Регистрация / Вход
Прислать материал

Стабилизация флуоресцентных меток в водной среде циклофанами и полимерами

Сведения об участнике
ФИО
Бекмухаметова Алина Муратовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Физическая химия. Электрохимия. Физические методы исследования химических соединений
Тема
Стабилизация флуоресцентных меток в водной среде циклофанами и полимерами
Резюме
Разработаны подходы для стабилизации органических флуорофоров и полупроводниковых нанокристаллов полиэлектролитами и циклофанами. Методом флуоресцентной спектроскопии установлено рН-зависимое тушение флуоресценции пирена в присутствии диметиламинометилированного резорцинарена, связанное с образованием комплекса с переносом заряда. Проведен низкотемпературный синтез квантовых точек CdSe в присутствии разветвлённого полиэтиленимина и хитозана. Размер полимерных глобул с квантовыми точкам CdSe не превышает 10 нм. При включении нанокристаллов в полимерную матрицу сохраняются их флуоресцентные свойства.
Ключевые слова
Пирен, циклофаны, квантовые точки, полиэтиленимин, хитозан, полиэлектролитные капсулы.
Цели и задачи
Целью настоящей работы является разработка подходов для стабилизации органических флуорофоров и полупроводниковых нанокристаллов полиэлектролитами и циклофанами.
Для достижения поставленной цели следовало решить следующие задачи:
1) осуществить подбор условий для связывания гидрофобного спектрального зонда пирена в индивидуальной композиции с водорастворимым диметиламинометилированным резорцинареном;
2) детально установить влияние температуры, макроциклической платформы и рН среды на процесс возгорания/тушения флуоресценции пирена резорцинареном;
3) провести синтез квантовых точек CdSe, стабилизированных полиэтиленимином и хитозаном, а также полиэлектролитных капсул на их основе.
Введение

Органические флуоресцентные зонды получили широкое применение для визуализации биосубстанций, поскольку способны встраиваться в липидный бислой и реагировать на изменения, происходящие в клетке [1]. Квантовые точки, в свою очередь, отличаются высокой фотостабильностью и уникальными спектральными свойствами, строго зависящими от размера наночастиц [2]. Однако для каждого из флуорофоров существуют и недостатки, в частности, высокая токсичность, нерастворимость в воде, нестабильность в биологических средах [3, 4]. Для преодоления выше обозначенных трудностей практического применения флуоресцентных зондов возможно использование различных стабилизаторов, в том числе и полимерной природы.

Методы и материалы

Для первого этапа данной работы в качестве объектов исследования были выбраны: пирен – флуорофор очень чувствительный к полярности микроокружения и диметиламиметилированный резорцинарен – водорастворимый, биосовместимый, дитопный рецептор с pH – зависимыми свойствами. На втором этапе работы проводили низкотемпературный синтез квантовых точек CdSe в оболочке полиэтиленимина и хитозана. Создание полиэлектролитных капсул осуществляли методом послойного осаждения полиэлектролитов – полиакриловой кислоты и хитозана. Для исследования процессов тушения/возгорания флуоресценции пирена использовали флуоресцентную спектроскопию (флуориметр Cary Eclipse). Успешный синтез квантовых точек CdSe в оболочке полимера (полиэтиленимина или хитозана) регистрировали наличием свечения образца под ультрафиолетовой лампой (λex=365 нм), а также методами флуоресценции и спектрофотометрии (спектрофотометр «Specord 250 Plus»). Размер и дзета-потенциал синтезированных квантовых точек и полиэлектролитных капсул контролировали методом динамического и электрофоретического светорассеяния (Malvern Zetasizer Nano). Визуализацию квантовых точек и полиэлектролитных капсул осуществляли методом просвечивающей электронной микроскопии.

Описание и обсуждение результатов

На первом этапе работы были исследованы процессы возгорания/тушения флуоресценции пирена в присутствии диметиламинометилированного резорцинарена, оценено влияние на эти процессы макроциклической платформы, температуры и pH среды. Выявлено наличие сильного тушения флуоресценции пирена в растворе резорцинарена даже в области низких концентраций (до 1 мМ). Проведен сопоставительный анализ зависимостей отношения интенсивностей флуоресценции пирена от концентрации различных тушителей: рассмотрено влияние резорцинарена и его структурных фрагментов. Установлено, что для исследуемого резорцинарена при pH 9 тушение флуоресценции происходит как вследствие статических, так и динамических процессов. На основании температурных зависимостей отношения интенсивностей флуоресценции пирена от концентрации резорцинарена показано, что тушение в большей степени происходит за счет статических взаимодействий с образованием комплекса с переносом заряда. Исследование процессов тушения/возгорания флуоресценции в диапазоне рН от 2 до 10 позволило выявить значительное влияние кислотности среды на эти процессы.

На втором этапе был проведен синтез квантовых точек CdSe в оболочке полиэтиленимина и хитозана. Прекурсором для синтеза квантовых точек служил гидроселенид натрия, полученный реакцией между борогидридом натрия и селеном. Методом динамического светорассеяния определены размеры наночастиц. При исследовании изменения интенсивности флуоресценции водного раствора квантовых точек во времени установлено, что оболочка полимера обеспечивает их пролонгированное высвобождение.

На основе квантовых точек CdSe, стабилизированных хитозаном, методом послойного нанесения противоположно заряженных полиэлектролитов (полиакриловая кислота и хитозан) получены пятислойные полиэлектролитные капсулы. За ходом образования оболочки следили, измеряя дзета-потенциал получаемых частиц - он варьировался от -50 мВ до +50 мВ в зависимости от заряда наносимого полимера, размер капсул при этом менялся от 30 до 60 нм. Сразу после синтеза полиэлектролитных капсул наблюдалось некоторое уменьшение интенсивности флуоресценции, однако она возрастает во времени, что свидетельствует о диффузии квантовых точек через стенки капсул.

Таким образом, нами реализованы различные подходы для стабилизации органических флуорофоров и полупроводниковых нанокристаллов. Показано, что система резорцинарен-пирен может быть предложена в качестве рН-зависимого флуоресцентного сенсора, а использование полимеров способно обеспечить пролонгированное высвобождение квантовых точек, при этом уменьшается их токсичность и увеличивается водорастворимость.

Используемые источники
1) Thompson R.B. Fluorescence sensors and biosensors / R.B Thompson // New York: CRC/Taylor & Francis. – 2006 . – 394 p.
2) Shao L. Semiconductor Quantum Dots for Biomedicial Applications / L. Shao, Ya. Gao, F. Yan // Sensors. – 2011. – Vol. 11. – p. 11736-11751.
3) Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy / J.R. Lakowicz // N.Y.: Springer Science, 2006. — 960 p.
Information about the project
Surname Name
Bekmukhametova Alina
Project title
Stabilization of fluorescent labels by polymers and cyclophanes in aqueous medium
Summary of the project
The approaches for stabilization of organic fluorophores and semiconductor nanocrystals by polyelectrolytes and cyclophanes have been developed. By using fluorescence spectroscopy we have established the pH-dependent fluorescence quenching of pyrene in the presence of dimethylaminomethated resorcinarene due to the charge-transfer complex formation. The low-temperature synthesis of CdSe quantum dots in the presence of a branched polyethylenimine and chitosan has been conducted. The size of the polymer globules with CdSe quantum dots does not exceed 10 nm. Fluorescent properties of nanocrystals incorporated into the polymer matrix are stored.
Keywords
Pyrene, cyclophanes, quantum dotes, polyethylenimine, chitosan, polyelectolyte capsules.