Ferramentas de bioimagem baseadas em microcápsulas polieletrólitas codificadas com nanopartículas semicondutoras fluorescentes:projeto e caracterização das propriedades fluorescentes

Resumo

A imagem fluorescente é uma técnica amplamente usada para detectar e monitorar os processos de distribuição, interação e transformação em nível molecular, celular e de tecido em diagnósticos modernos e outras aplicações biomédicas. Propriedades fotofísicas únicas de nanocristais semicondutores fluorescentes "pontos quânticos" (QDs) os tornam fluoróforos avançados para marcação fluorescente de biomoléculas ou codificação óptica de micropartículas a serem usadas como bioimagem e agentes teranósticos em distribuição direcionada, visualização, diagnóstico e imagem. Este artigo relata os resultados do desenvolvimento de uma abordagem melhorada para a codificação óptica de microcápsulas de polieletrólitos com QDs estáveis, cobertas com os derivados de polietilenoglicol multifuncionais solúveis em água, bem como a caracterização das propriedades ópticas, morfológicas e estruturais das microcápsulas codificadas . A incorporação de QDs na membrana da microcápsula de polímero através da deposição camada por camada em um invólucro de polieletrólito polimérico formado preliminarmente torna possível obter partículas fluorescentes brilhantes com uma carga adaptada e distribuição de tamanho que são distintamente discerníveis por citometria de fluxo como populações homogêneas individuais. As microcápsulas fluorescentes desenvolvidas podem ser usadas na concepção de bioimagem e agentes teranósticos sensíveis a vários estímulos externos, juntamente com fotoexcitação.

Introdução

O desenvolvimento de micro e nanopartículas poliméricas fluorescentes para serem usadas como transportadores para a entrega direcionada de drogas, proteínas e moléculas de ácido nucleico é de interesse especial no campo de bioimagem e design de agentes teranósticos [1,2,3]. Os pontos quânticos (QDs) são cristais coloidais semicondutores de 2 a 10 nm com o comprimento de onda do pico de fluorescência dependendo de seu tamanho físico. Um amplo espectro de absorção e um estreito espectro de fluorescência simétrico com sua posição dependendo do tamanho das nanopartículas permitem que uma única fonte de radiação seja usada para excitar a fluorescência em um conjunto de QDs com diferentes bandas de fluorescência, que podem ser usadas para detecção multiplexada. Portanto, os QDs são fluoróforos avançados muito atraentes e promissores para diagnóstico e imagem [4].

O uso de microcápsulas de polieletrólitos como transportadores de vários componentes funcionais torna possível desenvolver um sistema que responde a vários fatores físicos (ultrassom, campo magnético, laser ou radiação óptica) ou químicos (pH, força iônica do microambiente e polaridade dos solventes) estímulos [5, 6]. As microcápsulas de polieletrólito são obtidas usando deposição camada por camada de polieletrólitos poliméricos com carga oposta em uma matriz esférica. A dissolução subsequente da matriz produz uma estrutura oca cuja membrana de polímero estável consiste em um complexo de interpolímero de polieletrólitos [7,8,9]. A técnica de adsorção camada por camada de polieletrólitos permite que vários componentes funcionais, incluindo nanopartículas magnéticas, metálicas (ouro ou prata) ou fluorescentes (por exemplo, QDs) sejam incorporadas à membrana polimérica e a espessura da membrana seja controlada à medida que é formado [10, 11].

Microcápsulas marcadas com fluorescência são agentes de bioimagem promissores que podem ser usados ​​para monitorar seu transporte e entrega in vitro e in vivo [12, 13]. Nos métodos disponíveis de marcação fluorescente (codificação óptica) de microcápsulas, os polímeros são conjugados ou fisicamente misturados com marcadores fluorescentes [14, 15]. Os componentes fluorescentes que determinam as propriedades ópticas das microcápsulas também podem ser incorporados dentro delas via co-precipitação de polímeros marcados com corantes fluorescentes durante a preparação das micropartículas de matriz, por exemplo, microesferólitos de carbonato de cálcio [16]. Eles também podem ser encapsulados após a remoção da matriz; para isso, a difusão de compostos de baixo e alto peso molecular através da membrana polimérica é garantida pelo aumento da força iônica ou do pH do microambiente. No entanto, a codificação óptica de microcápsulas de polieletrólitos com nanocristais fluorescentes é mais promissora devido às suas propriedades ópticas únicas e eficácia em bioimagem [17].

Os métodos conhecidos de codificação por incorporação de QDs na membrana polimérica de microcápsulas de polieletrólito empregam QDs solubilizados em água com um ligante de baixo peso molecular, por exemplo, ácido tioglicólico ou cisteína [18, 19]. O objetivo deste estudo foi desenvolver microcápsulas de polieletrólito fluorescentes altamente estáveis ​​codificadas opticamente com CdSe / ZnS (núcleo / casca) solúveis em água, cuja superfície foi modificada adicionalmente com um derivado de tiol de polietilenoglicol (PEG) contendo um grupo terminal carboxila e estimar a fluorescência e as características de estrutura das microcápsulas fluorescentes resultantes.

Métodos

O objetivo, o desenho e o cenário do estudo

Fabricação de microcápsulas de polieletrólito codificado por QD

CdSe / ZnS (núcleo / casca) QDs com um máximo de fluorescência em 590 nm revestidos com óxido de trioctilfosfina (TOPO) foram sintetizados pelo Dr. P. Samokhvalov no Laboratório de Nano-Bioengenharia de NRNU MEPhI (Moscou, Rússia). A purificação e solubilização QD foram realizadas conforme descrito anteriormente [20, 21]. TOPO foi removido da superfície QD dissolvendo os QDs em clorofórmio e subsequentemente precipitando-os com metanol; o procedimento foi repetido três vezes. Depois disso, os QDs foram dissolvidos em clorofórmio novamente e precipitados com uma solução de cisteína em metanol a uma razão de massa de QD para cisteína de 1:0,13. O precipitado QD foi lavado de cisteína em excesso com metanol e seco em um concentrador de vácuo. Os QDs secos foram ressuspensos em água com adição de 0,1 M de hidróxido de sódio. Em seguida, a dispersão foi sonicada em banho de ultrassom e filtrada (tamanho de poro, 0,22 μm). À dispersão resultante, um derivado de tiol de PEG contendo um grupo carboxila terminal foi adicionado em uma razão de massa de 1:4,6. A mistura foi incubada durante a noite a 4 ° C e os QDs PEGuilados foram purificados usando cromatografia de filtração em gel . O conteúdo QD das amostras obtidas foi determinado espectrofotometricamente no comprimento de onda do primeiro exciton. Os QDs solubilizados foram caracterizados pelo diâmetro hidrodinâmico e potencial ζ usando espalhamento dinâmico de luz e microeletroforese laser Doppler por meio do Zetasizer Nano ZS (Malvern, UK).

A codificação de QD foi realizada usando uma técnica modificada de deposição camada por camada de polímeros de policatião e polianião com carga oposta, bem como QDs solúveis em água funcionalizados com derivados de tiol carboxilados de PEG, na superfície de micropartículas de carbonato de cálcio obtidas conforme descrito anteriormente [22]. As camadas de polieletrólito polimérico foram formadas a partir do policatião poli (cloridrato de alilamina) (PAH) e do polianião poli (4-estirenossulfonato de sódio) (PSS) ou ácido poliacrílico (PAA); os fluoróforos eram CdSe / ZnS QDs PEGuilados solúveis em água com um pico de fluorescência a um comprimento de onda de 590 nm, um potencial ζ de -26,7 ± 0,8 mV e um diâmetro hidrodinâmico de 18,7 a 23,3 nm. Durante a microcápsula codificada por QD, o processo de fabricação após a deposição de cada camada da carga da superfície da micropartícula (potencial ζ) foi controlado usando microeletroforese laser Doppler.

As micropartículas de carbonato de cálcio foram ressuspensas em água ultrapura e foram adicionados 0,5 mL de uma solução de PAH a 2 mg / mL em NaCl 0,5 M. A suspensão foi sonicada em um banho de ultrassom e incubada por 20 min enquanto era agitada em temperatura ambiente. Depois disso, o excesso de polímero foi lavado por centrifugação seguida de ressuspensão em água MilliQ. Para a aplicação da próxima camada, que consiste no polianião polimérico, as micropérolas foram ressuspensas em 0,5 mL de água ultrapura e a suspensão foi misturada com 0,5 mL de uma solução de PSS de 2 mg / mL em NaCl 0,5 M, sonicada em um banho de ultrassom por 60 s, incubado durante 20 min com agitação à temperatura ambiente e lavado do polímero em excesso como descrito acima. A lavagem das micropartículas após cada etapa de aplicação do polieletrólito foi repetida três vezes. Antes da codificação, cinco camadas de polieletrólito foram aplicadas nas micropartículas de carbonato de cálcio, a quinta camada consistindo no policatião. Depois disso, foram adicionados QDs solubilizados e a mistura foi incubada enquanto permanentemente agitada por 80 min. Em seguida, seis camadas sucessivas de polímeros de carga oposta foram aplicadas, a sexta camada consistindo em polianião PSS ou PAA. Microcápsulas de polieletrólito ocas codificadas com QDs foram obtidas dissolvendo os núcleos de carbonato de cálcio das microesferas revestidas resultantes, lavando-as com etilenodiaminotetracetato dissódico 0,2 M (EDTA) (pH 6,5). Depois disso, a superfície da microcápsula foi modificada adicionalmente com albumina de soro bovino (BSA) (Sigma-Aldrich, EUA) por dispersão das micropartículas em uma solução tampão de fosfato 50 mM (pH 7,4) contendo 1% de BSA e subsequentemente incubação a 4 ° C por 12 h no escuro. Pouco antes do uso, a suspensão de microcápsulas ocas foi lavada do excesso de BSA cinco vezes com uma solução tampão de fosfato 50 mM (pH 7,4). As microcápsulas de polieletrólito obtidas foram armazenadas a 4 ° C no escuro.

Microscopias ópticas e de fluorescência de microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD

A morfologia e a distribuição do tamanho das micropartículas foram analisadas por microscopia óptica e de fluorescência. Para estimar a distribuição do tamanho das micropartículas, fixamos 5 μL da suspensão de micropartículas em 10 μL de glicerol a 50% em uma lâmina. As amostras foram examinadas por meio de um microscópio Axio Observer 3 (Carl Zeiss, Alemanha) com lente LD A-Plan 40x / 0,55 M27 em um campo de luz. Imagens fluorescentes foram obtidas usando um iluminador de mercúrio HBO 100 (Burner Mercury) com um conjunto de filtro passa-longo XF115-2 FITC, incluindo um filtro dicróico 505DRLP, um filtro de excitação 475AF40 e um filtro de emissão 510ALP (Omega Optical, EUA), um plano EC -Neofluar 100x / 1,30 Óleo Iris M27 lente (WD =0,20 mm), uma abertura numérica ajustável de 0,7 a 1,3 e óleo de imersão Immersol 518F (Carl Zeiss, Alemanha).

As características morfológicas das microcápsulas obtidas foram estudadas em seções das microcápsulas de polieletrólito codificadas opticamente com uma superfície livre de BSA fixada em meio de incorporação de epóxi. Para tanto, a suspensão de microcápsulas foi desidratada sequencialmente com soluções aquosas de etanol 30, 50, 70 e 95% e, em seguida, tratada com etanol absoluto (Acros Organics, EUA) três vezes para garantir a desidratação completa. Cada estágio de desidratação durou 15 min. Amostras desidratadas de microcápsulas foram transferidas para uma mistura de epóxi-etanol 1:1 por 12 he, em seguida, para uma mistura de epóxi-etanol 3:1 por 3 h. Em seguida, as amostras foram transferidas para um meio de epóxi de inclusão limpo, e os blocos de epóxi foram polimerizados a 45 ° C por 12 he a 60 ° C por 72 h. Em seguida, seções de 150 nm foram cortadas desses blocos contendo microcápsulas polieletrólitas codificadas por QD fluorescentes por meio de um ultramicrótomo Leica EM UC6 (Leica Microsystems, Áustria) equipado com uma faca de diamante Ultra AFM 35 (Diatome, Suíça) de 2,0 mm de largura. As seções foram transferidas para uma lâmina e examinadas em um microscópio fluorescente Axio Vert.A1 (Carl Zeiss, Alemanha) usando um iluminador de mercúrio HBO 100 (Burner Mercury) para excitação e um conjunto de filtro fluorescente 45 HQ TexasRed ( d =25 sem deslocamento (E), um 560/40 de excitação BP, um divisor de feixe FT 585 e um 630/75 de emissão BP) (Carl Zeiss, Alemanha) para registro de fluorescência. Imagens fluorescentes foram obtidas usando uma lente Carl Zeiss EC Plan-Neofluar100x / 1.30 Oil Ph3 e óleo de imersão Immersol 518F (Carl Zeiss, Alemanha). As imagens foram analisadas e processadas nos softwares Zen (Carl Zeiss, Alemanha) e Image J 1.48 v (EUA).

Características de fluorescência das microcápsulas codificadas com QD

As características de fluorescência dos QDs originais usados ​​para codificação e as microcápsulas codificadas por QD foram analisadas usando um leitor de placa multimodal Infinite 200 PRO (TECAN, Suíça). Antes das medições, a placa com poços contendo suspensões de microcápsulas codificadas por QD e microesferas foi centrifugada usando uma centrífuga 5810 R (Eppendorf, EUA) com um rotor А-2-DWP a 2630 × g por 20 min. Os máximos de fluorescência de QDs e QDs livres incorporados na concha de polímero das microcápsulas de polieletrólito foram determinados em um comprimento de onda de excitação de 480 nm; O modo de varredura de fundo foi usado para análise das amostras.

Citometria de fluxo

Um citômetro de fluxo FACSCanto II (Becton Dickinson, EUA) equipado com um laser de argônio azul (488 nm) como fonte de excitação foi usado para analisar as amostras das micropartículas de carbonato de cálcio originais, as micropartículas com o invólucro de polieletrólito contendo QD e o Microcápsulas ocas codificadas por QD. Analisamos alíquotas de 0,5 mL de uma suspensão contendo 10 ⁶ microesferas / microcápsulas; o número de eventos coletados foi 2500. A intensidade de fluorescência foi registrada nos canais padrão de luz dispersa para frente (FSC), luz dispersa lateral (SSC) e ficoeritrina (PE, 585/42 nm). Os dados foram processados ​​no software FACSDiva (Becton Dickinson, EUA).

Materiais

Usamos derivados de tiol carboxilados de PEG contendo um espaçador de PEG de 12 monômeros (Thermo Fisher Scientific, EUA), poli (cloridrato de alilamina) (PAH) com Mw ≈ 15.000 Da (Sigma-Aldrich, Japão), poli (4-estirenossulfonato de sódio) (PSS) com Mw ≈ 70.000 Da (Sigma-Aldrich, EUA) e ácido poliacrílico (PAA) com Mw ≈ 15.000 Da (Sigma-Aldrich, EUA). Carbonato de sódio, cloreto de cálcio, sal dissódico de ácido etilenodiaminotetraacético desidratado, albumina de soro bovino (BSA), meio de incorporação de epóxi e outros reagentes foram da Sigma-Aldrich (EUA). Todas as soluções de trabalho foram preparadas com água MilliQ (18,2 mΩ cm) obtida por meio de um sistema de purificação de água Direct-Q (Millipore, França) e filtradas através de filtros com poro de 0,22 μm.

Análise estatística

Os pacotes de software MS Office Excel 2007 e Origin Pro 2015 foram usados ​​para a análise estatística dos dados. Os resultados são apresentados como médias e desvios-padrão para três experimentos independentes.

Resultados e discussão

Desenvolvimento de microcápsulas de polieletrólito codificado por QD

Usamos a técnica de deposição camada por camada para a obtenção de agentes de bioimagem na forma de micropartículas fluorescentes codificadas por QD, pois o método sugerido não exigia solventes orgânicos, permitia o uso de polímeros biocompatíveis [23, 24] e garantiu a imobilização eficiente de QDs dentro da casca do polímero [21]. A fabricação das microcápsulas de polieletrólito fluorescentes codificadas opticamente com QDs solúveis em água modificados na superfície consiste na aplicação de cinco camadas de polieletrólito com carga oposta sobre a superfície de micropartículas de carbonato de cálcio servindo como matrizes como a primeira etapa, seguido pela codificação da casca de polieletrólito com negativamente QDs carregados, revestindo a camada QD com camadas protetoras de polieletrólitos de carga oposta, dissolução da matriz central da micropartícula e, finalmente, modificação da superfície da microcápsula com BSA (Fig. 1). A carga superficial negativa das micropartículas de carbonato de cálcio garante a adsorção de PAH devido à interação eletrostática do policatião com a superfície da micropartícula. O potencial ζ positivo da superfície resultante da adsorção de PAH nas partículas permite a aplicação subsequente do polianião PSS, bem como QDs modificados com HS-PEG ₁₂ -COOH, que também tem uma carga superficial negativa devido ao grupo carboxila e, portanto, pode ser adsorvido na camada de policatião PAH. A incorporação dos QDs na membrana de polieletrólito polimérico é realizada pela aplicação de camadas de polieletrólito de cobertura adicionais (pelo menos quatro a seis delas), como mostrado na Fig. 1a, b.

O projeto e a estrutura das microcápsulas de polieletrólito codificadas com pontos quânticos (QDs): a Um diagrama esquemático da disposição das camadas na membrana da microcápsula de polímero. b Mudanças no potencial ζ da superfície das micropartículas de carbonato de cálcio durante a estratificação de eletrólitos poliméricos e codificação QD. c Uma microfotografia fluorescente das microcápsulas de polieletrólito codificadas com CdSe / ZnS QDs solubilizadas com HS-PEG ₁₂ -COOH. * Os potenciais ζ da superfície da microcápsula após a remoção do núcleo; ** um estágio adicional na fabricação de microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD com uma superfície modificada por BSA

As microcápsulas ocas contendo QDs imobilizados em sua membrana polimérica são obtidas pela dissolução das micropartículas de carbonato de cálcio com EDTA 0,2 M (pH 6,5) e formação do complexo solúvel em água de sal de cálcio do ácido etilenodiaminotetracético, cuja difusão através da membrana polimérica resulta na formação de cavidades dentro das microcápsulas. Para obter microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD com uma superfície modificada por BSA, o polianião PAA é colocado em camadas sobre a 11ª camada do policatião PAH. O PAA é usado devido ao seu valor da constante de dissociação na interação com a superfície da microcápsula. O valor de pKa do PAA (pKa ≈ 4,7) é menor e, portanto, mais ácido em comparação com PSS (pKa ≈ 7,5) [25, 26], o que resulta em um potencial ζ mais alto da superfície da microcápsula. A carga da superfície modificada por PAA facilita a adsorção passiva de BSA devido à interação eletrostática entre BSA e PAA. No entanto, a montagem entre PAA e BSA resulta na diminuição da carga de superfície negativa da microcápsula (Fig. 1b). Após a deposição de BSA na superfície da microcápsula, ocorre a blindagem da camada de PAA carregada negativamente por grupos amino eletrostaticamente positivos de BSA, portanto, o potencial ζ das microcápsulas codificadas por QD revestidas de BSA é provavelmente determinado principalmente pelo comportamento eletrostático de BSA como um revestimento externo da microcápsula [26].

Os QDs PEGuilados solúveis em água são caracterizados por uma distribuição de tamanho estreita, a ausência de agregações na dispersão e uma alta estabilidade coloidal. É provável que isso assegure a adsorção homogênea de QDs na superfície da micropérola e facilite a codificação eficaz e, portanto, a obtenção de microcápsulas fluorescentes brilhantes (Fig. 1c).

O uso de proteínas, como BSA, para modificação de superfície torna as microcápsulas de polímero mais biocompatíveis e mais resistentes à adesão umas às outras. Isso também garante a passivação temporária da superfície da microcápsula, o que é importante para o estudo subsequente das microcápsulas formadas pelos complexos de interpolímero PAH-PSS ou PAH-PAA em termos de interação in vitro com células e comportamento in vivo [27,28,29] .

As microcápsulas codificadas por QD obtidas são esféricas (Fig. 1c) e são caracterizadas por uma distribuição de tamanho estreita (Fig. 2) com um tamanho médio de 4,45 ± 0,65 μm. Este tamanho é comparável ao dos glóbulos vermelhos, sendo ainda menor do que ele [30]. Além disso, como mostrado anteriormente, a membrana polimérica das microcápsulas é uma estrutura flexível sujeita a deformação. Sendo injetadas por via intravenosa, as microcápsulas deste tamanho não podem penetrar através das barreiras sangue-tecido, o que permite o transporte e distribuição de microcápsulas codificadas opticamente no corpo a serem rastreados [31, 32]. No entanto, em localizações com uma permeabilidade aumentada da parede do vaso sanguíneo, por exemplo, em áreas de inflamação e crescimento de tumor, as microcápsulas podem penetrar no espaço extravascular, que deve garantir a imagem e o monitoramento da entrega direcionada [33,34,35 , 36].

Distribuição de tamanho das microcápsulas de polieletrólito opticamente codificadas com pontos quânticos, onde o número de microcápsulas analisadas foi de 600

As características de fluorescência e estrutura das microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD

As microcápsulas fabricadas são caracterizadas por um pico de fluorescência em um comprimento de onda de 590 nm, que corresponde ao dos QDs solúveis em água originais usados ​​para a codificação óptica das microcápsulas. Isso indica que os polieletrólitos poliméricos que constituem a membrana da microcápsula não afetam as propriedades fluorescentes, particularmente fluorescentes máximas, dos QDs nas microesferas e nas microcápsulas preparadas a partir delas (Fig. 3).

O efeito da incorporação de quantum dot (QD) na membrana polimérica das microesferas (MCBs) e microcápsulas (MCCs) em suas características de fluorescência:O espectro de fluorescência de uma solução QD contendo 2,241 mg de QDs é mostrado; isto corresponde à quantidade de QDs usados ​​para a codificação óptica dos MCBs

A Figura 4 mostra os histogramas de distribuição para a intensidade dos sinais das populações de microcápsulas codificadas por QD, bem como microcápsulas de placebo, no canal de fluorescência PE (575/25 nm) e FSC-A e SSC-A (488/10 nm) ) canais do citômetro de fluxo. Os dados indicam uma diferenciação eficaz entre o placebo e as microcápsulas codificadas opticamente no canal PE (575/25 nm) (Fig. 4a, b). A intensidade do sinal de fluorescência das microcápsulas no canal PE (575/25 nm) é ~ 10 ⁴ , que demonstra uma alta capacidade de fluorescência das microcápsulas codificadas por QD. Nos canais FSC-A e SSC-A (488/10 nm), as distribuições para as duas populações de microcápsulas se sobrepõem, o que indica tamanhos relativos semelhantes e parâmetros de granularidade do placebo e microcápsulas codificadas (Fig. 4c, d) e, portanto, , homogeneidade das populações. Aparentemente, isso se deve ao fato de as membranas das microcápsulas consistirem em um número igual de camadas de polímero, a membrana das microcápsulas codificadas contendo apenas uma camada de QDs. Assim, as microcápsulas obtidas são caracterizadas por uma distribuição de tamanho homogênea e características ótimas de fluorescência garantindo sua detecção nos canais correspondentes de um citômetro de fluxo.

Detectabilidade de microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD por citometria de fluxo: a perfil de plotagem de pontos da microcápsula em canais SSC-PE; b histograma de distribuição da microcápsula no canal PE; c perfil de plotagem de pontos da microcápsula em canais SSC-FSC; d histograma de distribuição da microcápsula no canal FSC. Microcápsulas sem QD (placebo) foram usadas como controle e são mostradas em cinza, enquanto aquelas codificadas com pontos quânticos CdSe / ZnS (emissão de fluorescência máxima em 590 nm) são mostradas em laranja. O número de eventos analisados ​​foi igual a 2500. Os gráficos de pontos e os eixos do histograma são mostrados como SSC-A, FSC-A, PE-A, onde A significa que os dados são representados pela área de sinal

As microfotografias de seções das microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD mostradas na Fig. 5 demonstram que as microcápsulas são ocas, sendo o sinal fluorescente brilhante detectado emitido pelas membranas poliméricas contendo QDs. Esses dados confirmam a eficiência do procedimento de dissolução do núcleo e demonstram um sinal de fluorescência brilhante das microcápsulas fabricadas, que pode ser detectado pelos respectivos filtros Texas Red e PE nos casos de microscopia de fluorescência e citometria de fluxo, respectivamente. As microcápsulas de polieletrólito preparadas contendo QDs em seu invólucro de polímero possuem propriedades fluorescentes mais altas em comparação com microcápsulas de polieletrólito marcadas com corantes convencionais, como isotiocianato de fluoresceína (FITC) ou aminofluoresceína [14, 37]. Caso contrário, as microcápsulas codificadas com QDs usando a abordagem camada por camada têm o brilho comparável ou mesmo inferior do que para as micropérolas codificadas com corantes orgânicos usando a técnica de intumescimento. O brilho é determinado pelo produto do coeficiente de extinção e o rendimento quântico. Os rendimentos quânticos de QDs solúveis em água em temperatura ambiente são em torno de 40%, o que é comparável ao de corantes orgânicos [22, 38, 39], enquanto as extinções de QDs são quase 100 vezes maiores do que para corantes orgânicos. Caso contrário, devido ao grande tamanho dos QDs, suas quantidades dentro do invólucro da microcápsula podem não ser comparáveis ​​às das moléculas de corantes orgânicos. Portanto, as quantidades de moléculas de corante orgânico codificantes podem ser muito superiores às dos QDs, garantindo assim um brilho comparável. Por outro lado, a codificação das microcápsulas com os QDs fornece uma vantagem comparativa importante como a ausência completa de fotobranqueamento. Além disso, os QDs de cores (tamanhos) diferentes podem ser excitados com a mesma excitação de comprimento de onda. Assim, o uso de QDs de cores diferentes para codificação de microcápsulas pode fornecer um número praticamente ilimitado de códigos ópticos resolvidos espectralmente [21].

Microfotografias de seções de microcápsulas de polieletrólitos codificadas com pontos quânticos. As setas em ( a ) indicam as áreas mostradas em ( b , c ) em uma ampliação maior

Conclusões

A técnica desenvolvida para obter microcápsulas de polieletrólito codificadas por QD garante uma codificação óptica eficaz. As microcápsulas de polímero fabricadas são caracterizadas por uma distribuição de tamanho ideal e alta intensidade de fluorescência para serem usadas para sua detecção eficiente por citômetros de fluxo comerciais e microscópios confocais. Portanto, as microcápsulas projetadas são potenciais agentes fluorescentes para bioimagem in vitro e in vivo. O desenvolvimento adicional da plataforma versátil baseada em microcápsulas teria como objetivo a proposição de novas ferramentas de bioimagem e teranósticas baseadas em micropartículas codificadas por QD fluorescentes que são responsivas a diferentes estímulos físicos ou químicos externos, juntamente com fotoexcitação.

Abreviações

BSA:

Albumina sérica bovina

EDTA:

Etilenodiaminotetracetato dissódico

PAA:

Ácido poliacrílico

PAH:

Poliaction poli (cloridrato de alilamina)

PEG:

Polietileno glicol

PSS:

Polianion poli (4-estirenossulfonato de sódio)

QD:

Ponto quântico

TOPO:

Óxido de trioctilfosfina

Cátodos autônomos de folha carbonizada impregnada com selênio para baterias de sódio-selênio de alto desempenho Influência do óxido de grafeno na permeabilidade do etanol e na condutividade iônica da membrana baseada em QPVA em células de combustível de etanol direto alcalino passivo