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Una sonda fluorescente reanudable BHN-Fe3O4 @ SiO2 Nanoestructura híbrida para Fe3 + y su aplicación en bioimagen

Resumen

Una sonda fluorescente multifuncional BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura para Fe 3+ fue diseñado y desarrollado. Tiene una buena respuesta selectiva a Fe 3+ con extinción de fluorescencia y se puede reciclar utilizando un campo magnético externo. Con la adición de EDTA (2.5 × 10 −5 M) al producto consiguiente Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 , Fe 3+ puede eliminarse del complejo y se recupera su capacidad de sondeo de fluorescencia, lo que significa que esta sonda de fluorescencia de tipo on-off constituida podría invertirse y reutilizarse. Al mismo tiempo, la sonda se ha aplicado con éxito para la detección cuantitativa de Fe 3+ en modo lineal con un límite bajo de detección 1,25 × 10 −8 M. Además, el BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 La sonda de nanoestructura se utiliza con éxito para detectar Fe 3+ en células HeLa vivas, lo que muestra su gran potencial en la detección de bioimágenes.

Antecedentes

El desarrollo de nuevos métodos para detectar todo tipo de pequeñas moléculas e iones se ha convertido en una tarea importante para los investigadores científicos. Como uno de los iones metálicos importantes e indispensables en los procesos metabólicos, el Fe 3+ juega un papel esencial y crucial en una variedad de procesos biológicos como la función y patología del cerebro, la transcripción de genes, la función inmunológica y la reproducción de mamíferos [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. Las investigaciones médicas indican que los procesos metabólicos o biológicos son normales para el correcto funcionamiento de todas las células vivas solo cuando el Fe 3+ la concentración está en un rango adecuado. Cuando Fe 3+ La concentración en un organismo vivo se desvía de su rango adecuado, se pueden inducir algunas enfermedades o trastornos graves en los procesos metabólicos o biológicos [10, 11, 12]. Aunque se ha desarrollado una variedad de métodos de detección para detectar Fe 3+ [13,14,15], la técnica fluorescente es el método más eficaz y poderoso, debido a su simplicidad operativa, alta sensibilidad y selectividad, y bajo límite de detección [16,17,18,19,20].

En estas sondas fluorescentes basadas en moléculas, no se han resuelto algunos problemas relacionados con la seguridad, la reciclabilidad y la reutilización. Por ejemplo, como se indica en la referencia [21], las moléculas pequeñas empleadas son tóxicas. Estas deficiencias exhibidas en las sondas fluorescentes basadas en moléculas limitan completamente las sondas que entran en una aplicación práctica. Para superar el desafío de la seguridad en las sondas fluorescentes anteriores para Fe 3+ , se propone otro enfoque técnico mediante el uso de soportes inorgánicos incorporados con sondas fluorescentes moleculares pequeñas. En este nuevo enfoque, se sabe que los materiales inorgánicos como las nanopartículas magnéticas, las nanopartículas metálicas, los nanotubos y la sílice mesoporosa pueden utilizarse en el diseño de las sondas fluorescentes [22,23,24]. Entre todos estos materiales inorgánicos, la sílice magnética núcleo-capa Fe 3 O 4 @SiO 2 Las nanopartículas tienen las ventajas de su baja toxicidad, alta biocompatibilidad, simple separación mediante un campo magnético externo y una gran superficie que puede injertarse mediante sondas fluorescentes sobre otros materiales en las áreas de separación y reconocimiento de moléculas o iones [25,26,27]. Por lo tanto, este nuevo enfoque nos proporciona una forma posible de realizar la aplicación para detectar Fe 3+ , especialmente en la seguridad con baja toxicidad y alta biocompatibilidad.

En este trabajo, una especie de BHN-Fe magnético multifuncional 3 O 4 @SiO 2 sensor fluorescente de nanoestructura para Fe 3+ fue diseñado y sintetizado. Tiene una buena respuesta sensible y selectiva al Fe 3+ con una notable extinción de la fluorescencia en CH 3 CN / H 2 O (1:1, v / v ) a temperatura ambiente. Aplicando un campo magnético externo, la sonda se puede separar de la solución. Al agregar EDTA al sistema, Fe 3+ se puede eliminar del complejo con recuperación de la intensidad de la fluorescencia. Además, las imágenes de fluorescencia confocal utilizando células HeLa mostraron que la sonda podría aplicarse para detectar Fe 3+ en células vivas. Por lo tanto, el BHN-Fe 3 obtenido O 4 @SiO 2 exhibe una excelente selectividad, solubilidad en agua, reversibilidad y reciclabilidad, lo que beneficia a la detección de Fe 3+ .

Métodos / Experimental

Síntesis de Fe 3 O 4 @SiO 2 Nanopartículas

Fe 3 O 4 Las nanopartículas de magnetita se sintetizaron de acuerdo con la referencia [28]. Posteriormente se recubrieron con una fina capa de sílice mediante un método Stöber modificado [29] para obtener Fe 3 estable. O 4 @SiO 2 . Se hidrolizó ortosilicato de tetraetilo (TEOS) con nanopartículas de magnetita como semillas en una mezcla de etanol / agua. El Fe 3 resultante O 4 @SiO 2 Se utilizaron nanopartículas con un diámetro medio de 50 a 60 nm como portadores de nanopartículas de sensores fluorescentes.

Síntesis de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 Nanoestructura

N -butil-4-bis (2-hidroxietil) amino-1,8-naftalimida (BHN) se sintetiza de acuerdo con el método descrito antes [30, 31]. El primer intermedio se sintetizó mediante la reacción entre anhídrido 4-bromo-1,8-naftálico y n -butilamina. Luego, el intermedio reaccionó con dietanolamina para producir BHN. ESI-MS:m / z 357,3 (M + H + ). 1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ (ppm):0,95 (t, 3H, J =8,0 Hz); 1,41 (m, 2 H); 1,66 (m, 2 H); 2,69 (m, 2 H); 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 (dd, 1H, J =8,0 Hz); 8,84 (dd, 1H, J =8,0 Hz).

Se mezclaron BHN (356 mg, 1 mmol) y 3-isocianatopropil-trietoxisilano (IPTES, 494 mg, 2 mmol) en THF anhidro (15 ml) a temperatura ambiente. Luego, la solución se calentó a reflujo durante 48 h bajo N 2 . Después de eso, se evaporó el disolvente y el producto bruto se purificó adicionalmente mediante cromatografía en columna ultrarrápida (gel de sílice, éter de petróleo / CH 2 Cl 2 / metanol 50/50/1) para producir 255 mg (30%) de BHN-IPTES como un polvo amarillo. ESI-MS:m / z 851.5 (M + H + ). 1 RMN H:(400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) 0,60 (t, 4H, J =8,0 Hz); 0,98 (t, 3H, J =8,0 Hz); 1,21 (m, 18 H); 1,45 (m, 2 H); 1,58 (m, 4 H); 1,70 (m, 2 H); 3,13 (m, 4 H); 3,73 (t, 2H, J =5,0 Hz); 3,82 (m, 12 H); 4,16 (m, 4 H); 4,24 (m, 4 H); 4,94 (m, 2 H); 7.38 (d, 1H, J =8,0 Hz); 7,70 (t, 1H, J =8,0 Hz); 8,45 (d, 1 H, J =8,0 Hz); 8,50 (dd, 1H, J =8,0 Hz); 8.58 (dd, 1H, J =8,0 Hz).

Cien miligramos de Fe 3 seco O 4 @SiO 2 Se suspendieron nanopartículas y 300 mg (0,35 mmol) de BHN-IPTES en tolueno anhidro (15 ml). La solución se calentó a reflujo durante 12 ha 110 ° C bajo N 2 para obtener BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 . Las nanopartículas se recogieron mediante centrifugación (10.000 rpm) y se lavaron repetidamente con etanol anhidro minuciosamente. Al monitorear la fluorescencia del líquido superior, las moléculas orgánicas que no reaccionaron podrían eliminarse por completo. Luego, el BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 La nanoestructura finalmente se secó al vacío durante la noche.

Resultados y discusión

Diseño de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2

Fe 3 O 4 @SiO 2 La nanopartícula es un candidato prometedor para construir Fe 3+ seguro, reciclable y reutilizable. sensor fluorescente debido a su baja toxicidad, alta biocompatibilidad y conveniente reciclabilidad a través de un campo magnético externo. En comparación con otros fluoróforos, la 1,8-naftalimida tiene un gran desplazamiento de Stokes, una larga longitud de onda de emisión y la conveniencia de modificar con una cadena lateral diferente y un alto rendimiento cuántico. Entonces, con la introducción de la cadena lateral adecuada, se puede injertar en el Fe 3 O 4 @SiO 2 nanopartícula para obtener un Fe 3+ seguro, reciclable y reutilizable sensor fluorescente con notable respuesta de fluorescencia.

Como es bien sabido, Fe 3+ se puede coordinar fácilmente con el átomo de O y N, por lo que modificamos la 1,8-naftalimida con dietanolamina para hacer que la 1,8-naftalimida posea la capacidad de detectar Fe 3+ como se muestra en la Fig. 1a. En la dietanolamina, los restos hidroxietilo y éster-amida sirvieron como unidad receptora. Finalmente, la 1,8-naftalimida modificada se injertó en el Fe 3 O 4 @SiO 2 mediante reacción de hidrólisis-condensación entre Si (OEt) 3 e hidroxilo en la superficie de Fe 3 O 4 @SiO 2 como se muestra en la Fig. 1b.

un Síntesis de BHN. b Síntesis de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2

Estructura de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2

De la imagen TEM como se muestra en la Fig.2a, la estructura típica de núcleo / capa de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 se muestra claramente. Aunque el núcleo magnético desnudo es fácil de agregar en líquido, la capa de sílice en la superficie de las nanopartículas magnéticas evitaría la agregación y mejoraría la dispersabilidad. Las nanopartículas de óxido de hierro se han atrapado con éxito en la capa de sílice y se han dispersado bien. También se puede ver que los diámetros generales de las estructuras de núcleo / capa están en una distribución estrecha de 50 a 60 nm con un núcleo de óxido de hierro de 10 nm, que es menor que su tamaño crítico superparamagnético y adecuado para usar como nanopartícula portadora de sonda fluorescente.

un Imagen TEM de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (la barra de escala es de 50 nm.). b Patrones XRD de Fe 3 O 4 / Citrato, Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 . c Espectros FT-IR de Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 . d Curvas TG y DTA de Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2

La Figura 2b muestra los patrones de difracción de polvo XRD de Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 . Los seis picos de difracción característicos del Fe 3 desnudo O 4 se puede indexar a 220, 311, 400, 422, 511 y 440 reflexiones de la magnetita. Sin embargo, los picos de XRD atribuidos a Fe 3 O 4 tienen bajas intensidades en Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 , lo que implica que el Fe 3 O 4 Las nanopartículas están recubiertas con una capa de sílice amorfa. La cáscara de sílice puede disminuir el contenido relativo de Fe 3 O 4 núcleos y luego afectar a las intensidades máximas. Además, el amplio paquete XRD se encuentra en un ángulo de difracción bajo de 20 ° a 30 ° en Fe 3 O 4 @SiO 2 y BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 , que corresponde al SiO 2 en estado amorfo conchas que rodean el Fe 3 O 4 nanopartículas.

Estudiar la condición de modificación de BHN-IPTES en la superficie del Fe 3 O 4 @SiO 2 nanopartículas, se mide su espectro infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR). Como se muestra en la Fig. 2c, ambas curvas exhibieron la banda de vibración típica de −OH que se estira en silanol a 3400 a 3500 cm −1 y 1000 a 1200 cm −1 [32]. Indica que no todo el silanol en Fe 3 O 4 @SiO 2 Las nanopartículas se han modificado covalentemente. La banda a 1630 cm −1 representa el modo de flexión de las vibraciones −OH [33]. Las bandas centradas en 1109 ( νas ) y 800 cm −1 puede atribuirse al siloxano (-Si-O-Si-) [34]. Los picos anteriores indican la existencia de una capa de sílice. Los picos adicionales a 2965 y 2934 cm −1 se encontraron en BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 , correspondiente a la vibración -CH de los grupos alifáticos y aromáticos [32, 35]. La banda en 1697, 1590 y 1516 cm −1 de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 proviene de las vibraciones de flexión de −CH 3 de la parte BHN [36]. Estos resultados demuestran la presencia de la molécula orgánica en el material magnético BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 .

La propiedad superparamagnética de las nanopartículas magnéticas juega un papel vital para su aplicación biológica. Archivo adicional 1:La Figura S1 muestra la curva de magnetización de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 que se midió con un magnetómetro de muestra vibrante en el rango de - 15,000 a 15,000 Oe a 300 K. El resultado fue consistente con la conclusión de que el diámetro del Fe 3 magnético O 4 Las nanopartículas de menos de 30 nm suelen ser superparamagnéticas a temperatura ambiente [37]. El valor de magnetización de saturación para BHN-Fe 3 sintetizado O 4 @SiO 2 es de aproximadamente 4.02 emu / g. Más importante aún, del ciclo de histéresis de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura, se puede encontrar que exhibió propiedades superparamagnéticas, y no se observó fuerza coercitiva en el ciclo de histéresis. Este fenómeno se debió al hecho de que el núcleo de magnetita tiene un diámetro pequeño de alrededor de 10 nm. Al mismo tiempo, la capa de sílice evita la agregación del núcleo de magnetita. Entonces, el BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 La nanoestructura puede mostrar además una buena dispersabilidad.

Respuesta de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2

Para verificar la respuesta de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 para varios iones metálicos, las medidas de fluorescencia se llevaron a cabo en CH 3 CN / H 2 O 1:1 ( v / v ) solución a pH 7,36 en tampón HEPES. La concentración de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 es 0.2 g / L (correspondiente a la molécula orgánica libre fue aproximadamente 3.34 × 10 −5 M, según TGA, ver Fig.2d), y los diversos iones metálicos 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 + y Fe 3+ (todos como sus sales de percloratos) fueron 5.0 × 10 −5 M. Como se muestra en la Fig. 3a, se observó una extinción significativa de la fluorescencia al agregar Fe 3+ , pero no se detectó una disminución significativa de la intensidad fluorescente en las mismas condiciones si se agregan otros iones metálicos excepto Cu 2+ . Cu 2+ causaría una ligera extinción de la fluorescencia y una respuesta en 20 min. Sin embargo, en las mismas condiciones de detección, Fe 3+ provoca una respuesta en 2 min y se apaga obviamente en 5 min (Fig. 3c). Los espectros de absorción de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) en presencia de varias concentraciones de Fe 3+ (0 a 200 µM), como se muestra en la Fig. 3d. Cuando Fe 3+ se añadió gradualmente, la absorbancia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 a 250 y 350 nm aumenta gradualmente, lo que indica que BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura coordinada con Fe 3+ gradualmente.

un Respuestas de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con varios cationes. La longitud de onda de excitación fue de 415 nm. Los espectros se registraron cada 2 minutos después de agregar iones metálicos. b Competencia de Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 hacia los cationes. Cambio de emisión fluorescente de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) tras la adición de iones metálicos (cada ión metálico es 5 × 10 −5 M) en CH 3 CN / H 2 O 1:1 (tampón HEPES pH 7,36) a temperatura ambiente. c Respuestas de tiempo de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con Fe 3+ y Cu 2+ . d Titulaciones UV-Vis de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) con Fe 3+ . e Valoración de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) con Fe 3+ . Recuadro:las intensidades de fluorescencia a 518 nm a diversas concentraciones de Fe 3+ . f Trama de Job de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con Fe 3+

Luego, una titulación de fluorescencia con Fe (ClO 4 ) 3 en CH 3 CN / H 2 O 1:1 ( v / v) se aplicó para comprender la combinación de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 hacia Fe 3+ iones. Como se ilustra en la Fig. 3e, la emisión de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) disminuye gradualmente cuando varias concentraciones (0 a 100 μM) de Fe 3+ se agregaron en CH 3 CN / H 2 O 1:1 ( v / v ) Búfer HEPES, que indica que BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura coordinada con Fe 3+ para formar el complejo cuantitativamente. El experimento de titulación de fluorescencia sugiere que la constante de asociación log β para Fe 3+ vinculante a BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 se calcula en 8,23. Un aumento lineal de la fluorescencia del BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 Se observó una nanoestructura tras la adición de Fe 3+ entre 0 y 20 μM, y el límite de detección de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 a Fe 3+ fue encontrado por 1.25 × 10 −8 M bajo el ensayo fluorimétrico. Los resultados de la titulación de fluorescencia y del gráfico de trabajo sugirieron una relación de unión de 1:1 para Fe 3+ con BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (Figura 3f). Los resultados de los experimentos de competencia de cationes se muestran en la Fig. 3b, y se pudo encontrar que la selectividad y sensibilidad de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 a Fe 3+ no están influenciados por otros iones metálicos.

Aquí, la notable disminución de la intensidad de la fluorescencia se puede explicar de la siguiente manera:La intensidad de la fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 , que se excita a una lámpara de 415 nm, exhibe la alta fluorescencia a 518 nm debido a la 1,8-naftalimida que tiene un gran sistema conjugado. Además, el grupo donante de electrones en la estructura influye en la fluorescencia del sistema al mismo tiempo. Cuando se quela de forma estable con Fe 3+ por el átomo de O y el átomo de N en las cuatro posiciones de la 1,8-naftalimida, la transferencia de electrones o energía entre el catión metálico y el fluoróforo produce un efecto de absorción electrónica, de modo que se apaga la fluorescencia [38] (Fig. 4a).

un Presentación esquemática de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con Fe 3+ . b Reversibilidad de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 hacia Fe 3+ . Recuadro:la fotografía de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con Fe 3+ por tratamiento de EDTA (2,5 × 10 −5 M) bajo luz ultravioleta de 415 nm. c Gráfico de la fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0.2 g / L) con adición alterna de 2.5 × 10 −5 M Fe 3+ (“Apagado”) y EDTA (“encendido”). d BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) se dispersó en un imán externo en CH 3 CN / H 2 O 1:1 (tampón HEPES pH 7,36)

La extinción de la fluorescencia añadiendo Fe 3+ a la solución de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 era completamente reversible. Al agregar EDTA (2.5 × 10 −5 M) al Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 sistema, la intensidad de la fluorescencia casi se restauró al nivel original de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (Figura 4b). Además, la reutilización se evaluó agregando repetidamente Fe 3+ -EDTA entra en ciclo en el sistema, con el cambio de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 la intensidad de la fluorescencia se registra después de cada paso, y los datos correspondientes se muestran en la Fig. 4c. Está claro que el BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 exhibe una excelente capacidad de reutilización porque solo la rara pérdida en BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 sensibilidad hacia Fe 3+ se observó después de cinco Fe 3+ repetidos -Ciclos EDTA. Como resultado de su propiedad magnética, BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 tenía una responsabilidad magnética de inversión. Como se muestra en la Fig. 4d, podría separarse fácilmente de la dispersión (0,2 g / L) después de 10 min colocando un imán cerrado a la dispersión, luego redispersado por agitación suave cuando se quitó el imán. Esta capacidad de separación magnética y la propiedad de reconocimiento de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura proporciona una ruta simple y eficiente para separar Fe 3+ en lugar de a través del enfoque de filtración. Más importante es que la responsabilidad magnética de inversión de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 La nanoestructura sería un factor clave a la hora de evaluar su reciclabilidad [39]. Combinado con su propiedad magnética, se demuestra que BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 fue considerablemente aplicable en el sistema biológico como un sensor híbrido inorgánico-orgánico eficiente para Fe 3+ .

Para la aplicación biológica, es de vital importancia que el sensor sea adecuado para medir iones metálicos específicos en el rango de pH fisiológico. Como se muestra en la Fig. 5a, las intensidades de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 con / sin Fe 3+ a varios valores de pH se investigaron. La intensidad de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 disminuye ligeramente al agregar Fe 3+ en condiciones ácidas, ya que la protonación del átomo de N en las cuatro posiciones de la 1,8-naftalimida conduce a una débil capacidad de coordinación de Fe 3+ . Luego, un cambio dramático de fluorescencia para Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 El sistema se encontró cuando el pH estaba a pH neutro y en condiciones débilmente alcalinas. Aquí, BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 exhibe excelente Fe 3+ capacidades de detección cuando el pH está en el rango de 5.84 a 10.52, lo que indica que BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 es una sonda que se espera que se aplique en esos entornos complicados o sistemas biológicos.

un Intensidades de fluorescencia de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 y Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 a varios valores de pH a temperatura ambiente. CH 3 CN / H 2 O 1:1, λ ex =415 nm. b Imagen de campo brillante e imagen de fluorescencia de las células HeLa con BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 . ( c ) Imagen de campo brillante e imagen de fluorescencia de las células HeLa con BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 y Fe 3+

Para demostrar aún más la capacidad de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 para detectar Fe 3+ en sistemas vivos, llevamos a cabo un experimento en células HeLa vivas. En primer lugar, investigamos la viabilidad celular de BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 y Fe 3+ -BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 utilizando el ensayo MTT. Las células HeLa se incubaron con BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 en RPMI-1640 durante 0,5 ha 37 ° C, y luego Fe (ClO 4 ) 3 se añadió para incubación durante 0,5 h. Luego, se observaron las imágenes de fluorescencia confocal de las células HeLa, y muestra una excelente capacidad de tinción cuando la concentración del sensor y Fe (ClO 4 ) 3 es de hasta 0,2 g / L y 5 × 10 −5 M. Luego, realizamos un experimento de microscopía de fluorescencia para investigar su mayor gradación de aplicación en sistemas biológicos complejos. Como se muestra en la Fig. 5b, las células HeLa se cultivaron en una placa de 12 orificios a 37 ° C y en CO 2 al 5% atmósfera durante 24 h, luego tratada con BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 (0,2 g / L) y se incubaron durante 0,5 h, y las células mostraron una fuerte fluorescencia verde. Luego, las células se trataron con 5 × 10 −5 M Fe (ClO 4 ) 3 . Después de 0,5 h, observamos que la fluorescencia disminuyó notablemente (Fig. 5c). Por lo tanto, podemos sacar la conclusión de que BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 se puede utilizar para crear imágenes de Fe 3+ en células vivas.

Conclusión

En resumen, una nueva sonda fluorescente multifuncional BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoestructura para Fe 3+ fue diseñado y sintetizado con éxito. La sonda BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 puede responder selectivamente a Fe 3+ con extinción de la fluorescencia y separación eficiente de Fe 3+ con campo magnético externo. El sistema de monitorización de fluorescencia de tipo on-off constituido indica que la sonda podría invertirse y reutilizarse. Al mismo tiempo, la sonda se ha aplicado con éxito para detectar cuantitativamente Fe 3+ con límites de detección bajos. Además, el BHN-Fe 3 O 4 @SiO 2 La sonda de nanoestructura se utiliza con éxito para detectar Fe 3+ en células HeLa vivas, lo que muestra su gran potencial en la detección de bioimágenes.

Abreviaturas

BHN:

N -butil-4-bis (2-hidroxietil) amino-1,8-naftalimida

EDTA:

Ácido etilendiaminotetraacético

FT-IR:

Infrarrojos por transformada de Fourier

IPTES:

3-isocianatopropil-trietoxisilano

TEM:

Microscopía electrónica de transmisión

TEOS:

Ortosilicato de tetraetilo

TGA:

Análisis gravimétrico térmico

THF:

Tetrahidrofurano

XRD:

Difracción de rayos X en polvo


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