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Dual color pH probes made from silica and polystyrene nanoparticles and their performance in cell studies

  • Ratiometric green–red fluorescent nanosensors for fluorometrically monitoring pH in the acidic range were designed from 80 nm-sized polystyrene (PS) and silica (SiO2) nanoparticles (NPs), red emissive reference dyes, and a green emissive naphthalimide pH probe, analytically and spectroscopically characterized, and compared regarding their sensing performance in aqueous dispersion and in cellular uptake studies. Preparation of these optical probes, which are excitable by 405 nm laser or LED light sources, involved the encapsulation of the pH-inert red-fuorescent dye Nile Red (NR) in the core of self-made carboxylated PSNPs by a simple swelling procedure and the fabrication of rhodamine B (RhB)-stained SiO2-NPs from a silane derivative of pH-insensitive RhB. Subsequently, the custom-made naphthalimide pH probe, that utilizes a protonation-controlled photoinduced electron transfer process, was covalently attached to the carboxylic acid groups at the surface of both types of NPs.Ratiometric green–red fluorescent nanosensors for fluorometrically monitoring pH in the acidic range were designed from 80 nm-sized polystyrene (PS) and silica (SiO2) nanoparticles (NPs), red emissive reference dyes, and a green emissive naphthalimide pH probe, analytically and spectroscopically characterized, and compared regarding their sensing performance in aqueous dispersion and in cellular uptake studies. Preparation of these optical probes, which are excitable by 405 nm laser or LED light sources, involved the encapsulation of the pH-inert red-fuorescent dye Nile Red (NR) in the core of self-made carboxylated PSNPs by a simple swelling procedure and the fabrication of rhodamine B (RhB)-stained SiO2-NPs from a silane derivative of pH-insensitive RhB. Subsequently, the custom-made naphthalimide pH probe, that utilizes a protonation-controlled photoinduced electron transfer process, was covalently attached to the carboxylic acid groups at the surface of both types of NPs. Fluorescence microscopy studies with the molecular and nanoscale optical probes and A549 lung cancer cells confirmed the cellular uptake of all probes and their penetration into acidic cell compartments, i.e., the lysosomes, indicated by the switching ON of the green naphthalimide fluorescence. This underlines their suitability for intracellular pH sensing, with the SiO2-based nanosensor revealing the best performance regarding uptake speed and stability.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Priyanka Srivastava, Isabella Tavernaro, Lena ScholtzORCiD, C. Genger, P. Welker, Frank SchreiberORCiD, Klas MeyerORCiD, Ute Resch-GengerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Scientific Reports
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.4 Prozessanalytik
4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Nature
Verlagsort:London
Jahrgang/Band:13
Ausgabe/Heft:1
Erste Seite:1321
Letzte Seite:1336
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Cell studies; Dye; Fluorescence spectroscopy; Particle synthesis; Sensors; Silica and polystyrene nanoparticles; pH probe
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
Umwelt
Umwelt / Sensorik
Umwelt / Umwelt-Material-Interaktionen
DOI:10.1038/s41598-023-28203-0
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-569198
ISSN:2045-2322
Zugehöriger Identifikator:https://opus4.kobv.de/opus4-bam/frontdoor/index/index/docId/59150
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:30.01.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:30.01.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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