a> J Am Chem Soc. 136 (6), 2248-2251 (2014).</li><li>Min, Y., Li, J., Liu, F., Yeow, E. K., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-infrared+light-mediated+photoactivation+of+a+platinum+antitumor+prodrug+and+simultaneous+cellular+apoptosis+imaging+by+upconversion-luminescent+nanoparticles.">Near-infrared light-mediated photoactivation of a platinum antitumor prodrug and simultaneous cellular apoptosis imaging by upconversion-luminescent nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 53 (4), 1012-1016 (2014).</li><li>Yang, D., Ma, P., Hou, Z., Cheng, Z., Li, C., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+advances+in+lanthanide+ion+(Ln(3+))-based+upconversion+nanomaterials+for+drug+delivery.">Current advances in lanthanide ion (Ln(3+))-based upconversion nanomaterials for drug delivery.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1416-1448 (2015).</li><li>Wang, C., Cheng, L., Liu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upconversion+nanoparticles+for+photodynamic+therapy+and+other+cancer+therapeutics.">Upconversion nanoparticles for photodynamic therapy and other cancer therapeutics.</a> Theranostics. 3 (5), 317-330 (2013).</li><li>Li, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+surface+engineering+of+lanthanide-doped+upconversion+nanoparticles+as+versatile+bioprobes.">Biomimetic surface engineering of lanthanide-doped upconversion nanoparticles as versatile bioprobes.</a> Angew Chem Int Ed. 51 (25), 6121-6125 (2012).</li><li>Wang, J., Ming, T., Jin, Z., Wang, J., Sun, L. D., Yan, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+energy+upconversion+through+thermal+radiation+with+the+power+efficiency+reaching+16%.">Photon energy upconversion through thermal radiation with the power efficiency reaching 16%.</a> Nat Commun. 5, 5669-5678 (2014).</li><li>Zou, W., Visser, C., Maduro, J. A., Pshenichnikov, M. S., Hummelen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+dye-sensitized+upconversion+of+near-infrared+light.">Broadband dye-sensitized upconversion of near-infrared light.</a> Nat Photonics. 6 (8), 560-564 (2012).</li><li>Liu, Y., Tu, D., Zhu, H., Li, R., Luo, W., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+strategy+to+achieve+efficient+dual-mode+luminescence+of+Eu(3+)+in+lanthanides+doped+multifunctional+NaGdF(4)+nanocrystals.">A strategy to achieve efficient dual-mode luminescence of Eu(3+) in lanthanides doped multifunctional NaGdF(4) nanocrystals.</a> Adv Mater. 22 (30), 3266-3271 (2010).</li><li>Min, Y., Li, J., Liu, F., Padmanabhan, P., Yeow, E. K., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advance+of+Biological+Molecular+Imaging+Based+on+Lanthanide-Doped+Upconversion-Luminescent+Nanomaterials.">Recent Advance of Biological Molecular Imaging Based on Lanthanide-Doped Upconversion-Luminescent Nanomaterials.</a> Nanomaterials. 4 (1), 129-154 (2014).</li><li>Li, X., Zhang, F., Zhao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lab+on+upconversion+nanoparticles:+optical+properties+and+applications+engineering+via+designed+nanostructure.">Lab on upconversion nanoparticles: optical properties and applications engineering via designed nanostructure.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1346-1378 (2015).</li><li>Gu, Z., Yan, L., Tian, G., Li, S., Chai, Z., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+design+and+fabrication+of+upconversion+nanoparticles+and+their+safe+theranostic+applications.">Recent advances in design and fabrication of upconversion nanoparticles and their safe theranostic applications.</a> Adv Mater. 25 (28), 3758-3779 (2013).</li><li>Dong, H., Sun, L. D., Yan, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+transfer+in+lanthanide+upconversion+studies+for+extended+optical+applications.">Energy transfer in lanthanide upconversion studies for extended optical applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1608-1634 (2015).</li><li>Ai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+covalent+cross-linking+of+photon-converted+rare-earth+nanostructures+for+tumour+localization+and+theranostics.">In vivo covalent cross-linking of photon-converted rare-earth nanostructures for tumour localization and theranostics.</a> Nat Commun. 7, 10432-10440 (2016).</li><li>Lu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+Nano-Bioprobes+Based+on+Rattle-Structured+Upconverting+Luminescent+Nanoparticles.">Multifunctional Nano-Bioprobes Based on Rattle-Structured Upconverting Luminescent Nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 54 (27), 7915-7919 (2015).</li><li>Bogdan, N., Vetrone, F., Ozin, G. A., Capobianco, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+ligand-free+colloidally+stable+water+dispersible+brightly+luminescent+lanthanide-doped+upconverting+nanoparticles.">Synthesis of ligand-free colloidally stable water dispersible brightly luminescent lanthanide-doped upconverting nanoparticles.</a> Nano Lett. 11 (2), 835-840 (2011).</li><li>Zheng, W., Huang, P., Tu, D., Ma, E., Zhu, H., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lanthanide-doped+upconversion+nano-bioprobes:+electronic+structures,+optical+properties,+and+biodetection.">Lanthanide-doped upconversion nano-bioprobes: electronic structures, optical properties, and biodetection.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1379-1415 (2015).</li><li>Chen, X., Peng, D., Ju, Q., Wang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+upconversion+in+core-shell+nanoparticles.">Photon upconversion in core-shell nanoparticles.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1318-1330 (2015).</li><li>Wang, F., Deng, R., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+core-shell+NaGdF4+nanoparticles+doped+with+luminescent+lanthanide+ions+to+be+used+as+upconversion-based+probes.">Preparation of core-shell NaGdF4 nanoparticles doped with luminescent lanthanide ions to be used as upconversion-based probes.</a> Nat Protoc. 9 (7), 1634-1644 (2014).</li><li>Chen, G., Agren, H., Ohulchanskyy, T. Y., Prasad, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+upconverting+core-shell+nanostructures:+nanophotonic+control+for+emerging+applications.">Light upconverting core-shell nanostructures: nanophotonic control for emerging applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1680-1713 (2015).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+uncaging+and+bioluminescence+imaging+by+using+photocaged+upconversion+nanoparticles.">In vitro and in vivo uncaging and bioluminescence imaging by using photocaged upconversion nanoparticles.</a> Angew Chem Int Ed. 51 (13), 3125-3129 (2012).</li><li>Sedlmeier, A., Gorris, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+and+characterization+of+photon-upconverting+nanoparticles+for+bioanalytical+applications.">Surface modification and characterization of photon-upconverting nanoparticles for bioanalytical applications.</a> Chem Soc Rev. 44 (6), 1526-1560 (2015).</li><li>Hu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near+infrared+light-mediated+photoactivation+of+cytotoxic+Re(I)+complexes+by+using+lanthanide-doped+upconversion+nanoparticles.">Near infrared light-mediated photoactivation of cytotoxic Re(I) complexes by using lanthanide-doped upconversion nanoparticles.</a> Dalton Trans. 45 (36), 14101-14108 (2016).</li><li>Nagel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channelrhodopsin-2,+a+directly+light-gated+cation-selective+membrane+channel.">Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 100 (24), 13940-13945 (2003).</li><li>Ai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+Regulation+of+Membrane+Channel+Activity+by+Site-Specific+Localization+of+Lanthanide-Doped+Upconversion+Nanocrystals.">Remote Regulation of Membrane Channel Activity by Site-Specific Localization of Lanthanide-Doped Upconversion Nanocrystals.</a> Angew Chem Int Ed. 56 (11), 3031-3035 (2017).</li><li>Xie, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+metabolic+labeling+of+sialoglycans+in+the+mouse+brain+by+using+a+liposome-assisted+bioorthogonal+reporter+strategy.">In vivo metabolic labeling of sialoglycans in the mouse brain by using a liposome-assisted bioorthogonal reporter strategy.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 113 (19), 5173-5178 (2016).</li><li>Bansal, A., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocontrolled+nanoparticle+delivery+systems+for+biomedical+applications.">Photocontrolled nanoparticle delivery systems for biomedical applications.</a> Acc Chem Res. 47 (10), 3052-3060 (2014).</li><li>Yang, Y., Aw, J., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructures+for+NIR+light-controlled+therapies.">Nanostructures for NIR light-controlled therapies.</a> Nanoscale. 9 (11), 3698-3718 (2017).</li><li>Ai, X., Mu, J., Xing, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+of+Light-Mediated+Theranostics.">Recent Advances of Light-Mediated Theranostics.</a> Theranostics. 6 (13), 2439-2457 (2016).</li></ol>

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Dieser Artikel hat ein Verfahren für die Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristallen (UCNs) und ihre Oberflächenmodifikation mit funktionalen Moieties für mobile Anwendungen vorgestellt. Dieses neuartige Nanomaterialien besitzt hervorragende optische Eigenschaften, die UV- und sichtbaren Lichts bei NIR leichte Erregung durch einen Multi-Photonen Großbildschirmen Prozess abgeben können. In diesem Protokoll, die Kern-Schale-UCNs-Nanostrukturen (NaYF4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) sind bereit von einer Hochtemperatur-Co Niederschlag-Methode in einer Mischung aus Ölsäure und 1-Octadecene. TEM-Bilder zeigen die Morphologie dieser Kern und Kern-Schale-Nanokristalle sind kugelförmig mit einem Durchmesser von 20 nm und 30 nm bzw. impliziert eine Schalendicke von ca. 5 nm (Abbildung 1). Die Kern-Schale-Architektur ist auch durch die Bilder mit hoher Auflösung TEM im Einschub von Abbildung 1, die ähnliche Gitter Fransen mit derjenigen der Kern UCNs Nanostrukturen zeigt offenbart. Darüber hinaus einen typischen d-Abstände um 0,52 nm gut mit dem Abstand der (100) Ebene der β-NaYF4 stimmt, was darauf hinweist, dass die Core- und Core-Shell UCNs-Nanostrukturen höchst kristallisiert sind und die gleiche Kristallstruktur pflegen. Darüber hinaus die Großbildschirmen Lumineszenz Spektren zeigen die Kern-Schale-Nanokristalle Strahlen starke blaue Emission mit einer viel höheren Intensität bei 480 nm als die Core-Partikel nach Anregung mit einem Diodenlaser, eine kontinuierliche Welle bei 808 zu erreichen ( nm Abbildung 4). Die verstärkte Emission von Kern-Schale-UCNs ist zurückzuführen auf die unterdrückten Oberfläche abschrecken Wirkung von Yb3 +, Nd3 +und Tm3 + -Ionen, die in der inneren Schicht der Kern-Schale-Nanokristalle21eingebettet sind. Diese Ergebnisse bestätigen nachdrücklich die erfolgreiche Vorbereitung der Lanthanoid-dotierten Kern-Schale UCNs Nanomaterialien in diesem Vorschlag.
Es gibt mehrere wichtige Schritte in der Hochtemperatur-Co Niederschlag Synthese von diese Nanokristalle. Erstens sollte das zusätzliche Volumen der Lanthanoid-Ionen-Stammlösung im Syntheseprozess von Kern und Kern-Schale-UCNs streng kontrolliert werden (Schritt 1.1.2.2). Hohe doping-Ionen führt zu einer Konzentration im Zusammenhang mit Kreuz-Entspannung oder abschrecken Wirkung durch Ion-Ion Interaktion in der Nanokristalle21. Zweitens sollte die Temperatur gehalten werden, bei weniger als 50 ° C, komplette Keimbildung zu gewährleisten, nachdem NaOH und NH4F sind in den Kolben (Schritt 1.1.2.9 und Schritt 1.2.9), der entscheidend für eine einheitliche Morphologie zu gewährleisten, durch die Förderung von Kristallwachstum basierend auf Ostwald ist hinzugefügt reifende Effekte22. Drittens können die Größe und die optischen Eigenschaften von Kern-Schale-Nanopartikeln hauptsächlich durch Anpassung der Höhe der Lanthanoid-Ionen in den Vorläufern der Schale (Y3 + und Nd3 +) und als vorbereitet Kern Partikel (Schritt 1.2.1) gesteuert werden. Es ist auch wichtig, dass die Morphologie von Kern-Schale-Nanokristallen auf dem anisotropen Shell Wachstum der verschiedenen Arten von Core-Partikel basiert, die eignet sich für die Modulation der unterschiedlichen optischen Emissionen von UCNs bei NIR Beleuchtung23.
Darüber hinaus ist es auch eine erhebliche Herausforderung effektiv hydrophobe UCNs in hydrophilen UCNs Nanopartikel für weitere biologische Anwendungen konvertieren. Obwohl einige Methoden zur Verbesserung der Biokompatibilität von UCNs in Pufferlösung, gemeldet wurden einschließlich Ligand Austausch, Silica Beschichtung, Oleate-Deckelung Liganden Oxidation, etc., leiden sie unerwartete Aggregation, zeitaufwendig, und komplexe Verfahren24,25,26. Hier entwickeln wir eine einfache Methode um Wasser dispergierbar Liganden-freie UCNs Nanostrukturen zu erhalten durch das Entfernen der Ölsäure auf der Oberfläche des Oleate-capped UCNs in einer Säure-Wasser-Lösung (pH = 4). Der pH-Wert von HCl eingestellt ist entscheidend für die Freigabe des Oleate Liganden Steuern und die Leuchtkraft der UCNs beeinflussen. Noch wichtiger ist, eine biokompatible Polymer (Polyacryl Säure, PAA) mit einer großen Anzahl von Carboxylgruppen, die Gruppen mit der Lanthanoid-Ionen auf der Oberfläche des UCNs durch Koordination Zusammenspiel verbinden können, die weitere funktionelle Gruppen für weitere chemische zur Verfügung stellt Änderung. Daher funktionalisieren wir DBCO-NH2 Moieties auf der Oberfläche des UCNs für weitere spezifische N3-Zellmembran Lokalisierung getaggt. Die TEM-Bilder der Liganden-freie UCNs, PAA-UCNs und DBCO-UCNs in Abbildung 2 zeigen die große Dispersität und Löslichkeit von diesen Nanostrukturen in Pufferlösung nach Oberflächenmodifikation. Darüber hinaus wurde Fourier Transform (FTIR) Infrarotspektroskopie durchgeführt, um die Oberflächenmodifikation von DBCO Gruppen auf UCNs Nanoplatform zu charakterisieren. Wie in Abbildung 3dargestellt, ist die starke Band um 3.430 cm-1 aufgrund der H-O stretching Vibrations der Carboxylgruppen, und die beiden Bands zentriert auf 1550 cm-1 und 1458 cm-1 sind verbunden mit der asymmetrischen und symmetrische Dehnung Schwingungsmoden der Carboxylat Anionen, zeigt die erfolgreiche Beschichtung von COOH Gruppe-haltigen Polymeren (PAA) auf der UCNP Oberfläche. Nach Reaktion mit DBCO-NH2 Moieties ist eine offensichtliche Band bei 1.635 cm-1 basierend auf der C = C-stretching Vibration auf dem aromatischen Ring von DBCO Gruppen, die steht im Einklang mit dem FTIR-Spektrum des DBCO-NH2 Moieties zur gleichen Wellenzahl. Darüber hinaus zeigt das dynamische Lichtstreuung (DLS) Ergebnis den erhöhten hydrodynamischen Durchmesser des DBCO-UCNs in wässriger Lösung (96.4±10.4 nm) (Abb. 4A). Die Zeta potenziellen Ergebnisse zeigen auch die negativen Oberfläche der PAA-UCNs (-26.1±4.4 mV) und DBCO-UCNs (-11.9±5.6 mV) bzw. (Abbildung 4 b), zeigt die große Löslichkeit und Stabilität der diese Nanostrukturen in Pufferlösung. Darüber hinaus die UCL-Spektren von PAA-UCNs und DBCO-UCNs zeigen, dass sie ähnliche hochkonvertiert Emission bei 480 emittieren nm auf 808 nm Lichteinstrahlung (Abbildung 4), die für weitere NIR Licht-vermittelten Photoaktivierungen in biologischen genutzt werden können Systeme.
Darüber hinaus als ein Proof-of-Concept, um die Bioapplication der funktionalisierten UCNs in lebenden Zellen zeigen eine Licht-gated Kanal-Protein (ChR2) auf der Zelloberfläche, die Zellfunktionen regulieren durch Vermittlung des Zustroms von Ionen kationen entwickelt (z.B. Ca2 +) in das Zytoplasma27,28,29. Die erfolgreiche Expression ChR2 auf der Membran der Zelllinie HEK293 bestätigt das Vorhandensein des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) Markers (Venus) mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie (Abb. 5A). Darüber hinaus die Lokalisierung von UCNs auf der N-3-tagged Zellmembran ist offensichtlich auf der Zelloberfläche (blau) nach 2 h Inkubation, die darauf zurückzuführen sind, die die verbleibenden DBCO Gruppen auf der Oberfläche von UCNs Nanostrukturen mit gefärbt sind visualisiert ein Azid-haltigen Fluoreszenzfarbstoff (5-Carboxytetramethylrhodamine-Azid, Rhod-N3) durch die kupferfreie Bioorthogonal klicken Sie auf die Reaktion. Darüber hinaus NIR Licht (808 nm) wird genutzt, um die lokalisierten UCNs Nanotransducer auf der Zelloberfläche bestrahlen die aktivieren könnenLicht-gated ChR2 Kanal-Proteine und Ca2 + -Ionen Zustrom durch die Membran erleichtern. Wie in Abbildung 5 bgezeigt, ist eine signifikante Erhöhung der rote Fluoreszenz in das Zytosol beobachtet von einem fluoreszierenden Ca2 + Standardindikator, Rhod-3 bin, während keine offensichtliche Fluoreszenz-Inkrement bei fehlender Beleuchtung aufgenommen wird. Analyse der quantitativen Zytometrie (FCM) in Abbildung 5 zeigt auch, dass solche NIR-Licht-responsive Fluoreszenz-Erweiterung ist Licht-Dosis-abhängige, eindeutig darauf hindeutet, dass die biokompatible DBCO-UCNs effektiv regulieren können die Kanalproteine auf der Zellmembran bei NIR-Licht-Bestrahlung.
Zusammenfassend lässt sich sagen basierend auf den oben genannten Ergebnissen, erwarten wir, dass dieses Protokoll nicht nur detaillierte experimentelle Verfahren für Hochtemperatur-Co Niederschlag Synthese von Kern-Schale UCNs Nanostrukturen bietet, sondern auch eine einfache entwickelt Technik für biokompatible Oberflächenmodifizierung von UCNs für weitere NIR Licht-vermittelten Photoaktivierungen in Anwendungen in der Biologie. Noch wichtiger ist, basierend auf die Beweggründe für diese Methode, die optischen Eigenschaften der UCNs weiter einstellbar durch Dotierung verschiedener Lanthanoid-Ionen (z.B.Erbium (III), Holmium (III), etc.) in den Kristallen zu emittieren UV, grün, rot, und NIR Licht auf 808 nm Lichteinstrahlung30. Darüber hinaus kann die UCNs Oberfläche mit verschiedenen funktionellen Gruppen (z.B., Peptid, Protein, Lipid, targeting Liganden, etc.) für weitere biomedizinische Anwendungen31,32geändert werden. Diese Vorteile können machen biokompatible UCNs Nanomaterial einen geeigneten Kandidat für das Studium der physiologischen Prozesse in Vitro und in Vivo, und somit als personalisierte Nanomedizin für klinische Theranostik in der Zukunft.

In den letzten Jahren haben Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristalle (UCNs) verbreitet wurde, als Alternative zu herkömmlichen organischen Farbstoffen und Quantenpunkte in biomedizinischen Anwendungen, die vor allem auf ihre hervorragenden chemischen und optischen Eigenschaften basieren, auch gute Verträglichkeit, hohe Beständigkeit gegen Immunofluoreszenz und schmale Bandbreite Emission1,2,3. Noch wichtiger ist, können sie als eine viel versprechende Nanotransducer mit ausgezeichneten Gewebe eindringen Tiefe in Vivo zum Konvertieren von Nah-Infrarot (NIR) Erregung in eine breite Palette von Emissionen aus UV, sichtbar, und die NIR-Regionen durch ein Multi-Photon dienen. Großbildschirmen Prozess4,5. Diese einzigartigen Eigenschaften machen Lanthanid-dotierte UCNs dienen als besonders Erfolg versprechend Vektor für biologische sensing, biomedizinische Bildgebung und Krankheiten Theranostik6,7,8.
Die allgemeinen Komponenten des UCNs basieren vor allem auf die dotierten Lanthanoid-Ionen in der isolierenden Host-Matrix mit einer sensibilisierend (z.B., Yb3 +, Nd3 +) und einem Aktivator (z.B., Tm3 +, Er3 +, Ho 3 +) im Inneren des Kristalls homogen9. Verschiedene optische Emission von der Nanokristalle wird lokalisierten elektronischen Übergang innerhalb der 4f -orbitale der Lanthanid Dotierstoffe aufgrund ihrer Leiter-wie angeordneten Energieniveau10zugeschrieben. Daher ist es wichtig, die Größe und Morphologie der synthetisierten UCNs mit Mehrkomponenten Lanthanid Dotierstoffe genau zu kontrollieren. Von rechts wurden einige vielversprechende Methoden gut für die Vorbereitung der Lanthanoid-dotierten UCNs, einschließlich thermische Zersetzung, Hochtemperatur-Co Niederschlag, hydrothermale Synthese, Sol-Gel-Verarbeitung, etc.11 eingerichtet , 12 , 13 unter diesen Ansätzen, die Hochtemperatur-Co Niederschlag-Methode ist eine beliebte und praktische Strategien für UCNs-Synthese, die streng kontrolliert werden kann, gewünschte qualitativ hochwertige Nanokristalle mit einheitlicher Form vorbereiten und Größenverteilung in einer relativ kurzen Reaktionszeit und kostengünstige14. Jedoch sind die meisten Nanostrukturen synthetisiert durch diese Methode hauptsächlich begrenzt mit hydrophoben Liganden wie Ölsäure und Oleylamine, die in der Regel ihre weitere Bioapplication aufgrund der begrenzten hydrophobe Liganden Löslichkeit in wässriger Lösung behindern 15. Daher ist es notwendig, geeignete Oberflächenmodifizierung Techniken um biokompatible UCNs in biologischen Anwendungen in Vitro und in Vivovorzubereiten.
Hier präsentieren wir Ihnen das detaillierte experimentelle Verfahren für die Synthese von Kern-Schale UCNs Nanostrukturen durch die Hochtemperatur-Co Niederschlag-Methode und eine machbare Veränderung Technik zu funktionalisieren biokompatible Polymer auf UCNs Oberfläche für Weitere zelluläre Anwendungen. Dieser UCNs Nanoplatform enthält drei Lanthanoid-Ionen (Yb3 +, Nd3 +und Tm3 +) in die Nanokristalle, starke blaue Emission zu erwerben (~ 480 nm) bei NIR leichte Erregung bei 808 nm, die größere Eindringtiefe hat in lebendes Gewebe. Es ist allgemein bekannt, dass Nd3 +-dotierten UCNs minimierte Wassereffekte Absorption und Überhitzung in diesem spektralen Fenster anzeigen (808 nm) im Vergleich zu herkömmlichen UCNs auf 980 nm Bestrahlung16,17, 18. Darüber hinaus um die UCNs in biologischen Systemen zu verwenden, die hydrophoben Liganden (Ölsäure) auf der Oberfläche des UCNs werden zunächst durch Ultraschallbehandlung in saurer Lösung19entfernt. Dann sind die Liganden-freie UCNs mit einem biokompatiblen Polymer (Polyacryl Säure, PAA), gute Löslichkeit in wässrigen Lösungen20erwerben weiter modifiziert. Darüber hinaus als ein Proof of Concept in zelluläre Anwendungen, hydrophilen UCNs sind weitere funktionalisiert mit molekularen Liganden (Dibenzyl Cyclooctyne, DBCO) für die konkrete Lokalisierung auf der N-3-Zellmembran getaggt. Bei NIR Licht (808 nm) Bestrahlung, die blauen hochkonvertiert Emission bei 480 nm kann effektiv aktivieren eine Licht-gated Kanal-Protein, Kanalrhodopsine-2 (ChR2), auf Zellen die Oberfläche und erleichtern somit kation (z.B. Ca2 + -Ion) Zustrom durch die Membran lebender Zellen.
Dieses video Protokoll bietet eine praktikable Methode für Lanthanid-dotierte UCNs Synthese, biokompatible Oberflächenmodifizierung und UCNs Bioapplication in lebenden Zellen. Unterschiede in der Synthesetechniken und chemischen Reagenzien in Nanocrystal Wachstum beeinflusst die Größe Verbreitung, Morphologie und Großbildschirmen Lumineszenz (UCL) Spektren des endgültigen UCNs Nanostrukturen in Zelle Experimente verwendet. Dieses detaillierte video-Protokoll ist bereit zu helfen neue Forscher auf diesem Gebiet zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit des UCNs mit der Hochtemperatur-Co Niederschlag-Methode und vermeiden die häufigsten Fehler in UCNs biokompatible Oberflächenmodifizierung für weitere Mobile Anwendungen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-Octadecene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>O806</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oleic acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>364525</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A412</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A405</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A18</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexane</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H292</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thulium (III) acetate hydrate (Tm(CH3CO2)3)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>367702</td>
			<td>99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neodymium (III) acetate hydrate (Nd(CH3CO2)3)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>325805</td>
			<td>99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ytterbium (III) acetate hydrate (Yb(CH3CO2)3)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>326011</td>
			<td>99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yttrium(III) acetate hydrate (Y(CH3CO2)3)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>326046</td>
			<td>99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td>reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium fluoride (NH4F)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>338869</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen chloride (HCl)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A144</td>
			<td>reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyacrylic acid (PAA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>323667</td>
			<td>average Mw 1800</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Hydroxybenzotriazole hydrate (HOBT)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>54802</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E7750</td>
			<td>commercial grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dibenzocyclooctyne-amine (DBCO-NH2)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>761540</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D125806</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP231</td>
			<td>Technical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEK293 cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1573</td>
			<td>human embryonic kidney</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>F1051</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>15140122</td>
			<td>10,000 U/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plasmid (pCAGGS-ChR2-Venus)</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>15753</td>
			<td>Plasmid sent as bacteria in agar stab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>11965092</td>
			<td>High glucose</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>opti-Modified Eagle Medium (MEM)</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>51985034</td>
			<td>Reduced Serum Media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipofectamine 3000 Transfection Reagent</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>L3000015</td>
			<td>Lipid-Based Transfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Azidoacetylmannosamine, Acetylated (Ac4ManNAz)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A7605</td>
			<td>ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA (0.25%)</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>25200056</td>
			<td>Phenol red</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhod-3 AM Calcium Imaging Kit</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>R10145</td>
			<td>Fluorescence dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-carboxytetramethylrhodamine-azide (Rhod-N3)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>760757</td>
			<td>Azide-fluor 545</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confical dish</td>
			<td>ibidi GmbH</td>
			<td>81158</td>
			<td>Glass Bottom, 35 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 ml conical centrifuge tubes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>227261</td>
			<td>Polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 ml conical centrifuge tubes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>188271</td>
			<td>Polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 ml conical microcentrifuge tubes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>616201</td>
			<td>Polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylmethyl silicone oil</td>
			<td>Clearco Products</td>
			<td>63148-52-7</td>
			<td>Less than 320 degrees Celsius</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass thermometer</td>
			<td>GH Zeal</td>
			<td>L0111/10</td>
			<td>From -10 to 360 degrees Celsius</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12-well plate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z707775</td>
			<td>Polystyrene</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of core-shell lanthanide-doped upconversion nanocrystals for cellular applications

Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristalle (UCNs) haben viel Aufmerksamkeit in den letzten Jahren anhand ihrer vielversprechenden und kontrollierbaren optische Eigenschaften, die für die Absorption von Nah-Infrarot (NIR) Licht und können anschließend konvertieren Sie es in Multiplex-Emissionen, die über eine Vielzahl von Regionen vor der UV-Strahlung zu sichtbaren in der NIR umfassen. Dieser Artikel stellt detaillierte experimentelle Verfahren für Hochtemperatur-Co Niederschlag Synthese von Kern-Schale-UCNs, die verschiedene Lanthanoid-Ionen in Nanokristallen für die effiziente Umwandlung von tiefen Gewebe durchlässig NIR Erregung (808 integrieren nm) in eine starke blaue Emission bei 480 nm. Durch die Kontrolle der Oberflächenmodifikation mit biokompatiblen Polymer (Polyacryl Säure, PAA), die als vorbereitet UCNs erwirbt große Löslichkeit in Pufferlösungen. Die hydrophilen Nanokristalle sind weiter mit spezifischen Liganden (Dibenzyl Cyclooctyne, DBCO) für die Lokalisierung auf der Zellmembran funktionalisiert. Bei NIR Licht (808 nm) Bestrahlung, hochkonvertiert blaue Emission effektiv aktivieren die Licht-gated Kanal-Protein auf der Zellmembran und speziell die Zustrom kation (z.B. Ca2 +) im Zytoplasma zu regulieren. Dieses Protokoll bietet eine praktikable Methode zur Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierten UCNs und anschließende biokompatible Oberflächenmodifizierung für weitere mobile Anwendungen.

Die schematische Syntheseverfahren von Kern-Schale Lanthanid-dotierte UCNs sind in Abbildung 1 und Abbildung 2dargestellt. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und hochauflösenden Übertragung Elektronenmikroskopie (HRTEM) Bilder von Core- und Core-Shell UCNs Nanostrukturen bzw. gesammelt wurden (Abbildung 1). Die Liganden-freie UCNs sind durch das Entfernen der hydrophoben Ölsäure auf der Oberfläche des UCNs in saurer Lösung vorbereitet und mit hydrophilen Polymer (PAA) geändert. Dann sind die COOH-capped PAA-UCNs mit DBCO-NH2 durch eine Kondensationsreaktion Amid funktionalisiert. Die TEM-Bilder der Liganden-frei UCNs, PAA-UCNs und DBCO-UCNs sind in Abbildung 2dargestellt. Die dynamische Lichtstreuung (DLS), Zeta potential Ergebnisse und Großbildschirmen Lumineszenz (UCL) Spektren der DBCO-UCNs bzw. gesammelt werden (Abbildung 3). Die Fourier-Transformation (FTIR) Infrarotspektroskopie DBCO-NH2, PAA-UCNs und DBCO-UCNs sind in Abbildung 4dargestellt.
In Zelle Experimente bestätigt die erfolgreiche Expression von ChR2 auf der Zellmembran der offensichtlichen grün fluoreszierendes Protein (GFP) Marker (Venus) mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie (Abb. 5A). DBCO-UCNs sind speziell auf die Oberfläche des ChR2 exprimierenden HEK293 Zellen durch Klick Reaktion (Abb. 5A) lokalisiert. Die intrazellulären Calcium-Analyse bei NIR Lichtstimulation bestätigt auch konfokale Bildgebung und Flow Cytometry (FCM) auf Basis einer standard Leuchtstoffröhren Ca2 + Kennzahl, Rhod-3 AM (Abbildung 5 b, C).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56416/56416fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierten UCNs. (A) schematische Darstellung des Syntheseprozesses von UCNs. (B, C) TEM des Kerns (NaYF4: Yb/Tm/Nd (30/0,5/1 %)) und Kern-Schale (NaYF4: Yb/Tm/Nd (30/0.5/1%)@NaYF4: Nd (20 %)) UCNs Nanostrukturen. Maßstabsleiste: 50 nm. Einschub: HRTEM Bilder von Core- und Core-Shell UCNs Nanostrukturen. Maßstab: 5 nm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56416/56416fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56416/56416fig2.jpg"> 
Abbildung 2: Synthese von funktionalen UCNs Nanostrukturen. (A) schematische Darstellung des Syntheseprozesses Liganden-freie UCNs, PAA-UCNs und DBCO-UCNs, beziehungsweise. (B, C, D) TEM Bilder von Liganden-freie UCNs, PAA-UCNs und DBCO-UCNs. Maßstab: 100 nm in Gruppe B und 50 nm im Bedienfeld "" C/D. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56416/56416fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56416/56416fig3.jpg"> 
Abbildung 3. FTIR-Spektroskopie der DBCO-NH2, PAA-UCNs und DBCO-UCNs, bzw.. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56416/56416fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56416/56416fig4.jpg"> 
Abbildung 4. Charakterisierung von DBCO-UCNs in Pufferlösung. (A) DLS-Ergebnisse der DBCO-UCNs. (B) Zeta mögliche Ergebnisse der PAA-UCNs und DBCO-UCNs (Mittelwert ± SD). (C) UCL Spektren von Core- und Core-Shell UCNs in Hexan (1 mg/mL), PAA-UCNs und DBCO-UCNs im Wasser (1 mg/mL) separat (Ex: 808 nm). Einschub: Lumineszenz-Foto von UCNs mit 808 nm Bestrahlung. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56416/56416fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56416/56416fig5v2.jpg"> 
Abbildung 5. Zelluläre Anwendungen des DBCO-UCNs bei NIR Licht Beleuchtung. (A) Confocal Imaging ChR2 exprimierenden N3-getaggt HEK293 Zellen mit DBCO-UCNs (oben) und PAA-UCNs (unten) für 2 h bei 100 µg/mL inkubiert. Grün: ChR2-Venus (Ex: 488 nm, Em: 530/50 nm), blau: UCNs (Ex: 543 nm, Em: 580/50 nm). Maßstabsleiste: 20 µm. (B) zellulären Ca2 + Bildgebung mit Rhod-3 Uhr, vor und nach der NIR-Licht-Bestrahlung (0,8 W/cm2 für 20 min). Ex: 561 nm, Em: 610/75 nm. Maßstab: 10 µm. (C) Quantitative FCM Analyse der normalisierten Fluoreszenzintensität der zellulären Ca2 + mit verschiedenen leichten Dosierungen Beleuchtung (Mittelwert ± SD). <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56416/56416fig5v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications at JoVE.com

Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications

Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristallen für mobile Anwendungen

Ein Protokoll wird für die Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristallen (UCNs) und deren zellulären Anwendungen für Kanal-Protein-Verordnung auf Nah-Infrarot (NIR) Beleuchtung präsentiert.

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical ...

synthesis-core-shell-lanthanide-doped-upconversion-nanocrystals-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

15.2K Aufrufe.  Nanyang Technological University. Ein Protokoll wird für die Synthese von Kern-Schale Lanthanid-dotierte Großbildschirmen Nanokristallen (UCNs) und deren zellulären Anwendungen für Kanal-Protein-Verordnung auf Nah-Infrarot (NIR) Beleuchtung präsentiert.

Serie: Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

The development of fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically encoded and synthetic fluorophores with sensing abilities allowed the visualization of biologically relevant species with high spatial and temporal resolution. Synthetic dyes are of particular interest thanks to their high tunability and the wide range of measureable analytes. However, these molecules suffer several limitations related to small molecule behavior (poor solubility, difficulties in targeting, often no ratiometric imaging allowed). In this work we introduce the development of dendrimer-based sensors and present a procedure for pH measurement in vitro, in living cells and in vivo. We choose dendrimers as ideal platform for our sensors for their many desirable properties (monodispersity, tunable properties, multivalency) that made them a widely used scaffold for several biomedical devices. The conjugation of fluorescent pH indicators to the dendrimer scaffold led to an enhancement of their sensing performances. In particular dendrimers exhibit reduced cell leakage, improved intracellular targeting and allow ratiometric measurements. These novel sensors were successfully employed to measure pH in living HeLa cells and in vivo in mouse brain.

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

Fluorescence sensors are powerful tools in life science. Here we describe a methodology to synthesize and use dendrimer-based fluorescent sensors to measure pH in living cells and in vivo. The dendritic scaffold enhances the properties of conjugated fluorescent dyes leading to improved sensing properties.

Synthesis, Cellular Lieferung und<em&gt; In-vivo-</em&gt; Anwendung der Dendrimer-basierten pH-Sensoren

The development of  fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically  encoded and synthetic fluorophores with sensing ...

Forschung

Chemie

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded synthesis strategy is used in which spherical seeds of CdSe are prepared first using a hot-injection technique. By controlling the crystal structure of the seed to be either wurtzite or zinc-blende, the subsequent hot-injection growth of CdS off of the seed results in either a rod-shaped or tetrapod-shaped nanocrystal, respectively. The phase and morphology of the synthesized nanocrystals are confirmed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, demonstrating that the nanocrystals are phase-pure and have a consistent morphology. The extinction coefficient and quantum yield of the synthesized nanocrystals are calculated using UV-Vis absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The rods and tetrapods exhibit extinction coefficients and quantum yields that are higher than that of the bare seeds. This synthesis demonstrates the precise arrangement of materials that can be achieved at the nanoscale by using a seeded synthetic approach.

A protocol for the seeded synthesis of rod-shaped and tetrapod-shaped multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe is presented.

Gesetzt Synthese von CdSe / CdS-Nanokristalle Rod und Tetrapod

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

Herstellung von hydrophoben Metall-organische Gerüste über Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition von Perfluoralkanen für die Beseitigung von Ammoniak

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Synthesis of Indoxyl-glycosides for Detection of Glycosidase Activities

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are rapidly oxidized, for example by atmospheric oxygen, to indigo type dyes. This reaction enables fast and easy screening in vivo without isolation or purification of enzymes, as well as rapid tests on agar plates or in solution (e.g., blue-white screening, micro-wells) and is used in biochemistry, histochemistry, bacteriology and molecular biology. Unfortunately the synthesis of such substrates proved to be difficult, due to various side reactions and the low reactivity of the indoxyl hydroxyl function. Especially for glucose type structures low yields were observed. Our novel approach employs indoxylic acid ester as key intermediates. Indoxylic acid esters with varied substitution patterns were prepared on scalable pathways. Phase transfer glycosylations with those acceptors and peracetylated glycosyl halides can be performed under common conditions in high yields. Ester cleavage and subsequent mild silver mediated glycosylation yields the peracetylated indoxyl glycosides in high yields. Finally deprotection is performed according to Zempl&#233;n.

Indoxyl glycosides are well-established and widely used tools for enzyme screening and enzyme activity monitoring. Especially for glucose type structures previous syntheses proved to be challenging and low yielding. Our novel approach employs indoxylic acid esters as precious intermediates to yield a considerable number of indoxyl glycosides in good yields.

Synthese von Indoxyl-Glykoside zum Nachweis von Glycosidase Aktivitäten

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, quantum dots should be highly fluorescent and small/monodisperse in size. While commonly used cadmium-based quantum dots possess these qualities, they are potentially toxic due to the possible release of Cd2+ ions through nanoparticle degradation. Indium-based quantum dots, specifically InP/ZnS, have recently been explored as a viable alternative to cadmium-based quantum dots due to their relatively similar fluorescence characteristics and size. The synthesis presented here uses standard hot-injection techniques for effective nanoparticle growth; however, nanoparticle properties such as size, emission wavelength, and emission intensity can drastically change due to small changes in the reaction conditions. Therefore, reaction conditions such temperature, reaction duration, and precursor concentration should be maintained precisely to yield reproducible products. Because quantum dots are not inherently soluble in aqueous solutions, they must also undergo surface modification to impart solubility in water. In this protocol, an amphiphilic polymer is used to interact with both hydrophobic ligands on the quantum dot surface and bulk solvent water molecules. Here, a detailed protocol is provided for the synthesis of highly fluorescent InP/ZnS quantum dots that are suitable for use in biomedical applications.

In this protocol, the synthesis of Cd-free InP/ZnS quantum dots (QDs) is detailed. InP-based QDs are gaining popularity due to the toxicity of Cd2+ ions that may be released through nanoparticle degradation. After synthesis, QDs are solubilized in water using an amphiphilic polymer for use in biomedical applications.

Synthese von Cd-frei InP / ZnS-Quantenpunkte Geeignet für biomedizinische Anwendungen

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag+) present in the "growth solution". By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.

This paper describes a protocol for the synthesis of gold nanorods, based on the use of hydroquinone as reducing agent, plus the different mechanisms for controlling their size and aspect ratio.

Hydrochinon-basierte Synthese von Gold-Nanostäbchen

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Measurements of Long-range Electronic Correlations During Femtosecond Diffraction Experiments Performed on Nanocrystals of Buckminsterfullerene

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the results of femtosecond X-ray free electron laser (XFEL) experiments. An increasing number of experimental observations have shown that although nuclear motion can be negligible, given a short enough incident pulse duration, electronic motion cannot be ignored. The current and widely accepted models assume that although electrons undergo dynamics driven by interaction with the pulse, their motion could largely be considered &#39;random&#39;. This would then allow the supposedly incoherent contribution from the electronic motion to be treated as a continuous background signal and thus ignored. The original aim of our experiment was to precisely measure the change in intensity of individual Bragg peaks, due to X-ray induced electronic damage in a model system, crystalline C60. Contrary to this expectation, we observed that at the highest X-ray intensities, the electron dynamics in C60 were in fact highly correlated, and over sufficiently long distances that the positions of the Bragg reflections are significantly altered. This paper describes in detail the methods and protocols used for these experiments, which were conducted both at the Linac Coherent Light Source (LCLS) and the Australian Synchrotron (AS) as well as the crystallographic approaches used to analyse the data.

We describe an experiment designed to probe the electronic damage induced in nanocrystals of Buckminsterfullerene (C60) by intense, femtosecond pulses of X-rays. The experiment found that, surprisingly, rather than being stochastic, the X-ray induced electron dynamics in C60 are highly correlated, extending over hundreds of unit cells within the crystals1.

Messungen von Langstrecken elektronische Korrelationen während Femtosekunden Beugungsexperimente auf Nanokristallen Buckminsterfulleren durchgeführt

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of fabricating micellar nanocrystals based on combining top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. This method involves first using electrospray to generate uniform ultrafine liquid droplets, each of which functions as a micro-reactor in which self-assembly reaction occurs forming micellar nanocrystals, with the structures (micelle shape and nanocrystal encapsulation) controlled by the organic solvent used. This method is largely continuous and produces high quality micellar nanocrystal products with an inexpensive structure control approach. By using a water-miscible organic solvent tetrahydrofuran (THF), worm-shaped micellar nanocrystals can be produced due to solvent-induced/facilitated micelle fusion. Compared with the common spherical micellar nanocrystals, worm-shaped micellar nanocrystals can offer minimized non-specific cellular uptake, thus enhancing biological targeting. By co-encapsulating multiple nanocrystals into each micelle, multifunctional or synergistic effects can be achieved. Current limitations of this fabrication method, which will be part of the future work, primarily include imperfect encapsulation in the micellar nanocrystal product and the incompletely continuous nature of the process.

The present work describes a method to fabricate micellar nanocrystals, an emerging major class of nanobiomaterials. This method combines top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. The fabrication method is largely continuous, can produce high quality products, and possesses an inexpensive means of structure control.

Herstellung von sphärischen und Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch die Kombination von Elektrospray, Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a challenge, as it requires asymmetric growth of symmetric crystals. Here, we report a distinctive synthesis of substrate-bound Au nanowires. This template-free synthesis employs thiolated ligands and substrate adsorption to achieve the continuous asymmetric deposition of Au in solution at ambient conditions. The thiolated ligand prevented the Au deposition on the exposed surface of the seeds, so the Au deposition only occurs at the interface between the Au seeds and the substrate. The side of the newly deposited Au nanowires is immediately covered with the thiolated ligand, while the bottom facing the substrate remains ligand-free and active for the next round of Au deposition. We further demonstrate that this Au nanowire growth can be induced on various substrates, and different thiolated ligands can be used to regulate the surface chemistry of the nanowires. The diameter of the nanowires can also be controlled with mixed ligands, in which another &#34;bad&#34; ligand could turn on the lateral growth. With the understanding of the mechanism, Au nanowire-based nanostructures can be designed and synthesized.

We report a solution-based method to synthesize substrate-bound Au nanowires. By tuning the molecular ligands used during the synthesis, the Au nanowires can be grown from various substrates with different surface properties. Au nanowire-based nanostructures can also be synthesized by adjusting the reaction parameters.