Små kolprickar har, för första gången, har tillämpats på intracellulär avbildning och spårning av läkemedelsleverans som involverar olika optiska och vibrationsspektroskopiska tekniker såsom fluorescens, Raman, och hyperspektral avbildning. Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign har visat, för första gången, att fotoluminiscerande kolnanopartiklar kan uppvisa reversibel byte av sina optiska egenskaper i cancerceller.

"En av de stora fördelarna med dessa medel är deras starka inre optiska känslighet utan behov av ytterligare färgämne/fluorofor och utan fotoblekningsproblem i samband med det, " förklarade Dipanjan Pan, en biträdande professor i bioteknik och ledare för studien. "Med lite elegant nanoskala ytkemi, vi skapade en molekylär "maskeringsväg" för att stänga av fluorescensen och sedan selektivt ta bort masken som leder till att återfå ljusstyrkan.

"Att använda kolprickar för att belysa mänskliga celler är inte nytt. Faktum är att, mina laboratorier, och flera andra grupper runt om i världen, har visat att dessa små prickar representerar en unik klass av självlysande material med utmärkt biokompatibilitet, nedbrytbarhet, och relativt enkel tillgång till storskalig syntes i jämförelse med andra populära självlysande material som kvantprickar, " lade Pan till.

Och, hela processen är mycket kontrollerad och kan observeras i levande celler som de rapporterade i gruppens studie, "Makromolekylärt 'burade' kolnanopartiklar för intracellulär trafik via switchbar fotoluminescens, " visas i Journal of the American Chemical Society .

"Vi kan tillämpa denna teknik för intracellulär trafik med hjälp av omkopplingsbar fotoluminescens i däggdjursceller in vitro, varvid de anjoniska amfifila molekylerna med riklig mängd endocytiskt membran deltar i "de-caging"-processen, " sade Pan. "Kolprickarna, var och en är mindre än 50 nanometer i diameter, kommer från agavenektar och är mycket självlysande. Det kemiska utbytet in situ i nanoskala undersökte ytterligare den mekanistiska förståelsen av ursprunget till kolluminescens och indikerade att det främst är ett ytfenomen.

"Detta kan slås på och av reversibelt med en enkel motjonisk kemi i nanoskala, "Dessa resultat kan bli grunden för nya och intressanta konstruktioner för kolbaserade material för intracellulär avbildning som undersöker cellulär funktion och för att studera andra biologiska processer."

Även om ursprunget till luminescens i kolprickar fortfarande är ett ganska mysterium, Pan och hans medarbetare har tidigare visat att dessa partiklar kan användas för att samtidigt spåra bärare och kvantitativ frisättning av last med hjälp av hyperspektral avbildning ( Avancerade funktionella material 26, 2016, 8031-8041) eller vibrationsspektroskopibaserade tekniker ( Sci Rep . 2016 jul 11;6:29299.; Små . 2016 12 (42), 5845-861.; Små . 2015 sep;11(36):4691-703).