Probe Fluorescent Resumable BHN-Fe3O4@SiO2 Struktur Nano Hibrida untuk Fe3+ dan Aplikasinya dalam Bioimaging
Abstrak
Probe fluoresen multifungsi BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano untuk Fe
3+
dirancang dan dikembangkan. Ini memiliki respons selektif yang baik terhadap Fe
3+
dengan pendinginan fluoresensi dan dapat didaur ulang menggunakan medan magnet eksternal. Dengan menambahkan EDTA (2.5 × 10
−5
M) ke produk konsekuen Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 , Fe
3+
dapat dihapus dari kompleks, dan kemampuan penyelidikan fluoresensinya pulih, yang berarti bahwa probe fluoresensi tipe on-off ini dapat dibalik dan digunakan kembali. Pada saat yang sama, probe telah berhasil diterapkan untuk mendeteksi Fe
3+
. secara kuantitatif dalam mode linier dengan batas deteksi rendah 1,25 × 10
−8
M. Selanjutnya BHN-Fe3 O4 @SiO2 probe struktur nano berhasil digunakan untuk mendeteksi Fe
3+
dalam sel HeLa hidup, yang menunjukkan potensi besar dalam deteksi bioimaging.
Latar Belakang
Pengembangan metode baru untuk mendeteksi semua jenis molekul kecil dan ion telah menjadi tugas penting bagi para peneliti ilmiah. Sebagai salah satu ion logam penting yang sangat diperlukan dalam proses metabolisme, Fe
3+
memainkan peran penting dan penting dalam berbagai proses biologis seperti fungsi otak dan patologi, transkripsi gen, fungsi kekebalan tubuh, dan reproduksi mamalia [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. Penyelidikan medis menunjukkan bahwa proses metabolisme atau biologis normal untuk berfungsinya semua sel hidup hanya jika Fe
3+
konsentrasi berada dalam kisaran yang sesuai. Saat Fe
3+
konsentrasi dalam tubuh hidup menyimpang dari kisaran yang sesuai, beberapa penyakit atau gangguan serius dapat diinduksi dalam proses metabolisme atau biologis [10,11,12]. Meskipun berbagai metode deteksi telah dikembangkan untuk mendeteksi Fe
3+
[13,14,15], teknik fluoresen adalah metode yang lebih efektif dan kuat, karena kesederhanaan operasionalnya, sensitivitas dan selektivitasnya yang tinggi, dan batas deteksi yang rendah [16,17,18,19,20].
Dalam probe fluoresen berbasis molekul ini, beberapa masalah terkait dengan keamanan, daur ulang, dan penggunaan kembali belum terpecahkan. Misalnya, seperti yang ditunjukkan dalam referensi [21], molekul kecil yang digunakan bersifat racun. Kekurangan ini ditunjukkan dalam probe fluoresen berbasis molekul sepenuhnya membatasi probe masuk ke dalam aplikasi praktis. Untuk menaklukkan tantangan keamanan dalam probe fluoresen di atas untuk Fe
3+
, pendekatan teknis lain diusulkan dengan menggunakan pendukung anorganik yang digabungkan dengan probe fluoresen molekul kecil. Dalam pendekatan baru tersebut, diketahui bahwa bahan anorganik seperti nanopartikel magnetik, nanopartikel logam, nanotube, dan silika mesopori dapat digunakan dalam desain probe fluoresen [22,23,24]. Di antara semua bahan anorganik ini, cangkang inti silika magnetik Fe3 O4 @SiO2 nanopartikel memiliki keunggulan toksisitas rendah, biokompatibilitas tinggi, pemisahan sederhana melalui medan magnet eksternal, dan luas permukaan yang besar yang dapat dicangkokkan oleh probe fluoresen di atas bahan lain dalam pengenalan molekul atau ion dan area pemisahan [25,26,27]. Oleh karena itu, pendekatan baru ini memberi kami cara yang mungkin untuk mewujudkan aplikasi pendeteksian Fe
3+
, terutama dalam keamanan dengan toksisitas rendah dan biokompatibilitas tinggi.
Dalam karya ini, semacam magnet multifungsi BHN-Fe3 O4 @SiO2 sensor fluoresen struktur nano untuk Fe
3+
dirancang dan disintesis. Ini memiliki respons sensitif dan selektif yang baik terhadap Fe
3+
dengan pendinginan fluoresensi yang luar biasa dalam CH3 CN/H2 O (1:1, v /v ) pada suhu kamar. Dengan menerapkan medan magnet eksternal, probe dapat dipisahkan dari larutan. Saat menambahkan EDTA ke sistem, Fe
3+
dapat dihilangkan dari kompleks dengan pemulihan intensitas fluoresensi. Selanjutnya, pencitraan fluoresensi confocal menggunakan sel HeLa menunjukkan bahwa probe dapat diterapkan untuk mendeteksi Fe
3+
dalam sel hidup. Sehingga diperoleh BHN-Fe3 O4 @SiO2 menunjukkan selektivitas yang sangat baik, kelarutan dalam air, reversibilitas, dan daur ulang, yang bermanfaat untuk mendeteksi Fe
3+
.
Metode/Eksperimental
Sintesis Fe3 O4 @SiO2 Nanopartikel
Biaya3 O4 nanopartikel magnetit disintesis menurut referensi [28]. Mereka selanjutnya dilapisi dengan lapisan silika tipis dengan metode Stöber yang dimodifikasi [29] untuk mendapatkan Fe3 yang stabil O4 @SiO2 . Tetraethyl orthosilicate (TEOS) dihidrolisis dengan nanopartikel magnetit sebagai benih dalam campuran etanol/air. Fe yang dihasilkan3 O4 @SiO2 nanopartikel dengan diameter rata-rata 50–60 nm digunakan sebagai pembawa nanopartikel sensor fluoresen.
Sintesis BHN-Fe3 O4 @SiO2 Struktur nano
T -butil-4-bis(2-hidroksietil) amino-1,8-naftalimida (BHN) disintesis menurut metode yang dilaporkan sebelumnya [30, 31]. Zat antara pertama disintesis melalui reaksi antara 4-bromo-1,8-naftaalat anhidrida dan n -butilamin. Kemudian, zat antara direaksikan dengan dietanolamina untuk menghasilkan BHN. ESI-MS:m/z 357.3 (M + H
+
).
1
H NMR (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 (h, 1H, J = 8.0 Hz); 7.58 (t, 1H, J = 8.0 Hz); 8.38(h, 1 H, J = 8.0 Hz); 8.41 (dd, 1H, J = 8.0 Hz); 8.84 (dd, 1H, J = 8.0 Hz).
BHN (356 mg, 1 mmol) dan 3-isocyanatopropyl-triethoxysilane (IPTES, 494 mg, 2 mmol) dicampur dalam THF anhidrat (15 mL) pada suhu kamar. Kemudian larutan direfluks selama 48 jam di bawah N2 . Setelah itu, pelarut diuapkan, dan produk kasar selanjutnya dimurnikan dengan kromatografi kolom flash (silika gel, petroleum eter/CH2 Kl2 /methanol 50/50/1) untuk menghasilkan 255 mg (30%) BHN-IPTES sebagai bubuk kuning. ESI-MS:m/z 851.5(M + H
+
).
1
H NMR:(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 (h, 1H, J = 8.0 Hz); 7.70 (t, 1H, J = 8.0 Hz); 8,45 (d, 1H, J = 8.0 Hz); 8,50 (dd, 1H, J = 8.0 Hz); 8.58 (dd, 1H, J = 8.0 Hz).
Seratus miligram Fe kering3 O4 @SiO2 nanopartikel dan 300 mg (0,35 mmol) BHN-IPTES disuspensikan dalam toluena anhidrat (15 mL). Larutan direfluks selama 12 jam pada 110 °C di bawah N2 untuk mendapatkan BHN-Fe3 O4 @SiO2 . Nanopartikel dikumpulkan dengan sentrifugasi (10.000 rpm) dan berulang kali dicuci dengan etanol anhidrat secara menyeluruh. Dengan memantau fluoresensi cairan bagian atas, molekul organik yang tidak bereaksi dapat dihilangkan sepenuhnya. Kemudian, BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano akhirnya dikeringkan di bawah vakum semalaman.
Hasil dan Diskusi
Desain BHN-Fe3 O4 @SiO2
Biaya3 O4 @SiO2 nanopartikel adalah kandidat yang menjanjikan untuk membangun Fe yang aman, dapat didaur ulang, dan dapat digunakan kembali
3+
sensor fluoresen karena toksisitasnya yang rendah, biokompatibilitas yang tinggi, dan kemudahan daur ulang melalui medan magnet eksternal. Dibandingkan dengan fluorofor lainnya, 1,8-naftalimida memiliki pergeseran Stokes yang besar, panjang gelombang emisi yang panjang, dan kemudahan untuk dimodifikasi dengan rantai samping yang berbeda dan hasil kuantum yang tinggi. Jadi, dengan pengenalan rantai samping yang tepat, dapat dicangkokkan pada Fe3 O4 @SiO2 nanopartikel untuk mendapatkan Fe yang aman, dapat didaur ulang, dan dapat digunakan kembali
3+
sensor fluoresen dengan respons fluoresensi yang luar biasa.
Seperti diketahui, Fe
3+
dapat dengan mudah dikoordinasikan dengan atom O dan N, maka kami memodifikasi 1,8-naftalimida dengan dietanolamina agar 1,8-naftalimida memiliki kemampuan untuk mendeteksi Fe
3+
seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1a. Dalam dietanolamin, bagian hidroksietil dan ester-amida disajikan sebagai unit reseptor. Akhirnya, 1,8-naftalimida yang dimodifikasi dicangkokkan pada Fe3 O4 @SiO2 melalui reaksi hidrolisis-kondensasi antara Si (OEt)3 dan hidroksil pada permukaan Fe3 O4 @SiO2 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1b.
a Sintesis BHN. b Sintesis BHN-Fe3 O4 @SiO2
Struktur BHN-Fe3 O4 @SiO2
Dari gambar TEM seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2a, struktur inti/kulit khas BHN-Fe3 O4 @SiO2 ditampilkan dengan jelas. Meskipun inti magnetik telanjang mudah diagregasi dalam cairan, cangkang silika pada permukaan nanopartikel magnetik akan mencegah agregasi dan meningkatkan dispersibilitas. Nanopartikel oksida besi telah berhasil terperangkap dalam cangkang silika dan terdispersi dengan baik. Juga dapat dilihat bahwa diameter keseluruhan struktur inti/kulit berada dalam distribusi sempit 50 hingga 60 nm dengan inti oksida besi 10 nm, yang lebih rendah dari ukuran kritis superparamagnetiknya dan cocok untuk digunakan sebagai nanopartikel pembawa probe fluoresen.
a Gambar TEM dari BHN-Fe3 O4 @SiO2 (bilah skala adalah 50 nm.). b Pola XRD Fe3 O4 /Citrate, Fe3 O4 @SiO2 , dan BHN-Fe3 O4 @SiO2 . c Spektrum FT-IR Fe3 O4 @SiO2 dan BHN-Fe3 O4 @SiO2 . d Kurva TG dan DTA Fe3 O4 @SiO2 dan BHN-Fe3 O4 @SiO2
Gambar 2b menunjukkan pola difraksi serbuk XRD Fe3 O4 , Fe3 O4 @SiO2 , dan BHN-Fe3 O4 @SiO2 . Enam puncak karakteristik difraksi Fe3 O4 dapat diindeks ke 220, 311, 400, 422, 511, dan 440 refleksi magnetit. Namun, puncak XRD dikaitkan dengan Fe3 O4 memiliki intensitas rendah di Fe3 O4 @SiO2 dan BHN-Fe3 O4 @SiO2 , yang menyiratkan bahwa Fe3 O4 nanopartikel dilapisi dengan cangkang silika amorf. Cangkang silika dapat menurunkan kandungan relatif Fe3 O4 inti dan kemudian mempengaruhi intensitas puncak. Juga, paket XRD yang luas ditemukan pada sudut difraksi rendah 20° hingga 30° di Fe3 O4 @SiO2 dan BHN-Fe3 O4 @SiO2 , yang sesuai dengan keadaan amorf SiO2 cangkang yang mengelilingi Fe3 O4 nanopartikel.
Mempelajari kondisi modifikasi BHN-IPTES pada permukaan Fe3 O4 @SiO2 nanopartikel, spektrum Fourier transform infrared (FT-IR) diukur. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, kedua kurva menunjukkan pita getaran khas OH yang meregang pada silanol pada 3400 hingga 3500 cm
−1
dan 1000 hingga 1200 cm
−1
[32]. Hal ini menunjukkan bahwa tidak semua silanol pada Fe3 O4 @SiO2 nanopartikel telah dimodifikasi secara kovalen. Pita pada 1630 cm
−1
mewakili modus lentur getaran OH [33]. Band berpusat di 1109 (νas ) dan 800 cm
−1
dapat dikaitkan dengan siloksan (-Si-O-Si-) [34]. Puncak-puncak di atas menunjukkan adanya cangkang silika. Puncak tambahan pada 2965 dan 2934 cm
−1
ditemukan di BHN-Fe3 O4 @SiO2 , sesuai dengan vibrasi CH dari gugus alifatik dan aromatik [32, 35]. Pita pada 1697, 1590, dan 1516 cm
−1
dari BHN-Fe3 O4 @SiO2 berasal dari getaran lentur CH3 dari bagian BHN [36]. Hasil ini menunjukkan adanya molekul organik pada material magnetik BHN-Fe3 O4 @SiO2 .
Sifat superparamagnetik dari nanopartikel magnetik memainkan peran penting untuk aplikasi biologisnya. File tambahan 1:Gambar S1 menunjukkan kurva magnetisasi BHN-Fe3 O4 @SiO2 yang diukur dengan magnetometer sampel bergetar dalam kisaran 15.000 hingga 15.000 Oe pada 300 K. Hasilnya konsisten dengan kesimpulan bahwa diameter magnet Fe3 O4 nanopartikel kurang dari 30 nm biasanya superparamagnetik pada suhu kamar [37]. Nilai magnetisasi saturasi untuk sintesis BHN-Fe3 O4 @SiO2 adalah sekitar 4,02 emu/g. Lebih penting lagi, dari loop histeresis BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano, dapat ditemukan bahwa itu menunjukkan sifat superparamagnetik, dan tidak ada gaya koersif yang diamati dalam loop histeresis. Fenomena ini disebabkan oleh fakta bahwa inti magnetit memiliki diameter kecil sekitar 10 nm. Pada saat yang sama, cangkang silika mencegah agregasi inti magnetit. Jadi, BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano selanjutnya dapat menunjukkan dispersibilitas yang baik.
Respons Fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2
Untuk memverifikasi respons fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 untuk berbagai ion logam, pengukuran fluoresensi dilakukan dalam CH3 CN/H2 O 1:1 (v /v ) larutan pada pH 7,36 dalam buffer HEPES. Konsentrasi BHN-Fe3 O4 @SiO2 adalah 0,2 g/L (sesuai dengan molekul organik bebas sekitar 3,34 × 10
−5
M, menurut TGA, lihat Gbr. 2d), dan berbagai ion logam Ag
+
, Al
3+
, Ca
2+
, Cd
2+
, Co
2+
, Cr
3+
, Cu
2+
, Hg
2+
, K
+
, Li
+
, Mg
2+
, Jn
2+
, Na
+
, Pb
2+
, Zn
2+
, dan Fe
3+
(semuanya sebagai garam perkloratnya) adalah 5,0 × 10
−5
M. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, pendinginan fluoresensi yang signifikan diamati saat menambahkan Fe
3+
, tetapi tidak ada penurunan intensitas fluoresen yang signifikan dalam kondisi yang sama jika menambahkan ion logam lain kecuali Cu
2+
. Cu
2+
akan menyebabkan sedikit pendinginan dan respons fluoresensi dalam 20 menit. Namun, pada kondisi pendeteksian yang sama, Fe
3+
menyebabkan respons dalam 2 menit dan padam dengan jelas dalam 5 menit (Gbr. 3c). Spektrum serapan BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) dengan adanya berbagai konsentrasi Fe
3+
(0 hingga 200 μM) diselidiki, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3d. Saat Fe
3+
ditambahkan secara bertahap, absorbansi BHN-Fe3 O4 @SiO2 pada 250 dan 350 nm meningkat secara bertahap, yang menunjukkan bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano terkoordinasi dengan Fe
3+
bertahap.
a Respon fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan berbagai kation. Panjang gelombang eksitasi adalah 415 nm. Spektrum direkam setiap 2 menit setelah penambahan ion logam. b Kompetisi Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 menuju kation. Perubahan emisi fluoresen BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) setelah penambahan ion logam (setiap ion logam adalah 5 × 10
−5
M) di CH3 CN/H2 O 1:1 (buffer HEPES pH 7,36) pada suhu kamar. c Waktu tanggapan BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan Fe
3+
dan Cu
2+
. d Titrasi UV-Vis BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) dengan Fe
3+
. e Titrasi fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) dengan Fe
3+
. Inset:intensitas fluoresensi pada 518 nm pada berbagai konsentrasi Fe
3+
. f Plot pekerjaan BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan Fe
3+
Kemudian dilakukan titrasi fluoresensi dengan Fe(ClO4 )3 di CH3 CN/H2 O 1:1 (v /v) diterapkan untuk memahami kombinasi BHN-Fe3 O4 @SiO2 menuju Fe
3+
ion. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3e, emisi fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) menurun secara bertahap ketika berbagai konsentrasi (0 hingga 100 μM) Fe
3+
ditambahkan di CH3 CN/H2 O 1:1 (v /v ) buffer HEPES, yang menunjukkan bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano terkoordinasi dengan Fe
3+
untuk membentuk kompleks secara kuantitatif. Percobaan titrasi fluoresensi menunjukkan bahwa log konstan asosiasiβ untuk Fe
3+
mengikat BHN-Fe3 O4 @SiO2 dihitung menjadi 8,23. Peningkatan fluoresensi linier dari BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano diamati pada penambahan Fe
3+
antara 0 dan 20 μM, dan batas deteksi BHN-Fe3 O4 @SiO2 ke Fe
3+
ditemukan oleh 1,25 × 10
−8
M di bawah uji fluorimetri. Titrasi fluoresensi dan hasil Job plot menyarankan rasio pengikatan 1:1 untuk Fe
3+
dengan BHN-Fe3 O4 @SiO2 (Gbr. 3f). Hasil eksperimen kompetitif kation ditunjukkan pada Gambar 3b, dan dapat diketahui bahwa selektivitas dan sensitivitas BHN-Fe3 O4 @SiO2 ke Fe
3+
tidak dipengaruhi oleh ion logam lain.
Di sini, penurunan intensitas fluoresensi yang luar biasa dapat dijelaskan sebagai berikut:Intensitas fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 , yang tereksitasi pada lampu 415 nm, menunjukkan fluoresensi tinggi pada 518 nm karena 1,8-naftalimida yang memiliki sistem terkonjugasi besar. Selain itu, gugus pendonor elektron dalam struktur mempengaruhi fluoresensi sistem pada saat yang bersamaan. Saat dikhelat secara stabil dengan Fe
3+
oleh atom O dan atom N pada posisi empat 1,8-naftalimida, transfer elektron atau energi antara kation logam dan fluorofor menghasilkan efek penyerapan elektronik, sehingga membuat pendinginan fluoresensi [38] (Gbr. 4a).
a Tampilan skema BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan Fe
3+
. b Reversibilitas BHN-Fe3 O4 @SiO2 menuju Fe
3+
. Sisipan:foto BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan Fe
3+
dengan pengobatan EDTA (2,5 × 10
−5
M) di bawah sinar UV 415 nm. c Plot fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) dengan penambahan alternatif 2,5 × 10
−5
M Fe
3+
(“mati”) dan EDTA (“aktif”). d BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) didispersikan ke magnet eksternal di CH3 CN/H2 O 1:1 (buffer HEPES pH 7,36)
Pendinginan fluoresensi dengan menambahkan Fe
3+
ke solusi BHN-Fe3 O4 @SiO2 sepenuhnya reversibel. Saat menambahkan EDTA (2.5 × 10
−5
M) ke Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 sistem, intensitas fluoresensi hampir dikembalikan ke tingkat asli BHN-Fe3 O4 @SiO2 (Gbr. 4b). Selanjutnya, dapat digunakan kembali dievaluasi dengan berulang kali menambahkan Fe
3+
-EDTA masuk ke sistem, dengan perubahan BHN-Fe3 O4 @SiO2 intensitas fluoresensi dicatat setelah setiap langkah, dan data yang sesuai ditunjukkan pada Gambar. 4c. Jelas bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 menunjukkan reusability yang sangat baik karena hanya kehilangan langka di BHN-Fe3 O4 @SiO2 kepekaan terhadap Fe
3+
diamati setelah lima kali Fe
3+
-EDTA siklus. Sebagai hasil dari sifat magnetiknya, BHN-Fe3 O4 @SiO2 memiliki tanggung jawab magnetis pembalikan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4d, dapat dengan mudah dipisahkan dari dispersi (0,2 g/L) setelah 10 menit dengan menempatkan magnet di dekat dispersi, kemudian didispersikan kembali dengan pengadukan ringan saat magnet dilepas. Kemampuan pemisahan magnetik ini dan sifat pengenalan BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano menyediakan rute yang sederhana dan efisien untuk memisahkan Fe
3+
bukan melalui pendekatan filtrasi. Lebih penting adalah bahwa tanggung jawab magnet pembalikan BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano akan menjadi faktor kunci ketika mengevaluasi daur ulang mereka [39]. Dikombinasikan dengan sifat magnetiknya, ditunjukkan bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 sangat dapat diterapkan dalam sistem biologis sebagai sensor hibrida anorganik-organik yang efisien untuk Fe
3+
.
Untuk aplikasi biologis, sangat penting bahwa sensor harus sesuai untuk mengukur ion logam tertentu dalam kisaran pH fisiologis. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, intensitas fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 dengan/tanpa Fe
3+
pada berbagai nilai pH diselidiki. Intensitas fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 sedikit berkurang saat menambahkan Fe
3+
dalam kondisi asam, karena protonasi atom N pada posisi empat 1,8-naftalimida menyebabkan lemahnya kemampuan koordinasi Fe
3+
. Kemudian, perubahan fluoresensi yang dramatis untuk Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 sistem ditemukan ketika pH berada pada pH netral dan di bawah kondisi basa lemah. Di sini, BHN-Fe3 O4 @SiO2 menunjukkan Fe
3+
excellent yang luar biasa kemampuan penginderaan saat pH berada pada kisaran 5,84 sampai 10,52, yang menunjukkan bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 adalah penyelidikan yang diharapkan untuk diterapkan di lingkungan atau sistem biologis yang rumit itu.
a Intensitas fluoresensi BHN-Fe3 O4 @SiO2 dan Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 pada berbagai nilai pH pada suhu kamar. CH3 CN/H2 O 1:1, λmantan = 415 nm. b Gambar bidang terang dan gambar fluoresensi sel HeLa dengan BHN-Fe3 O4 @SiO2 . (c ) Citra bidang terang dan citra fluoresensi sel HeLa dengan BHN-Fe3 O4 @SiO2 dan Fe
3+
Untuk lebih mendemonstrasikan kemampuan BHN-Fe3 O4 @SiO2 untuk mendeteksi Fe
3+
dalam sistem kehidupan, kami melakukan percobaan dalam sel HeLa hidup. Pertama-tama, kami menyelidiki viabilitas sel BHN-Fe3 O4 @SiO2 dan Fe
3+
-BHN-Fe3 O4 @SiO2 menggunakan uji MTT. Sel HeLa diinkubasi dengan BHN-Fe3 O4 @SiO2 dalam RPMI-1640 selama 0,5 jam pada 37 °C, lalu Fe(ClO4 )3 ditambahkan untuk inkubasi selama 0,5 jam. Kemudian, gambar fluoresensi confocal dari sel HeLa diamati, dan itu menunjukkan kapasitas pewarnaan yang sangat baik ketika konsentrasi sensor dan Fe(ClO4 )3 hingga 0,2 g/L dan 5 × 10
−5
M. Kemudian, kami melakukan percobaan mikroskop fluoresensi untuk menyelidiki gradasi aplikasi yang lebih tinggi dalam sistem biologis yang kompleks. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5b, sel HeLa ditumbuhkan pada 12 pelat orifice pada 37 °C dan dalam 5% CO2 atmosfer selama 24 jam, kemudian diberi BHN-Fe3 O4 @SiO2 (0,2 g/L) dan diinkubasi selama 0,5 jam, dan sel menunjukkan fluoresensi hijau yang kuat. Kemudian, sel diperlakukan dengan 5 × 10
−5
M Fe(ClO4 )3 . Setelah 0,5 jam, kami mengamati fluoresen sangat menurun (Gbr. 5c). Dengan demikian, kita dapat menarik kesimpulan bahwa BHN-Fe3 O4 @SiO2 dapat digunakan untuk mencitrakan Fe
3+
dalam sel hidup.
Kesimpulan
Singkatnya, probe fluoresen multifungsi baru BHN-Fe3 O4 @SiO2 struktur nano untuk Fe
3+
berhasil dirancang dan disintesis. Probe BHN-Fe3 O4 @SiO2 dapat secara selektif menanggapi Fe
3+
dengan pendinginan fluoresensi dan pemisahan Fe
3+
. yang efisien dengan medan magnet luar. Sistem pemantauan fluoresensi tipe on-off yang terbentuk menunjukkan bahwa probe dapat dibalik dan digunakan kembali. Pada saat yang sama, probe telah berhasil diterapkan untuk mendeteksi secara kuantitatif Fe
3+
dengan batas deteksi rendah. Selanjutnya, BHN-Fe3 O4 @SiO2 probe struktur nano berhasil digunakan untuk mendeteksi Fe
3+
dalam sel HeLa hidup, yang menunjukkan potensi besar dalam deteksi bioimaging.
Singkatan
BHN:
T -butil-4-bis(2-hidroksietil) amino-1,8-naftalimida
