1 / 22

Bio-interakce polovodičových nanokrystalů

Bio-interakce polovodičových nanokrystalů. Marie Kalbáčová, Antonín Brož Ústav dědičných metabolických poruch 1. lékařská fakulta UK. Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK jan.valenta@mff.cuni.cz. Historie studia nanomatriálů v naší laboratoři.

bell
Télécharger la présentation

Bio-interakce polovodičových nanokrystalů

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Bio-interakce polovodičových nanokrystalů Marie Kalbáčová, Antonín Brož Ústav dědičných metabolických poruch 1. lékařská fakulta UK Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK jan.valenta@mff.cuni.cz

  2. Historie studia nanomatriálů v naší laboratoři • 1992 – první křemíkový nanomateriál – porézní křemík(spolupráce s Teslou Rožnov, pro kterou I. Pelant a kol. vyvinuli v 80. letech speciální luminiscenční metodu charakterizace mělkých příměsí v krystalech Si) – specifické vlastnosti PSi (vysoký výtěžek lumin. při pokojové teplotě a modrý posun) byly objeveny roku 1990: L. Canham a U. Gösele + V. Lehmann • 2000 – první luminiscenční spektra jednotlivých Si nanokrystalů(spolupráce s Král. technikou ve Stockholmu, skupina prof. Linnrose) • 2005 – začátek studia bio-interakce PSi nanočástic s koloniemi živých buněk– Anna Fučíková ve spolupráci s Ústavem fyzikální biologie JčU a AV ČR Nové Hrady • 2009 – navázání spolupráce se skupinou Dr. Kalbáčové na 1.LF UK • 2012 – A. Fučíková obhájila PhD. disertaci „Bioapplications of novel nanostructured materials“, za kterou získala cenu Česká hlava 2012 - Doktorandus

  3. Česká hlava - Doctorandus • bio-interakce nanomateriálů = velmi náročné téma na rozhraní fyziky/chemie/biologie

  4. Quantum dots – nanocrystals: Tuning energy by changing size Unique property of NCs = electronic, optical (chemical, mechanical,...) properties may be tuned by changing size, shape, surface states etc. (in contrast to bulk) Commercial CdS and CdSe NCs - Evidots produced by Evident Technologies (photo: J. Valenta) transmission in diffuse light luminescence under UV lamp

  5. Basic properties of Si NC - Indirect band-gap structure preserved down to diam. of <1 nm - Photoluminescence: very efficient even at room temperature PL spectrum = one broad band with large blue-shift compare to bulk (can be UV, blue, green, yellow, red, NIR) - Very slow decay (stretch exponential)~0.1 ms at RT very low flux of photons - Relatively high quantum efficiency. d ~5 nm Leigh Canham Silicon nanocrystals • studied from 1990 - discovery of efficient luminescence • in porous silicon (electro-chemical etching)

  6. OBSAH1. Výroba křemíkových nanokrystalůspolupráce s Fyzikálním ústavem AV ČRI. Pelant, K. Herynková, K. Kůsová a kol. 2. Studium bio-interakce nanomateriálůspolupráce s 1. LF UKM. Kalbáčová, A. Brož 3. Zobrazování a spektroskopie jednolivých nanokrystalůnaše specialita

  7. B - PSi layer removal, pulverization, dissolution, filtering, deposition • PSi colloidal suspension • PSi powder Deposition 10 ml of the suspension substrate solvents: ethanol, iso-propanol Si NCs fabricated by the electrochem. etching & colloid treatment A - Electrochemical etching of Si in HF solution (anodization) additional treatment in H2O2

  8. Organic capping of PSi particles Long-term treatment of oxidized PSi particles in dissolved in xylene – stirring and illuminating by cw UV light (He-Cd laser 325 nm, 3 mW) NMR characterization by J. Lang et al. [ K. Kusova et al. ACS Nano 4 (2010) 4495. ]

  9. Polovodičové nanokrystaly v bio/medicíně • fluorescenční značení(labelling, marking) – aktivace povrchu nanočástice specifickými molekulami • zobrazení lokalizace ve zkoumaném prostředí (tkáni, buňce ...) • náhrada za organická barviva, která mají nízkou fotostabilitu • přenášení a uvolnění aktivních látek(carrier, cargo ...) - léčiva atd. • lokální detekce specifických látek nebo stavu prostředí (pH atd.) - přenos excitační energie (FRET) ... • aktivace určitých procesů (např. světlem vyvolaná generace singletního kyslíku – fotodynamická terapie rakoviny) Potenciální výhody křemíku • biokompatibilta (nenarušuje přirozené procesy) • biodegradabilita (časem se rozloží a vyloučí z organismu) • fotoluminiscence v červené spektrální oblasti

  10. zeta-potenciál náboj nanočástice ovlivňuje (mimo jiné) pronikání do buněk Zkoumané nanomateriály [A. Fučíková et al. to be published] • Si nanokrystaly – domácí výroba • Nanodiamanty – koupené z Ruska • komerční CdSe nanokryst. pro srovnání

  11. SEM mikroskopie • HeLa buňky kultivované s (a) SiNC, (b) ND – zde je vidět silné narušení buněčné membrány Scanning Electron Microscopy, Laboratoř elektronové mikroskopie, Biologické centrum AV ČR, Č. Budějovice [A. Fučíková et al. to be published]

  12. Vliv nanomateriálů na vývoj buněk - vitalita 24 hodiny 48 hodin control SiNC ND 48 h 75 mg/ml Buňky SAOS-2, Lactase-dehydrogenase test [A. Fučíková et al. to be published, A. Fucikova et al. Chem. Papers 63 (2009) 704]

  13. Konfokální fluorescenční mikroskopie – sledování pronikání nanočástic do buněk 3h NCD –75 μg/ml 3h Si –75μg/ml colour coding: green = actin, red = SiNC, blue = ND, A. Brož a M. Kalbáčová 1.LF UK

  14. section : top center bottom SiNC, 2 h SiNC, 24 h Buňky SAOS-2, koncentr. nanomater. 75 mg/ml ND, 2 h ND, 24 h

  15. Princip pronikání nanočástic do buněk [A. Fučíková et al. to be published]

  16. Far-filed micro-imaging-spectroscopy– our approach Epifluorescence excitation

  17. 3 2 PL image PL spectra Emission spectra Slit closed from two bright spots 0.3 mm Imaging spectroscopy [J. Valenta et al., J. Luminescence98 (2002) 15] Reflection 1 image m m 0 6 Slit opened Sequence of measurement

  18. scanning slit position cross sections= monochromatic images Hyperspectral imaging Analogous set-up is used e.g. for measurement of solar spectral images – calculation of maps of magnetic field(from line splitting) andmass movement(from Doppler shift) etc. Complete hyperspectral imaging is not useful for low-density single objects may be interesting for e.g. detection of local fields by introduced impurities

  19. Spektra jednotlivých NK v živých buňkách silná auto-fluorescence buněk v modro-zelené oblasti spektra SingleNK PL spektra mohou sondovat lokální prostředí (pH, reakce atd.)

  20. Závěr • Příprava Si nanokrystalů • Hlavní problémy jsou: • zlepšení produktivity výroby • separace velikostí nebo zúžení šířky distribuce velikostí • Bio-interakce nanomatriálů • lepší pochopení role média a náboje nanočástic na pronikání do buněk • přesnější lokalizace nanomat. v buňce • rychlost a mechanismus biodegradace (rozkladu) • Zobrazovací mikro-spektroskopie • spektrální rozměr umožní lépe rozlišit nanočástice od pozadí (autofluor.) • spektrální posuny mohou detekovat lokální změny pH a pod. • úzká distribuce vlastností je žádoucí • Aplikační možnosti • fluorescenční značky a nosiče léčiv etc. • generace singletníhokyslíkuprostřednictvím SiNCs – fotodynamická terapierakoviny ...

  21. Acknowledgement Collaborators I. Pelant, K. Luterová, K. Dohnalová, K. Kůsová, J. Kočka.. Institute of Physics Czech Academy of Sciences, Prague F. Vácha , F. Adamec et al.Institute of Physical Biology, U. South Bohemia, Budweis J. Humpoličková, M. Hof, et al. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, CAS • FUNDING : Grant Agency of the Czech R. and Czech Academy of Science, Ministry of Education: • LC510 - Research centre of nanotechnology and materials for nanoelectronics • Project Nanotechnology for Society: Functional hybrid nanosystems of semiconductors and metals with organic materials (FUNS) • GAUK

  22. Have fun with Silicon all photos: J. Valenta

More Related