Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Bio-interakce polovodičových nanokrystalů Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK Marie Kalbáčová,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Bio-interakce polovodičových nanokrystalů Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK Marie Kalbáčová,"— Transkript prezentace:

1 Bio-interakce polovodičových nanokrystalů Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK Marie Kalbáčová, Antonín Brož Ústav dědičných metabolických poruch 1. lékařská fakulta UK

2 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Historie studia nanomatriálů v naší laboratoři 1992 – první křemíkový nanomateriál – porézní křemík (spolupráce s Teslou Rožnov, pro kterou I. Pelant a kol. vyvinuli v 80. letech speciální luminiscenční metodu charakterizace mělkých příměsí v krystalech Si) – specifické vlastnosti PSi (vysoký výtěžek lumin. při pokojové teplotě a modrý posun) byly objeveny roku 1990: L. Canham a U. Gösele + V. Lehmann 2000 – první luminiscenční spektra jednotlivých Si nanokrystalů (spolupráce s Král. technikou ve Stockholmu, skupina prof. Linnrose) 2005 – začátek studia bio-interakce PSi nanočástic s koloniemi živých buněk – Anna Fučíková ve spolupráci s Ústavem fyzikální biologie JčU a AV ČR Nové Hrady 2009 – navázání spolupráce se skupinou Dr. Kalbáčové na 1.LF UK 2012 – A. Fučíková obhájila PhD. disertaci „Bioapplications of novel nanostructured materials“, za kterou získala cenu Česká hlava Doktorandus

3 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Česká hlava - Doctorandus bio-interakce nanomateriálů = velmi náročné téma na rozhraní fyziky/chemie/biologie

4 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Commercial CdS and CdSe NCs - Evidots produced by Evident Technologies (photo: J. Valenta) Unique property of NCs = electronic, optical (chemical, mechanical,...) properties may be tuned by changing size, shape, surface states etc. (in contrast to bulk) transmission in diffuse light luminescence under UV lamp Quantum dots – nanocrystals: Tuning energy by changing size

5 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Leigh Canham - studied from discovery of efficient luminescence in porous silicon (electro-chemical etching) Silicon nanocrystals d ~5 nm Basic properties of Si NC - Indirect band-gap structure preserved down to diam. of <1 nm - Photoluminescence: very efficient even at room temperature PL spectrum = one broad band with large blue-shift compare to bulk  (can be UV, blue, green, yellow, red, NIR) - Very slow decay (stretch exponential) ~0.1 ms at RT  very low flux of photons - Relatively high quantum efficiency.

6 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK OBSAH 1. Výroba křemíkových nanokrystalů spolupráce s Fyzikálním ústavem AV ČR I. Pelant, K. Herynková, K. Kůsová a kol. 2. Studium bio-interakce nanomateriálů spolupráce s 1. LF UK M. Kalbáčová, A. Brož 3. Zobrazování a spektroskopie jednolivých nanokrystalů naše specialita

7 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK A - Electrochemical etching of Si in HF solution (anodization) additional treatment in H 2 O 2 B - PSi layer removal, pulverization, dissolution, filtering, deposition  PSi powder solvents: ethanol, iso-propanol  PSi colloidal suspension Deposition 10  l of the suspension substrate Si NCs fabricated by the electrochem. etching & colloid treatment

8 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Organic capping of PSi particles [ K. Kusova et al. ACS Nano 4 (2010) ] Long-term treatment of oxidized PSi particles in dissolved in xylene – stirring and illuminating by cw UV light (He-Cd laser 325 nm, 3 mW) NMR characterization by J. Lang et al.

9 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Polovodičové nanokrystaly v bio/medicíně fluorescenční značení (labelling, marking) – aktivace povrchu nanočástice specifickými molekulami - zobrazení lokalizace ve zkoumaném prostředí (tkáni, buňce...) - náhrada za organická barviva, která mají nízkou fotostabilitu přenášení a uvolnění aktivních látek (carrier, cargo...) - léčiva atd. lokální detekce specifických látek nebo stavu prostředí (pH atd.) - přenos excitační energie (FRET)... aktivace určitých procesů (např. světlem vyvolaná generace singletního kyslíku – fotodynamická terapie rakoviny) Potenciální výhody křemíku - biokompatibilta (nenarušuje přirozené procesy) - biodegradabilita (časem se rozloží a vyloučí z organismu) - fotoluminiscence v červené spektrální oblasti

10 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Zkoumané nanomateriály Si nanokrystaly – domácí výroba Nanodiamanty – koupené z Ruska komerční CdSe nanokryst. pro srovnání [A. Fučíková et al. to be published] zeta-potenciál náboj nanočástice ovlivňuje (mimo jiné) pronikání do buněk

11 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK SEM mikroskopie HeLa buňky kultivované s (a) SiNC, (b) ND – zde je vidět silné narušení buněčné membrány Scanning Electron Microscopy, Laboratoř elektronové mikroskopie, Biologické centrum AV ČR, Č. Budějovice [A. Fučíková et al. to be published]

12 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Vliv nanomateriálů na vývoj buněk - vitalita [A. Fučíková et al. to be published, A. Fucikova et al. Chem. Papers 63 (2009) 704] Buňky SAOS-2, Lactase-dehydrogenase test 24 hodiny48 hodin 48 h 75  g/ml control SiNC ND

13 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Konfokální fluorescenční mikroskopie – sledování pronikání nanočástic do buněk 3h Si –75μg/ml 3h NCD –75 μg/ml colour coding: green = actin, red = SiNC, blue = ND, A. Brož a M. Kalbáčová 1.LF UK

14 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK section : top center bottom Buňky SAOS-2, koncentr. nanomater. 75  g/ml SiNC, 2 h SiNC, 24 h ND, 2 h ND, 24 h

15 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Princip pronikání nanočástic do buněk [A. Fučíková et al. to be published]

16 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Far-filed m icro-imaging-spectroscopy – our approach Epifluorescence excitation

17 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Reflection image Slit opened 6 0 m  1 Sequence of measurement [J. Valenta et al., J. Luminescence 98 (2002) 15] PL image 2 Slit closed 0.3 mm PL spectra Emission spectra from two bright spots 3 Imaging spectroscopy

18 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Hyperspectral imaging Analogous set-up is used e.g. for measurement of solar spectral images – calculation of maps of magnetic field (from line splitting) and mass movement (from Doppler shift) etc. Complete hyperspectral imaging is not useful for low-density single objects may be interesting for e.g. detection of local fields by introduced impurities cross sections = monochromatic images scanning slit position

19 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Spektra jednotlivých NK v živých buňkách silná auto- fluorescence buněk v modro-zelené oblasti spektra SingleNK PL spektra mohou sondovat lokální prostředí (pH, reakce atd.)

20 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Závěr Příprava Si nanokrystalů Hlavní problémy jsou: - zlepšení produktivity výroby - separace velikostí nebo zúžení šířky distribuce velikostí Bio-interakce nanomatriálů - lepší pochopení role média a náboje nanočástic na pronikání do buněk - přesnější lokalizace nanomat. v buňce - rychlost a mechanismus biodegradace (rozkladu) Zobrazovací mikro-spektroskopie - spektrální rozměr umožní lépe rozlišit nanočástice od pozadí (autofluor.) - spektrální posuny mohou detekovat lokální změny pH a pod. - úzká distribuce vlastností je žádoucí Aplikační možnosti - fluorescenční značky a nosiče léčiv etc. - generace singletního kyslíku prostřednictvím SiNCs – fotodynamická terapie rakoviny...

21 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Acknowledgement Collaborators I. Pelant, K. Luterová, K. Dohnalová, K. Kůsová, J. Kočka.. Institute of Physics Czech Academy of Sciences, Prague F. Vácha, F. Adamec et al. Institute of Physical Biology, U. South Bohemia, Budweis J. Humpoličková, M. Hof, et al. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, CAS FUNDING : Grant Agency of the Czech R. and Czech Academy of Science, Ministry of Education: LC510 - Research centre of nanotechnology and materials for nanoelectronics Project Nanotechnology for Society: Functional hybrid nanosystems of semiconductors and metals with organic materials (FUNS) GAUK

22 MFiLF Jan Valenta, KCHFO, MFF UK Have fun with Silicon all photos: J. Valenta


Stáhnout ppt "Bio-interakce polovodičových nanokrystalů Jan Valenta, Anna Fučíková katedra chemické fyziky & optiky, MFF UK Marie Kalbáčová,"

Podobné prezentace


Reklamy Google