Sintesis Satu Pot Titik Karbon Polidopamin yang Mudah untuk Terapi Fototermal
Abstrak
Titik karbon (CD) adalah anggota nanomaterial karbon fluoresen yang diterapkan secara luas dalam bioimaging, terapi fototermal (PTT), dan biosensor untuk fluoresensi yang dapat disetel, properti konversi fototermal, dan biokompatibilitas yang sangat baik. Pasifasi permukaan dan doping terutama doping atom N merupakan faktor penting untuk meningkatkan intensitas fluoresen CD. Sampai saat ini, berbagai molekul kaya nitrogen telah diterapkan untuk pasif permukaan CD seperti L-Dopa, asam amino, dan polietilenimin (PEI). Di sini, kami melaporkan sintesis titik karbon pasif polidopamin (PDA) fluoresen (CD-PDA) melalui pirolisis berbantuan gelombang mikro satu pot dalam waktu 5 menit, secara dramatis menyederhanakan proses reaksi dibandingkan dengan perlakuan hidrotermal yang dilaporkan sebelumnya. DLS, FT-IR, UV-Vis, dan spektroskopi fluoresensi digunakan untuk mengkonfirmasi komponen CD-PDA dan untuk menjelaskan mekanisme merdu photoluminescence (PL). Karena doping atom N oleh PDA, hasil kuantum (QY) dari CD-PDA diukur pada 5%, yang hampir tiga kali lipat CD asli tanpa menambahkan PDA. Hasil CD-PDA adalah sekitar 1,5 kali dari CD karena peningkatan situs nukleasi untuk pembentukan titik karbon dengan gugus fenolik yang disediakan oleh PDA. Sementara itu, efisiensi konversi fototermal CD-PDA ditentukan menjadi 35% karena sifat konversi termal-cahaya NIR yang sangat baik dari PDA. Secara keseluruhan, kami menyediakan pendekatan yang sangat efisien untuk membuat CD-PDA yang didoping-N fluoresen dengan efisiensi konversi fototermal yang stabil dan biokompatibilitas yang sangat baik. Lebih penting lagi, pasivasi PDA memungkinkan CD-PDA yang disintesis dalam penelitian kami kompatibel untuk modifikasi lebih lanjut melalui adisi Michael atau reaksi basa Schiff.
Latar Belakang
Sebagai anggota material karbon berdimensi rendah, SP
2
dan SP
3
atom serta -elektron dalam titik karbon (CD) secara signifikan menambah cacat dan heteroatom dari sistem fotoaktif, sehingga memicu energi cahaya yang diserap menjadi panas atau pembebasan foton terstimulasi. CD telah diterapkan secara luas dalam bioimaging, terapi fototermal (PTT), dan biosensor untuk fluoresensi yang dapat disetel, properti konversi fototermal, dan biokompatibilitas yang sangat baik. Titik kuantum karbon magnetofluorescent (MCQDs) yang dimuat obat yang disintesis melalui pengobatan hidrotermal dan reaksi pengikatan silang yang dilaporkan sebelumnya telah mewujudkan kombinasi PTT dan terapi fotodinamik (PDT) melalui pembuatan platform terapi kanker foto-kemo yang efisien [1]. Sejauh ini, metode ekstensif telah dieksplorasi untuk meningkatkan intensitas fluoresen CD sejak penemuan pertama selama pemurnian busur nanotube karbon berdinding tunggal (SWCNTs) pada tahun 2004 [2], meskipun rute disintesis untuk mencapai tingkat oksidasi tertentu. menjadi rumit secara umum. Perawatan top-down dan bottom-up adalah dua jalur umum untuk mensintesis CD, termasuk ablasi laser [3, 4], perawatan asam oksidatif [5, 6], perawatan hidrotermal [7, 8], pirolisis berbantuan gelombang mikro [9, 10,11], oksidasi elektrokimia [12, 13], iradiasi ultrasonik [14], dan pengobatan plasma [15].
Penelitian menunjukkan bahwa doping atom N sangat penting untuk peningkatan fluoresensi CD [16,17,18]. Liu dkk. menggunakan polietilenimin (PEI) yang menyediakan atom N untuk membuat CD yang difungsikan PEI dengan pirolisis gliserol berbantuan gelombang mikro (700 W) satu langkah dan PEI bercabang; hasil kuantum (QY) dari sistem diukur hingga 15,3%, dan itu diterapkan untuk pencitraan sel dan pengiriman gen [19]. Zhou dkk. melaporkan pengembangan titik karbon yang didoping bersama fosfor dan nitrogen (CD yang didoping N-P) untuk pencitraan biologis melalui perlakuan hidrotermal nukleotida adenosin-5′-trifosfat (ATP) pada 180 °C selama 10 jam. Biasanya, ATP adalah satu-satunya sumber bahan untuk doping atom N dan P untuk meningkatkan cacat pada permukaan dalam sistem, sehingga mengarah ke augmentasi QY dari CD yang didoping N-P (dihitung pada 9,8%) [20]. Selain itu, dilaporkan bahwa senyawa fenolik dapat berfungsi sebagai benih katalitik untuk pertumbuhan titik karbon. Lee dkk. menemukan bahwa titik karbon meningkat secara dramatis dengan menambahkan sedikit asam ferulic [21].
Polidopamin (PDA) adalah sejenis polimer mirip melanin yang berasal dari polimerisasi monomer dopamin (DA), yang telah banyak digunakan untuk modifikasi permukaan berbagai bahan sejak pertama kali dipelajari sebagai agen modifikasi permukaan perekat [22]. Seperti yang kita semua tahu, sejumlah besar gugus fungsi hidroksil kaya N dan fenolik seperti katekolamin di PDA menjadikannya pasif dan katalis yang berpotensi sangat baik untuk CD.
Terinspirasi oleh hal ini, kami melaporkan jalur pirolisis berbantuan gelombang mikro satu pot yang efisien dan efisien untuk sintesis CD yang difungsikan PDA selama 5 menit. Hamburan cahaya dinamis (DLS), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FT-IR), mikroskop elektron transmisi (TEM), spektroskopi ultraviolet dan tampak (UV-Vis), dan spektroskopi fluoresensi digunakan untuk menentukan komponen titik karbon polidopamin (CD- PDA) dan photoluminescence (PL) yang dapat disetel. Viabilitas sel relatif dari sel HeLa yang diobati dengan CD-PDA dengan dan tanpa iradiasi NIR diukur dengan uji standar 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT).
Hasil dan Diskusi
Sintesis dan Karakterisasi CD-PDA
Dalam penelitian ini, kami mensintesis titik karbon yang difungsikan polidopamin (PDA) (CD-PDA) melalui pirolisis gliserin dan PDA berbantuan gelombang mikro satu pot. Titik karbon (CD) yang dibuat melalui pendekatan pirolisis berbantuan gelombang mikro yang sama tanpa menambahkan PDA ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Ilustrasi skema dari proses sintesis CD-PDA dijelaskan secara konseptual dalam Skema 1. Hasil CD-PDA hampir 1,5 kali lipat dari CD, karena peningkatan situs nukleasi untuk pembentukan titik karbon dengan gugus fenolik yang disediakan oleh PDA [21].
Ilustrasi skema dari proses sintesis CD-PDA
Profil hamburan cahaya dinamis (DLS) mengungkapkan ukuran partikel dan potensi zeta CD-PDA. Ukuran partikel hidrodinamik CD-PDA adalah 51,5 ± 19,5 nm (inset dari Gambar 1a) dan potensi zeta ditentukan menjadi 27,5 ± 0,4 mV, menunjukkan gugus bermuatan negatif pada permukaan nanodot, yang selanjutnya menunjukkan permukaan modifikasi oleh PDA. Ukuran partikel hidrodinamik CD yang terdispersi dalam air DI adalah 5,5 ± 2,5 nm (sisipan Gambar 1b). Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) mencirikan nanopartikel terdistribusi monodispersi dan ukuran seragam (Gbr. 1a, b); diameter CD-PDA adalah ~ 25 nm (Gbr. 1c) dan diameter CD (Gbr. 1d) diukur pada ~ 5 nm. Setelah modifikasi permukaan oleh PDA, pertumbuhan diameter CD-PDA sekitar 20 nm dibandingkan dengan CD.
Morfologi, spektrum FT-IR, dan spektrum UV-Vis CD-PDA dan CD. a Gambar TEM CD-PDA (bilah skala 100 nm, sisipan:distribusi ukuran ditentukan oleh DLS). b Gambar TEM CD (bilah skala 100 nm, sisipan:distribusi ukuran ditentukan oleh DLS). c Gambar yang diperbesar dari satu CD-PDA (bilah skala 50 nm). d Gambar CD tunggal yang diperbesar (bilah skala 20 nm). e Spektrum FT-IR CD-PDA, CD, dan PDA. f Spektrum UV-Vis CD-PDA, CD, dan PDA (inset:absorbansi dari 600 hingga 900 nm)
Pasifasi PDA pada titik karbon direkam dengan spektrum FT-IR. Di sini, PDA disintesis melalui polimerisasi 20 mg DA hidroklorida dalam 10 mL buffer Tris (pH 8,5, 10 mM) pada suhu kamar selama 12 jam dan kemudian disentrifugasi pada 23.294 rcf. Seperti informasi spektrum puncak karakteristik CD-PDA, CD, dan PDA yang diamati pada Gambar 1e, puncak 3400 cm
−1
dan 1600 cm
−1
menyarankan katekol –OH kelompok dan cincin aromatik PDA, yang juga ada di CD-PDA [23, 24]. Puncak baru muncul pada 1642 cm
−1
, 1588 cm
−1
, dan 1640 cm
−1
disebut C=O, N–H, dan C–N sedangkan puncaknya pada 3400 cm
−1
menunjukkan keberadaan –OH dan N–H dalam sistem, yang selanjutnya menggambarkan modifikasi permukaan PDA pada CD. N–H, C=O, dan C–N yang muncul di titik karbon selama oksidasi yang dibantu gelombang mikro menunjukkan mekanisme pasif permukaan untuk nanodot:selama oksidasi yang dibantu gelombang mikro 5 menit adalah polimerisasi dopamin dan dehidrasi sistem untuk membentuk inti nanodot, setelah itu adalah pertumbuhan titik karbon.
Spektrum serapan UV-Vis CD-PDA, CD, dan PDA dengan konsentrasi yang sama ditunjukkan pada Gambar 1f (konsentrasi inset sampel Gambar 1f, 12,5 μg/mL). Sebagai pasif permukaan sistem, PDA menunjukkan penyerapan spektrum luas dari 200 hingga 900 nm terutama di wilayah inframerah-dekat, yang penting untuk properti konversi fototermal CD-PDA yang sangat baik. Penyerapan pada 220 nm dan 280 nm mewakili transisi elektron di antara susunan yang kuat dari cincin fenil sebagai sistem terkonjugasi, yang memverifikasi modifikasi PDA. Khususnya, pengurangan penyerapan yang jelas pada 280 nm menunjukkan penghalang spasial antara interaksi -susun yang kuat dalam sistem terkonjugasi setelah pasivasi PDA [25], sedangkan spektrum serapan UV-Vis CD-PDA menunjukkan puncak karakteristik di sekitar 274 nm dan 370 nm, dan CD diukur pada 260 nm dan 330 nm. Pergeseran bathokromik dari 330 ke 370 nm diperhitungkan untuk pengenalan amidogen dari PDA, yang juga ditandai untuk khelasi gliserin dan PDA [26, 27]. Sisipannya adalah absorbansi CD-PDA, CD, dan PDA dari panjang gelombang 600 hingga 900 nm.
Fotoluminesensi CD-PDA
Seperti dilaporkan sebelumnya, modifikasi permukaan titik karbon dapat mempengaruhi proses konversi foton untuk sebagian besar, sehingga menyebabkan keragaman yang luar biasa dalam spektrum fluoresensi [28, 29]. Dalam penelitian kami, puncak emisi CD-PDA bergeser merah dari 450 menjadi 500 nm dengan panjang gelombang eksitasi berubah dari 350 menjadi 420 nm (Gbr. 2a). Oleh karena itu, kami mengamati gambar mikroskop fluoresen merah, biru, dan hijau dengan mencelupkan tetes pada slide kaca, lebih lanjut mengklarifikasi keragaman fluoresensi yang luar biasa untuk CD-PDA (inset dari Gambar. 2a). Selain itu, kami mendeteksi gambar makroskopik CD-PDA, CD, dan air DI di bawah iluminasi sinar UV (365 nm), yang mengonfirmasi bahwa intensitas fluoresen CD-PDA jauh lebih kuat daripada CD (Gbr. 2b). Gambar 2c lebih lanjut mengilustrasikan peningkatan intensitas fluoresen setelah modifikasi permukaan PDA; hasil kuantum (QY) CD-PDA hampir tiga kali lipat dari CD (kina sulfat dipilih sebagai sampel standar [19]), memverifikasi efek doping atom N dari PDA. Kami menguji stabilitas intensitas fluoresen CD-PDA; itu tidak menunjukkan perubahan yang jelas di bawah iradiasi 2100-d (365 nm), sehingga menunjukkan properti fotoluminesensi yang stabil (Gbr. 2d).
Sifat optik CD-PDA dan CD. a Spektrum fotoluminesensi CD-PDA (panjang gelombang eksitasi berkisar antara 350 hingga 420 nm dengan 10 peningkatan, inset:gambar mikroskop fluoresen CD-PDA). b Dari kiri ke kanan:CD, CD-PDA, dan DI air di bawah penyinaran sinar UV (365 nm). c Spektrum fotoluminesensi CD-PDA, CD, dan air DI. d Kurva stabilitas intensitas fluoresen CD-PDA
Untuk mempelajari lebih lanjut pengaruh PDA untuk peningkatan intensitas fluoresen CD-PDA, pertama-tama kami mengukur intensitas fluoresen terhadap durasi polimerisasi dopamin dalam buffer Tris. Gradien fotoluminesensi pada Gambar. 3a mengilustrasikan bahwa CD-PDA dengan polimerisasi dopamin dalam buffer Tris selama 2 jam menunjukkan intensitas fluoresen tertinggi, yang menunjukkan pengaruh tingkat pra-polimerisasi dopamin. Kami selanjutnya mengeksplorasi intensitas fluoresen CD-PDA dengan berbagai konsentrasi PDA asli dalam buffer Tris (3, 5, 7, dan 9 mg/mL). Karena konsentrasi DA asli bervariasi dari 3 hingga 9 mg/mL, fluoresensi CD-PDA menunjukkan kecenderungan awalnya meningkat dan kemudian menurun (Gbr. 3b).
Spektrum fotoluminesensi CD-PDA. a Intensitas fluoresen CD-PDA dengan berbagai durasi polimerisasi dopamin dalam buffer Tris. b Intensitas fluoresen CD-PDA dengan berbagai konsentrasi dopamin asli. c Intensitas fluoresen CD-PDA dengan pH berbeda sebelum pirolisis berbantuan gelombang mikro. d Intensitas fluoresen CD-PDA dengan pH berbeda setelah pirolisis berbantuan gelombang mikro
Selanjutnya, kami menyelidiki intensitas fluoresen CD-PDA dengan berbagai pH awal; intensitas fluoresen menurun saat pH buffer Tris meningkat dari 5 menjadi 11 (Gbr. 3c). Gambar 3d menunjukkan pengaruh pH setelah oksidasi yang dibantu gelombang mikro. PH sistem setelah oksidasi yang dibantu gelombang mikro dimediasi dari 5 hingga 11, dan kami membandingkan intensitas fluoresen CD-PDA; medium asam (pH 5.0) menghasilkan fluoresensi yang lebih kuat, yang juga menunjukkan fluoresensi CD-PDA yang lebih kuat dalam lingkungan mikro tumor yang bersifat asam.
Kinerja Fototermal dan Sitotoksisitas CD-PDA
Pengukuran Efek Fototermal
Untuk membatasi analisis efisiensi konversi fototermal CD-PDA dan CD, kami secara kuantitatif mengevaluasi kenaikan suhu terhadap waktu di bawah iradiasi; PDA dipilih sebagai kelompok kontrol tambahan. Penyinaran di bawah 10 mnt (808 nm, 2 W/cm
2
), kenaikan suhu CD-PDA adalah 27 °C sedangkan PDA sekitar 30 °C pada 200 μg/mL. Sementara itu, kenaikan suhu CD (200 g/mL) di bawah iradiasi selama 10 menit adalah sekitar 7,5 °C dan air DI tidak lebih dari 5 °C (Gbr. 4a). Selanjutnya, kami mengukur elevasi suhu CD-PDA pada berbagai konsentrasi sebagai fungsi waktu di bawah rapat daya 2 W/cm
2
Iradiasi laser NIR selama 10 menit. Secara keseluruhan, peningkatan suhu meningkat dengan meningkatnya konsentrasi CD-PDA, dan suhu meningkat lebih cepat saat konsentrasi CD-PDA meningkat dari 25 menjadi 200 g/mL (Gbr. 4b). Kemudian, kami menggambar kurva kenaikan suhu terhadap berbagai konsentrasi CD-PDA, di antaranya kenaikan suhu CD-PDA pada 200 μg/mL, 100 μg/mL, 50 μg/mL, dan 25 μg/mL adalah sekitar 27 °C, 18 °C, 13 °C, dan 10 °C, masing-masing (Gbr. 4d). Biasanya, untuk mempelajari pengaruh efisiensi konversi fototermal CD-PDA terhadap berbagai konsentrasi awal DA dalam buffer Tris, kami mengukur perubahan suhu CD-PDA (200 μg/mL) dengan berbagai konsentrasi asli DA di Tris penyangga (Gbr. 4c). Suhu meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi DA dari 3 menjadi 9 mg/mL. Peningkatan suhu adalah 27 °C ketika konsentrasi asli DA adalah 9 mg/mL sedangkan kenaikan suhu hanya 10 °C ketika konsentrasi awal DA adalah 3 mg/mL. Kurva pendinginan alami CD-PDA disajikan pada Gambar. 4e (200 μg/mL, 808 nm, 2 W/cm
2
, 20 menit), dan data lnθ yang lebih ramping yang dihitung dari periode pendinginan dapat dilihat pada Gambar. 4f. Efisiensi konversi fototermal CD-PDA diukur pada 35%, lebih tinggi dari nanorod Au yang dilaporkan sebelumnya (nilai literatur, 22% [30]).
Sifat konversi fototermal CD-PDA dan CD. a Kurva pemanasan fototermal air CD-PDA, CD, PDA, dan DI di bawah rapat daya 2 W/cm
2
Iradiasi laser NIR selama 10 menit. b Kurva pemanasan fototermal CD-PDA pada berbagai konsentrasi selama 10 menit. c Kurva pemanasan fototermal CD-PDA (200 μg/mL) dengan berbagai konsentrasi DA asli dalam buffer Tris. d Kenaikan suhu CD-PDA pada berbagai konsentrasi. e Kurva pendinginan CD-PDA (di bawah kepadatan daya 2 W/cm
2
penyinaran NIR dalam 10 menit pertama dan secara alami mendingin hingga suhu kamar). f Data waktu yang lebih ramping versus lnθ yang dihitung menurut kurva pendinginan CD-PDA
Kelangsungan Sel In Vitro
Sitotoksisitas CD-PDA, CD, dan PDA dianalisis dengan uji MTT standar. Untuk mengevaluasi perbedaan viabilitas sel antara CD-PDA, CD, dan PDA, sel HeLa diinkubasi dengan nanopartikel ini pada konsentrasi yang sama di setiap kelompok. Hasil MTT (Gbr. 5a) mengungkapkan bahwa viabilitas sel sel HeLa menunjukkan hubungan yang bergantung pada dosis dengan CD-PDA, CD, dan PDA. Dilaporkan bahwa permukaan modifikasi PDA yang kaya kuinon aktif dalam aktivitas proliferasi sel [31]. Perlu dicatat dalam penelitian kami bahwa CD-PDA jelas dapat meningkatkan viabilitas sel sel HeLa bahkan pada konsentrasi 50 g/mL karena modifikasi permukaan oleh PDA dan viabilitas sel tidak dihambat secara dramatis pada 100 g/mL, yang pada dasarnya memiliki kecenderungan yang sama dengan hasil PDA, sedangkan viabilitas sel HeLa yang diinkubasi dengan CD berkurang menjadi 80% dan 70% masing-masing pada 100 μg/mL dan 200 μg/mL.
Sitotoksisitas in vitro terhadap sel HeLa. a Viabilitas sel in vitro dari sel HeLa yang diinkubasi dengan CD-PDA, CD, dan PDA pada berbagai konsentrasi selama 24 jam. b Viabilitas sel in vitro dari sel HeLa yang diinkubasi dengan CD-PDA, CD, dan PDA pada berbagai konsentrasi di bawah iradiasi (808 nm, 2 W/cm
2
, 5 menit; berarti ± SD, n = 6). *p < 0,05, **p < 0.01, ***p < 0.001
Uji MTT standar dinilai lebih lanjut pada sel HeLa untuk menentukan efisiensi pembunuhan fototermal CD-PDA, CD, dan PDA, sel HeLa diinkubasi dengan nanopartikel ini pada konsentrasi yang sama di setiap kelompok. Saat disinari (808 nm, 2 W/cm
2
, 5 menit), uji MTT (Gbr. 5b) menunjukkan bahwa efikasi pembunuhan fototermal dari CD-PDA, CD, dan PDA ditingkatkan sebagai fungsi dari konsentrasinya. Secara keseluruhan, viabilitas sel dari sel HeLa yang diinkubasi dengan CD-PDA berkurang hingga 30% pada 200 g/mL, yang menunjukkan kemanjuran sistem untuk membunuh fototermal. Sementara itu, perlu diperhatikan bahwa perbedaan viabilitas sel antara CD-PDA dan PDA menurun secara progresif seiring dengan peningkatan konsentrasinya dari 25 menjadi 200 g/mL berkat peningkatan suhu yang jelas dari CD-PDA di bawah iradiasi NIR seiring dengan peningkatan konsentrasinya. (Gbr. 4b, 4d). Selain itu, viabilitas sel dari sel HeLa yang diinkubasi dengan CD di bawah iradiasi NIR adalah 68% pada 200 g/mL, yang bukan merupakan variasi yang signifikan dibandingkan dengan konsentrasi yang sama tanpa laser NIR karena penyerapan cahayanya yang lemah di daerah inframerah-dekat. (Gbr. 1e).
Kesimpulan
Dalam karya ini, kami melaporkan sintesis titik karbon pasif polidopamin (PDA) fluoresen (CD-PDA) melalui pirolisis berbantuan gelombang mikro satu pot dalam 5 menit, secara dramatis menyederhanakan proses reaksi, meningkatkan intensitas fluoresennya karena doping atom N dari PDA, dan meningkatkan hasil karena peningkatan situs nukleasi untuk pembentukan titik karbon dengan gugus fenolik yang disediakan oleh PDA. Setelah pasivasi PDA, hasil CD-PDA hampir 1,5 kali lipat dari CD; hasil kuantum CD-PDA adalah ~ 5%, tiga kali lipat dari CD asli. Efisiensi konversi fototermal sistem diukur pada 35%, lebih tinggi dari Au nanorods yang dilaporkan sebelumnya (22%). Selama uji in vitro, CD-PDA menunjukkan biokompatibilitas yang sangat baik dan kinerja PTT; bahkan dapat meningkatkan viabilitas sel sel HeLa dengan konsentrasi yang mencapai 50 μg/mL. Sementara di bawah iradiasi, viabilitas sel sel HeLa berkurang hingga 30%. Lebih penting lagi, pasivasi PDA memungkinkan sistem yang kompatibel untuk modifikasi lebih lanjut melalui penambahan Michael atau reaksi basa Schiff.
Metode/Eksperimental
Materi
Semua reagen kimia adalah kelas analitis dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut kecuali dinyatakan lain. Dopamin hidroklorida (DA) dibeli dari Sigma-Aldrich (AS); kina sulfat (98%, cocok untuk fluoresensi) diperoleh dari Fluka (AS); dan gliserin (> 99%), Tris, dimetil sulfoksida (DMSO,> 99,8%), dan membran dialisis (MWCO 1000 Da) dipasok oleh Sangon Biotech (Shanghai, Cina). 3-(4, 5-Dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), tripsin, dan larutan penisilin-streptomisin diperoleh dari Beyotime Biotechnology (Shanghai, Cina). Media Eagle modifikasi Dulbecco (DMEM) diperoleh dari Hyclone (USA). Fetal bovine serum (FBS) dibeli dari Biological Industries (Israel). Sel HeLa disediakan oleh American Type Culture Collection (ATCC).
Instrumentasi dan Karakterisasi
Komposisi dasar dikonfirmasi oleh spektroskopi inframerah transformasi Fourier yang dilakukan pada spektrometer Nicolet 380 (FT-IR, Thermo Nicollet, Instruments, Ltd., America). Spektrum UV-Vis dikarakterisasi dengan spektrofotometer inframerah-dekat UV-vis Perkin Elmer Lambda 750 (UV-vis-NIR, Perkin-Elmer, Norwalk, CT). Spektrum photoluminescence (PL) diukur dengan Infinite 200PRO Fluorometer (Tecan, Instruments, Ltd., Switzerland). Distribusi diameter dan potensi zeta dilakukan oleh Mastersizer2000 (DLS, Nano-ZS, Malvern, Instruments, Ltd., UK). Morfologi dan diameter diwakili oleh mikroskop elektron transmisi (TEM, Tecnai G, Spirit, FEI, Hong Kong). Oven microwave domestik disajikan sebagai sumber gelombang mikro (500 W) dan penyulingan reaksi (Galanz, Instruments, Ltd., China).
Persiapan CD-PDA dan CD
Pertama, 50 mg dopamin hidroklorida dilarutkan sepenuhnya dalam 10 mL buffer Tris (10 mM, pH 8,5) dan dipolimerisasi sendiri pada suhu kamar selama 2 jam di bawah pengadukan magnetik. Kemudian, CD-PDA disintesis dengan mencampurkan langsung 6 mL larutan PDA pra-polimerisasi di atas dan 20 mL gliserin (> 99%) sebelum oksidasi dengan bantuan gelombang mikro (500 W) selama 5 menit dan langkah pemurnian lanjutan. Sementara CD dibuat dengan oksidasi 20 mL gliserin berbantuan gelombang mikro (500 W) 5 menit, CD tersebut ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Setelah itu, CD-PDA dan CD dimurnikan melalui dialisis terhadap air DI selama 48 jam (MWCO 1000 Da) dan akhirnya dikumpulkan dengan sentrifugasi (23.294 rcf, 10 menit) dan liofilisasi.
Pengukuran Hasil Kuantum Fluoresen
Hasil kuantum (QY) CD-PDA diukur melalui metode kolorimetri yang dilaporkan sebelumnya [19], kina sulfat (dalam 0,1 M H2 JADI4 ) dipilih sebagai sampel standar (sastra QY 54%), dan emisi photoluminescence (PL) diukur dengan Infinite 200PRO Fluorometer. Secara keseluruhan, nilai spesifik untuk intensitas fluoresen CD-PDA dan kina mewakili QY CD-PDA (panjang gelombang eksitasi 350 nm) dengan syarat bahwa keduanya memiliki nilai kerapatan optik (OD) yang sama kurang dari 0,02 (panjang gelombang 350 nm). Intensitas fluoresen terintegrasi adalah area di bawah kurva PL dengan panjang gelombang berkisar antara 380 hingga 700 nm. Pada dasarnya, kina sulfat dilarutkan dalam 0,1 M H2 JADI4 disajikan sebagai sampel standar (nilai OD 0,02, panjang gelombang 350 nm); CD-PDA didispersikan dalam air DI, dan kami memediasi nilai OD-nya menjadi 0,02 untuk mengecualikan pengaruh penyerapan cahaya. Kemudian, kami mengukur intensitas fluoresen CD-PDA dan kina untuk menghitung luas kurva PL. CD ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Nilai absolut QY dihitung menurut rumus:
Di dalamnya, F adalah QY, Grad adalah gradien dari kurva PL, ST dan X masing-masing mewakili kelompok standar dan kelompok uji, dan R adalah indeks bias pelarut.
Pengukuran Kinerja Fototermal
CD-PDA, CD, dan PDA semuanya terdispersi dalam air DI dan konsentrasinya semuanya dimediasi pada 200 g/mL. Kemudian, kami menambahkan 1 mL larutan di atas ke dalam sel kuarsa standar, masing-masing, dan mengatur sumber dioda laser (STL 808CFS-10W, China) di atas permukaan cairan sekitar 1 cm untuk menutupi larutan sepenuhnya. Kami mengukur perubahan suhu CD-PDA dan CD setiap menit dengan kepadatan daya 2 W/cm
2
iradiasi laser NIR; air PDA dan DI ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Kemudian, kami mengakhiri iradiasi dan mencatat perubahan suhu saat CD-PDA mendingin secara alami ke suhu kamar untuk menggambar kurva pendinginan. Efisiensi konversi fototermal CD-PDA dihitung menurut rumus yang dilaporkan sebelumnya [30].
Budaya Sel
Sel HeLa dikultur dalam medium Eagle modifikasi Dulbecco (DMEM, HyClone) yang mengandung glukosa tinggi dengan 10% serum fetal bovine (FBS), penisilin (100 U/mL), dan streptomisin (100 μg/mL) pada suhu 37 °C dan 5% CO2 atmosfer yang dilembabkan. Kami mengganti media kultur sekali sehari.
Uji Viabilitas Sel
Sitotoksisitas CD-PDA diukur melalui uji MTT standar. Sel HeLa diunggulkan dalam pelat 96-sumur dengan kepadatan 2 × 10
4
sel per sumur dan dikultur selama 24 jam pada 37 °C, 5% CO2 atmosfer yang dilembabkan. Kemudian, kami membersihkan sel HeLa tiga kali dengan PBS segar, setelah itu CD-PDA terdispersi dalam DMEM dengan berbagai rasio berat (10, 25, 50, dan 100 μg/mL) ditambahkan ke masing-masing sumur. Setelah itu, diinkubasi lagi selama 24 jam pada 37°C, 5% CO2 atmosfer yang dilembabkan. Media kultur diganti dengan 200 μL DMEM yang mengandung 20 μL MTT (5 mg/mL dalam PBS) dan diinkubasi lagi selama 4 jam pada 37 °C, 5% CO2 atmosfer yang dilembabkan. Terakhir, kami benar-benar mengeluarkan media dan menambahkan 200 μL DMSO ke dalam setiap lubang, sambil dikocok selama 15 mnt lagi. Absorbansi masing-masing sumur diukur pada 490 nm. Sel HeLa yang tidak diobati (dibiakkan dalam DMEM) ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Viabilitas sel relatif dari sel HeLa dihitung menurut rumus Abssample/Abscontrol × 100%. Di dalamnya, Abssample adalah absorbansi sel HeLa yang diolah oleh CD-PDA sedangkan Abscontrol mewakili absorbansi sel HeLa yang tidak diberi perlakuan.
