A Resumable Fluorescent Probe BHN-Fe3O4@SiO2 Hybrid Nanostructure for Fe3+ and its Application in Bioimaging

Contexte

Le développement de nouvelles méthodes pour détecter toutes sortes de petites molécules et d'ions est devenu une tâche importante pour les chercheurs scientifiques. En tant que l'un des ions métalliques indispensables dans les processus métaboliques, Fe ³⁺ joue un rôle essentiel et crucial dans une variété de processus biologiques tels que la fonction et la pathologie cérébrales, la transcription des gènes, la fonction immunitaire et la reproduction des mammifères [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. Les investigations médicales indiquent que les processus métaboliques ou biologiques ne sont normaux pour le bon fonctionnement de toutes les cellules vivantes que lorsque le Fe ³⁺ la concentration est dans une plage appropriée. Quand Fe ³⁺ concentration dans un corps vivant s'écarte de sa plage appropriée, certaines maladies ou troubles graves peuvent être induits dans les processus métaboliques ou biologiques [10,11,12]. Même si diverses méthodes de détection ont été développées pour détecter Fe ³⁺ [13,14,15], la technique fluorescente est la méthode la plus efficace et la plus puissante, en raison de sa simplicité opérationnelle, de sa sensibilité et de sa sélectivité élevées, et de sa faible limite de détection [16,17,18,19,20].

Dans ces sondes fluorescentes à base de molécules, certains problèmes relatifs à la sécurité, la recyclabilité et la réutilisabilité n'ont pas été résolus. Par exemple, comme indiqué dans la référence [21], les petites molécules employées sont toxiques. Ces déficiences présentées dans les sondes fluorescentes à base de molécules limitent complètement les sondes entrant dans une application pratique. Relever le défi de la sécurité des sondes fluorescentes ci-dessus pour Fe ³⁺ , une autre approche technique est proposée en utilisant des supports inorganiques incorporés avec de petites sondes moléculaires fluorescentes. Dans cette nouvelle approche, il est connu que les matériaux inorganiques tels que les nanoparticules magnétiques, les nanoparticules métalliques, les nanotubes et la silice mésoporeuse peuvent être utilisés dans la conception des sondes fluorescentes [22,23,24]. Parmi tous ces matériaux inorganiques, la silice magnétique core-shell Fe₃ O₄ @SiO₂ Les nanoparticules présentent les avantages de leur faible toxicité, de leur biocompatibilité élevée, de leur simple séparation via un champ magnétique externe et de leur grande surface qui peut être greffée par des sondes fluorescentes sur d'autres matériaux dans les zones de reconnaissance et de séparation de la molécule ou des ions [25,26,27]. Par conséquent, cette nouvelle approche nous offre un moyen possible de réaliser l'application de détection de Fe ³⁺ , en particulier dans la sécurité avec une faible toxicité et une biocompatibilité élevée.

Dans ce travail, une sorte de BHN-Fe₃ magnétique multifonctionnel O₄ @SiO₂ capteur fluorescent à nanostructure pour Fe ³⁺ a été conçu et synthétisé. Il a une bonne réponse sensible et sélective à Fe ³⁺ avec une extinction remarquable de la fluorescence dans CH₃ CN/H₂ O (1:1, v /v ) à température ambiante. En appliquant un champ magnétique externe, la sonde peut être séparée de la solution. Lors de l'ajout d'EDTA au système, Fe ³⁺ peut être retiré du complexe avec récupération de l'intensité de fluorescence. De plus, l'imagerie de fluorescence confocale utilisant des cellules HeLa a montré que la sonde pouvait être appliquée pour détecter Fe ³⁺ dans les cellules vivantes. Par conséquent, le BHN-Fe₃ obtenu O₄ @SiO₂ présente une excellente sélectivité, solubilité dans l'eau, réversibilité et recyclabilité, ce qui profite à la détection de Fe ³⁺ .

Méthodes/Expérimental

Synthèse de Fe₃ O₄ @SiO₂ Nanoparticules

Fe₃ O₄ des nanoparticules de magnétite ont été synthétisées selon la référence [28]. Ils ont ensuite été recouverts d'une fine couche de silice au moyen d'une méthode Stöber modifiée [29] pour obtenir un Fe₃ stable. O₄ @SiO₂ . L'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) a été hydrolysé avec des nanoparticules de magnétite sous forme de graines dans un mélange éthanol/eau. Le Fe₃ résultant O₄ @SiO₂ des nanoparticules d'un diamètre moyen de 50 à 60 nm ont été utilisées comme vecteurs de nanoparticules de capteurs fluorescents.

Synthèse de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ Nanostructure

N Le -butyl-4-bis(2-hydroxyéthyl)amino-1,8-naphtalimide (BHN) est synthétisé selon la méthode rapportée précédemment [30, 31]. Le premier intermédiaire a été synthétisé par la réaction entre l'anhydride 4-bromo-1,8-naphtalique et n -butylamine. Ensuite, l'intermédiaire a réagi avec de la diéthanolamine pour donner BHN. ESI-MS :m/z 357,3 (M + H ⁺ ). ¹ RMN H (CDCl₃ , 400 MHz) :δ (ppm) : 0,95 (t, 3H, J = 8,0 Hz); 1,41 (m, 2H); 1,66 (m, 2H); 2,69 (m, 2H); 3,60 (t, 4H, J = 5,0 Hz); 3.86(t, 4H, J = 5,0 Hz); 4.08 (t, 2H, J = 8,0 Hz); 7.33 (d, 1H, J = 8,0 Hz); 7,58 (t, 1H, J = 8,0 Hz); 8.38(d, 1 H, J = 8,0 Hz); 8.41 (jj, 1H, J = 8,0 Hz); 8,84 (jj, 1H, J = 8,0 Hz).

Du BHN (356 mg, 1 mmol) et du 3-isocyanatopropyl-triéthoxysilane (IPTES, 494 mg, 2 mmol) ont été mélangés dans du THF anhydre (15 ml) à température ambiante. Ensuite, la solution a été chauffée à reflux pendant 48 h sous N₂ . Après cela, le solvant a été évaporé et le produit brut a été encore purifié par chromatographie éclair sur colonne (gel de silice, éther de pétrole/CH₂ Cl₂ /méthanol 50/50/1) pour donner 255 mg (30 %) de BHN-IPTES sous forme de poudre jaune. ESI-MS :m/z 851,5(M + H ⁺ ). ¹ RMN H :(400 MHz, CDCl₃ ):δ (ppm) 0,60 (t, 4H, J = 8,0 Hz); 0,98 (t, 3H, J = 8,0 Hz); 1,21 (m, 18H); 1,45 (m, 2H); 1,58 (m, 4H); 1,70 (m, 2H); 3,13 (m, 4H); 3,73 (t, 2H, J = 5,0 Hz); 3,82 (m, 12H); 4,16 (m, 4H); 4,24 (m, 4H); 4,94 (m, 2H); 7,38 (d, 1H, J = 8,0 Hz); 7,70 (t, 1H, J = 8,0 Hz); 8,45 (d, 1H, J = 8,0 Hz); 8,50 (jj, 1H, J = 8,0 Hz); 8.58 (jj, 1H, J = 8,0 Hz).

Cent milligrammes de Fe₃ séché O₄ @SiO₂ nanoparticules et 300 mg (0,35 mmol) de BHN-IPTES ont été mis en suspension dans du toluène anhydre (15 ml). La solution a été chauffée au reflux pendant 12 h à 110 °C sous N₂ pour obtenir BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ . Les nanoparticules ont été collectées par centrifugation (10 000 tr/min) et lavées à plusieurs reprises avec de l'éthanol anhydre à fond. En surveillant la fluorescence du liquide supérieur, les molécules organiques n'ayant pas réagi pourraient être complètement éliminées. Ensuite, le BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ la nanostructure a finalement été séchée sous vide pendant la nuit.

Résultats et discussion

Conception de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂

Fe₃ O₄ @SiO₂ la nanoparticule est un candidat prometteur pour construire du Fe ³⁺ sûr, recyclable et réutilisable capteur fluorescent en raison de sa faible toxicité, de sa biocompatibilité élevée et de sa recyclabilité pratique via un champ magnétique externe. Comparé à d'autres fluorophores, le 1,8-naphtalimide a un grand décalage de Stokes, une longue longueur d'onde d'émission et une commodité à modifier avec différentes chaînes latérales et un rendement quantique élevé. Ainsi, avec l'introduction d'une chaîne latérale appropriée, il peut être greffé sur le Fe₃ O₄ @SiO₂ nanoparticule pour obtenir un Fe ³⁺ sûr, recyclable et réutilisable capteur fluorescent avec une réponse de fluorescence remarquable.

Comme on le sait, Fe ³⁺ peut être facilement coordonné avec les atomes O et N, nous avons donc modifié le 1,8-naphtalimide avec de la diéthanolamine pour que le 1,8-naphtalimide possède la capacité de détecter Fe ³⁺ comme le montre la figure 1a. Dans la diéthanolamine, les fragments hydroxyéthyle et ester-amide ont servi d'unité réceptrice. Enfin, le 1,8-naphtalimide modifié a été greffé sur le Fe₃ O₄ @SiO₂ par réaction d'hydrolyse-condensation entre Si (OEt)₃ et hydroxyle à la surface de Fe₃ O₄ @SiO₂ comme le montre la figure 1b.

un Synthèse de BHN. b Synthèse de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂

Structure de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂

À partir de l'image TEM illustrée à la Fig. 2a, la structure typique de noyau/coque de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ est clairement affiché. Bien que le noyau magnétique nu soit facile à agréger dans un liquide, l'enveloppe de silice à la surface des nanoparticules magnétiques empêcherait l'agrégation et améliorerait la dispersibilité. Les nanoparticules d'oxyde de fer ont été piégées avec succès dans la coque de silice et se sont bien dispersées. On peut également voir que les diamètres globaux des structures noyau/enveloppe sont dans une distribution étroite de 50 à 60 nm avec un noyau d'oxyde de fer de 10 nm, ce qui est inférieur à sa taille critique superparamagnétique et convient à une utilisation comme nanoparticule de support de sonde fluorescente.

un Image TEM de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (la barre d'échelle est de 50 nm.). b Modèles XRD de Fe₃ O₄ /Citrate, Fe₃ O₄ @SiO₂ , et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ . c Spectres FT-IR de Fe₃ O₄ @SiO₂ et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ . d Courbes TG et DTA de Fe₃ O₄ @SiO₂ et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂

La figure 2b montre les diagrammes de diffraction de poudre XRD de Fe₃ O₄ , Fe₃ O₄ @SiO₂ , et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ . Les six pics de diffraction caractéristiques du Fe₃ nu O₄ peut être indexé sur 220, 311, 400, 422, 511 et 440 réflexions de la magnétite. Cependant, les pics XRD attribués à Fe₃ O₄ ont de faibles intensités en Fe₃ O₄ @SiO₂ et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ , ce qui implique que le Fe₃ O₄ les nanoparticules sont recouvertes d'une coquille de silice amorphe. La coquille de silice peut diminuer la teneur relative en Fe₃ O₄ noyaux et ensuite affecter les intensités de crête. De plus, le large package XRD se trouve à un faible angle de diffraction de 20° à 30° dans Fe₃ O₄ @SiO₂ et BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ , qui correspond à l'état amorphe SiO₂ obus entourant le Fe₃ O₄ nanoparticules.

Etudier la condition de modification de BHN-IPTES à la surface du Fe₃ O₄ @SiO₂ nanoparticules, son spectre infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) est mesuré. Comme le montre la figure 2c, les deux courbes présentaient la bande de vibration typique de −OH s'étirant sur le silanol à 3 400 à 3 500 cm ⁻¹ et 1000 à 1200 cm ⁻¹ [32]. Cela indique que tout le silanol sur Fe₃ O₄ @SiO₂ les nanoparticules ont été modifiées de manière covalente. La bande à 1630 cm ⁻¹ représente le mode de flexion des vibrations -OH [33]. Les bandes centrées à 1109 (νas ) et 800 cm ⁻¹ peut être attribué au siloxane (-Si-O-Si-) [34]. Les pics ci-dessus indiquent l'existence d'une coquille de silice. Les pics supplémentaires à 2965 et 2934 cm ⁻¹ ont été trouvés dans BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ , correspondant à la vibration -CH des groupes aliphatiques et aromatiques [32, 35]. La bande à 1697, 1590 et 1516 cm ⁻¹ de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ provient des vibrations de flexion de −CH₃ de la partie BHN [36]. Ces résultats démontrent la présence de la molécule organique dans le matériau magnétique BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ .

La propriété superparamagnétique des nanoparticules magnétiques joue un rôle essentiel pour son application biologique. Fichier supplémentaire 1 :La figure S1 montre la courbe de magnétisation de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ qui a été mesurée par un magnétomètre à échantillon vibrant dans la plage de − 15 000 à 15 000 Oe à 300 K. Le résultat était cohérent avec la conclusion que le diamètre de Fe₃ magnétique O₄ les nanoparticules de moins de 30 nm sont généralement superparamagnétiques à température ambiante [37]. La valeur d'aimantation de saturation pour le BHN-Fe₃ synthétisé O₄ @SiO₂ est d'environ 4,02 émeu/g. Plus important encore, à partir de la boucle d'hystérésis de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ nanostructure, on peut constater qu'elle présente des propriétés superparamagnétiques et qu'aucune force coercitive n'a été observée dans la boucle d'hystérésis. Ce phénomène était dû au fait que le noyau de magnétite a un petit diamètre autour de 10 nm. Dans le même temps, la coquille de silice empêche l'agrégation du noyau de magnétite. Ainsi, le BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ la nanostructure peut en outre montrer une bonne dispersibilité.

Réponse de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂

Pour vérifier la réponse de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ pour divers ions métalliques, les mesures de fluorescence ont été réalisées en CH₃ CN/H₂ O 1:1 (v /v ) solution à pH 7,36 dans du tampon HEPES. La concentration de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ est de 0,2 g/L (correspondant à la molécule organique libre était d'environ 3,34  × 10 ⁻⁵ M, selon la TGA, voir Fig. 2d), et les différents ions métalliques Ag ⁺ , Al ³⁺ , Ca ²⁺ , Cd ²⁺ , Co ²⁺ , Cr ³⁺ , Cu ²⁺ , Hg ²⁺ , K ⁺ , Li ⁺ , Mg ²⁺ , Mn ²⁺ , Na ⁺ , Pb ²⁺ , Zn ²⁺ , et Fe ³⁺ (tous sous forme de leurs sels de perchlorates) étaient de 5,0  × 10 ⁻⁵ M. Comme le montre la figure 3a, une extinction de fluorescence significative a été observée lors de l'ajout de Fe ³⁺ , mais aucune diminution significative de l'intensité de fluorescence dans les mêmes conditions n'a été détectée en cas d'ajout d'autres ions métalliques à l'exception de Cu ²⁺ . Cu ²⁺ provoquerait une légère extinction de la fluorescence et une réponse en 20 min. Cependant, dans les mêmes conditions de détection, Fe ³⁺ provoque une réponse en 2 min et une extinction évidemment en 5 min (Fig. 3c). Les spectres d'absorption de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) en présence de diverses concentrations de Fe ³⁺ (0 à 200 μM) ont été étudiés, comme le montre la figure 3d. Quand Fe ³⁺ a été ajouté progressivement, l'absorbance de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ à 250 et 350 nm augmente progressivement, ce qui indique que BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ nanostructure coordonnée avec Fe ³⁺ progressivement.

un Réponses de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec divers cations. La longueur d'onde d'excitation était de 415 nm. Les spectres ont été enregistrés toutes les 2 min après l'ajout d'ions métalliques. b Concours de Fe ³⁺ -BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ envers les cations. Changement d'émission fluorescente de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) lors de l'ajout d'ions métalliques (chaque ion métallique est 5 × 10 ⁻⁵ M) en CH₃ CN/H₂ O 1:1 (tampon HEPES pH 7,36) à température ambiante. c Réponses temporelles de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec Fe ³⁺ et Cu ²⁺ . d Titrages UV-Vis de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) avec Fe ³⁺ . e Titrage par fluorescence du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) avec Fe ³⁺ . En médaillon :les intensités de fluorescence à 518 nm à différentes concentrations de Fe ³⁺ . f Tracé de Job de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec Fe ³⁺

Ensuite, un titrage de fluorescence avec Fe(ClO₄ )₃ en CH₃ CN/H₂ O 1:1 (v /v) a été appliqué pour comprendre la combinaison de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ vers Fe ³⁺ ions. Comme illustré sur la Fig. 3e, l'émission de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) diminue progressivement lorsque différentes concentrations (0 à 100 μM) de Fe ³⁺ ont été ajoutés dans CH₃ CN/H₂ O 1:1 (v /v ) Tampon HEPES, qui indique que BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ nanostructure coordonnée avec Fe ³⁺ pour former le complexe quantitativement. L'expérience de titrage par fluorescence suggère que la constante d'association logβ pour Fe ³⁺ liaison avec BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ est calculé à 8,23. Une augmentation linéaire de la fluorescence du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ nanostructure a été observée lors de l'ajout de Fe ³⁺ entre 0 et 20 μM, et la limite de détection de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ à Fe ³⁺ a été trouvé par 1,25 × 10 ⁻⁸ M sous le dosage fluorimétrique. Les résultats du titrage de fluorescence et du tracé de Job suggèrent un rapport de liaison de 1:1 pour Fe ³⁺ avec BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (Fig. 3f). Les résultats des expériences de compétition de cations sont illustrés sur la figure 3b, et il a été possible de constater que la sélectivité et la sensibilité de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ à Fe ³⁺ ne sont pas influencés par d'autres ions métalliques.

Ici, la diminution remarquable de l'intensité de fluorescence peut être expliquée comme suit :L'intensité de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ , qui est excité à une lampe de 415 nm, présente la haute fluorescence à 518 nm due au 1,8-naphtalimide qui a un grand système conjugué. De plus, le groupe donneur d'électrons dans la structure influence en même temps la fluorescence du système. Lorsqu'il est chélaté de manière stable avec Fe ³⁺ par l'atome O et l'atome N sur la position quatre du 1,8-naphtalimide, le transfert d'électrons ou d'énergie entre le cation métallique et le fluorophore produit un effet d'absorption électronique, de manière à rendre l'extinction de la fluorescence [38] (Fig. 4a).

un Spectacle schématique de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec Fe ³⁺ . b Réversibilité du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ vers Fe ³⁺ . En médaillon :la photographie de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec Fe ³⁺ par traitement d'EDTA (2.5 × 10 ⁻⁵ M) sous une lumière UV de 415 nm. c Tracé de la fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) avec ajout alterné de 2,5 × 10 ⁻⁵ M Fe ³⁺ (« off ») et EDTA (« on »). d BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) a été dispersé vers un aimant externe dans CH₃ CN/H₂ O 1:1 (tampon HEPES pH 7,36)

L'extinction de fluorescence par ajout de Fe ³⁺ à la solution de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ était totalement réversible. Lors de l'ajout d'EDTA (2.5 × 10 ⁻⁵ M) au Fe ³⁺ -BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ système, l'intensité de fluorescence a été presque restaurée au niveau d'origine de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (Fig. 4b). De plus, la réutilisabilité a été évaluée en ajoutant à plusieurs reprises Fe ³⁺ -Cycles EDTA dans le système, avec le changement de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ l'intensité de fluorescence étant enregistrée après chaque étape, et les données correspondantes sont présentées sur la figure 4c. Il est clair que le BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ présente une excellente réutilisabilité car seule la rare perte de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ sensibilité vers Fe ³⁺ a été observé après cinq Fe ³⁺ répétés -Cycles EDTA. En raison de sa propriété magnétique, BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avait une responsabilité magnétique d'inversion. Comme le montre la figure 4d, il pouvait être facilement séparé de la dispersion (0,2 g/L) après 10 min en plaçant un aimant près de la dispersion, puis redispersé par une agitation douce lorsque l'aimant a été retiré. Cette capacité de séparation magnétique et la propriété de reconnaissance du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ la nanostructure fournit une voie simple et efficace pour séparer Fe ³⁺ plutôt que par une approche de filtration. Plus important est que la responsabilité magnétique d'inversion de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ la nanostructure serait un facteur clé pour évaluer leur recyclabilité [39]. Combiné à sa propriété magnétique, il est démontré que BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ était considérablement applicable dans le système biologique en tant que capteur hybride inorganique-organique efficace pour Fe ³⁺ .

Pour l'application biologique, il est extrêmement important que le capteur soit adapté à la mesure d'ions métalliques spécifiques dans la plage de pH physiologique. Comme le montre la figure 5a, les intensités de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ avec/sans Fe ³⁺ à différentes valeurs de pH ont été étudiées. L'intensité de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ diminue légèrement lors de l'ajout de Fe ³⁺ dans des conditions acides, puisque la protonation de l'atome N sur la position quatre du 1,8-naphtalimide conduit à une faible capacité de coordination de Fe ³⁺ . Ensuite, un changement spectaculaire de fluorescence pour Fe ³⁺ -BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ système a été trouvé lorsque le pH était à pH neutre et dans des conditions faiblement alcalines. Ici, BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ présente un excellent Fe ³⁺ capacités de détection lorsque le pH est compris entre 5,84 et 10,52, ce qui indique que BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ est une sonde qui s'attend à être appliquée dans ces environnements ou systèmes biologiques complexes.

un Intensités de fluorescence de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ et Fe ³⁺ -BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ à différentes valeurs de pH à température ambiante. CH₃ CN/H₂ O 1:1, λ _ex = 415 nm. b Image en fond clair et image de fluorescence des cellules HeLa avec BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ . (c ) Image en fond clair et image de fluorescence des cellules HeLa avec BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ et Fe ³⁺

Démontrer davantage la capacité de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ pour détecter Fe ³⁺ dans les systèmes vivants, nous avons mené une expérience sur des cellules HeLa vivantes. Tout d'abord, nous avons étudié la viabilité cellulaire de BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ et Fe ³⁺ -BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ en utilisant le test MTT. Les cellules HeLa ont été incubées avec du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ dans RPMI-1640 pendant 0,5 h à 37 °C, puis Fe(ClO₄ )₃ a été ajouté pour incubation pendant 0,5 h. Ensuite, les images de fluorescence confocale des cellules HeLa ont été observées, et elles montrent une excellente capacité de coloration lorsque la concentration du capteur et Fe(ClO₄ )₃ est jusqu'à 0,2 g/L et 5 × 10 ⁻⁵ M. Ensuite, nous avons mené une expérience de microscopie à fluorescence pour étudier sa plus grande gradation d'application dans des systèmes biologiques complexes. Comme le montre la figure 5b, les cellules HeLa ont été cultivées sur une plaque à orifice 12 à 37 °C et dans 5 % de CO₂ atmosphère pendant 24 h, puis traité avec du BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ (0,2 g/L) et incubées pendant 0,5 h, et les cellules ont montré une forte fluorescence verte. Ensuite, les cellules ont été traitées avec 5 × 10 ⁻⁵ M Fe(ClO₄ )₃ . Après 0,5 h, nous avons observé une diminution remarquable de la fluorescence (Fig. 5c). Ainsi, nous pouvons conclure que BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ peut être utilisé pour imager Fe ³⁺ dans des cellules vivantes.

Conclusion

En résumé, une nouvelle sonde fluorescente multifonctionnelle BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ nanostructure pour Fe ³⁺ a été conçu et synthétisé avec succès. La sonde BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ peut répondre sélectivement à Fe ³⁺ avec extinction de fluorescence et séparation efficace de Fe ³⁺ avec champ magnétique externe. Le système de surveillance de fluorescence de type tout ou rien constitué indique que la sonde pourrait être inversée et réutilisée. Dans le même temps, la sonde a été appliquée avec succès pour détecter quantitativement Fe ³⁺ avec de faibles limites de détection. De plus, le BHN-Fe₃ O₄ @SiO₂ la sonde de nanostructure est utilisée avec succès pour détecter Fe ³⁺ dans des cellules HeLa vivantes, ce qui montre son grand potentiel dans la détection par bio-imagerie.

Abréviations

BHN :

N -butyl-4-bis(2-hydroxyéthyl)amino-1,8-naphtalimide

EDTA :

Acide éthylènediaminetétraacétique

FT-IR :

Transformée de Fourier infrarouge

IPTES :

3-Isocyanatopropyl-triéthoxysilane

TEM :

Microscopie électronique à transmission

TEOS :

Orthosilicate de tétraéthyle

TGA :

Analyse thermogravimétrique

THF :

Tétrahydrofurane

XRD :

Diffraction des rayons X sur poudre