Development of near infrared emitting Ag2X (X: S and Te) quantum dots and hybrid nanoparticles
Yakın kızılötesi bölgesinde ışıyan Ag2X (X: S and Te) kuantum noktacıklarını ve hibrit nanoparçacıklar
- Tez No: 367678
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAVVA F. YAĞCI ACAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Biyoteknoloji, Kimya, Science and Technology, Biotechnology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 211
Özet
Yakın Kızılötesi Bölgesinde Işıyan Kuantum Noktacıkları (YKBIKN) biyoteknoloji ve enerji uygulamaları için son zamanlarda büyük önem kazanmıştır . Gümüş kalkogenitler, özellikle Ag2S, düşük bant aralık enerjileri ile her iki uygulama için büyük bir potansiyele sahiptir. Bununla birlikte, Genellikle organik çözücülerde sentezlenen ve doğası hidrofobik olan Ag2S YKBIKN, biyo - uygulamalar için uygun değildir. Litaratürde suda sentezlenmiş birkaç çalışma vardır ama bu yöntemler oldukça karmaşıktır. Bunun yanında, Ag2S YKBIKN nın bugüne kadar rapor edilen kuantum ışıma verimleri % 3 altındadır. Ag2S YKBIKN sulu sentetik yoldan tek aşamada tiyol bağlı kaplamalar kullanılarak sentezlenmiştir. Yakın Kızılötesi I. Bölgede (YKB-I) ışıyan, kolloidal açıdan kararlı ve son derece ışıma verimi yüksek olan Ag2S KN ları 2-merkaptopropionik asit kaplaması ile hazırlanmıştır. Parçacıklar yakın bant-kenar emisyonu göstermiştir. Bu Ag2S-2MPA YKBIKN 780-950 nm aralığında dalgaboyu ayarlanabilir emisyon maximumuna sahiptirler. Bunlar, YK boyası olan LDS 798 e göre ışıma verimleri % 7-39 arasında değişen, literatürdeki en yüksek FotoLüminesans Kuantum Verimlerine (FLKV) sahiptirler. Bu sistemdeki en önemli gelişme ihtiyacı, tüm pratik amaçlar için YKB-I daha geniş aralalıkta ayarlanabilir emisyona ve yüksek FLKV ne sahip parçacıklar hazırlamaktır. Ag2S YKBIKN ikinci seti, suda Mezo- 2,3- dimerkapto süksinik asit ( DMSA) ayrışması ile sentezlenmiştir. Su içinde DMSA 'nın yavaş ayrışması, FLKV yaklaşık %7 civarında olan parçacıkların emisyonunun 730-920 nm dalgaboyu aralığında daha iyi ayarlanmasını sağlamıştır. Bu FLKV değerleri Ag2S–2MPA YKBIKN için elde edilen değerler kadar yüksek değildir fakat avantajı, bu aralıkta ışıyan parçacıkların FLKV optik prob olarak kullanılmaları için yeterince yüksektir. Potansiyel optik ajanlar olarak 2-MPA ve DMSA kaplı Ag2S - YKBIKN in vitro sitotoksisitelari tespit edilmiştir. Her ikisi de , MCF - 7 ve HeLa kanser hücresi hatlarında ve hatta daha hassas olan NIH / 3T3 hücrelerinde (0.84 mg / ml seviyesinde oldukça yüksek doz) hemen hemen hiç bir toksisite göstermemiştir. Buna ek olarak, YKBIKN nın hücre ve kan bileşenleri ile etkileşimi bu taneciklerin kan ile çok uyumlu olduğunu göstermiştir. Bu parçacıkların, bu hücre hatlarında internalizasyonu ve endozomal bölmelere dağılımı görülmüştür. Bu sonuçlar, Ag2S YKBIKN nın YKB ışımaları, yüksek kuantum verimine sahip olmaları ve mükemmel sito ve hemo uyumlu olmaları, tıbbi alanda ve biyoteknolojik uygulamalar için oldukça ümit verici KN olduklarını göstermektedir. Bu çalışmada geliştirilen bir diğer yeni malzeme , optik ve süperparamanyetik özelliklere sahip olan hibrit nanoparçacıklardır. Burada, biyo-uyumlu ve MR aktif SüperParamanyetik Demir Oksit Nanopartiküllerinin ( SPDONs ) ve biyo-uyumlu YKB lüminesan Ag2S-2MPA kuantum noktacıklarından oluşan hibrit nanotanecikler basit fazlı ligand değiştirme yöntemiyle hazırlandı. Bir dizi, kolloidal olarak kararlı, YKB-I ışıyan ve manyetik tepkiye sahip hibrit nanoparçacıklar hazırlanmıştır. Hibritlerin manyetik bileşeni, in vitro hücre alımı ve sitotoksisite deneyleri ile kanıtlandığı gibi hücresel etkileşim ve alım, bu parçacıkların manyetik hedeflenmesi ile artmıştır. Bu hibritler HeLa kanser hücrelerinin konfokal lazer mikroskopisi ile etkili bir şekilde görüntülenmesinde kullanılmıştır. Bu parçacıkların sito-uyumlu olmaları, yüksek lüminesan özelliklerine ve manyetik tepkiye sahip olmaları, in vivo uygulamaları için büyük bir potansiyelleri olduğunu göstermektedir. Son olarak ,YKB ışıyan çok daha geniş bir aralıkta emisyonu ayarlanabilir gümüş kalkojenit KN geliştirmek için, alaşımlı Ag2S ve daha düşük band aralığına sahip Ag2Te denendi. 2-MPA kaplı Ag2Te ve Ag2TexS1-x YKBIKN nın suda sentezinde, Te/S, kaplama/Ag, farklı kalkojen kaynaklarının ve kalkojen ekleme sırasının parçacık özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Ag2Te-2MPA ve Ag2TexS1-x-2MPA YKBIKN YKB-I 900-1100 nm arasında iki-modlu (iki pike sahip) ışıma yapmaktadırlar (ilk pik 920-950 nm ve ikinci pik 1000-1050 nm arasında ayarlanabilmektedir). Böyle iki modlu emisyon profillerinin kökeni araştırılmış ve tartışılmıştır ve başka çalışmalarda önerilmiştir. Bu kuantum noktacıkları aynı zamanda in vitro hücre çalışmalarında toksik olmadığı görülmüş ve HeLa hücrelerinde sitoplazmaya alınımları ve dağılımları, optik etiket olarak büyük bir potansiyele sahip olduklarını gösterdi. Genel olarak, 700-900 nm biyolojik penceresinde, literatürdeki en yüksek kuantum verimiyle ışıyan farklı gümüş kalkojenit kuantum noktacıkları ve bunların SPDONs ile hibritleri geliştirilmiş ve in vitro çalışmalarda , toksik olmadıkları ve kan ile uyumlu, optik problar oldukları gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Near Infrared Emitting Quantum dots (NIRQDs) has gained great interest recently for biotechnology and energy applications. Silver chalcogenides, especially Ag2S, with low band gap energies offer a great potential for both applications. However, Ag2S NIRQDs are usually synthesized in organic solvents and are hydrophobic in nature which is not suitable for bio-applications. There are few studies in the literature towards their synthesis in water but these are quite complicated synthesis methods. Besides, Quantum yield of Ag2S QDs reported until now are below 3%. Ag2S NIRQDs have been synthesized in a very simple one step aqueous synthetic route with thiolated capping agents. Colloidally stable and highly luminescent Ag2S QDs emitting in the Near infrared window I (NIR-I) have been prepared with 2-mercaptopropionic acid (2-MPA) as a coating. Particles showed near band-edge emission. The emission maximum of these Ag2S-2MPA NIRQDs are tunable between 780-950nm. They have the highest photoluminescence quantum yields (PLQY) in the literature which are 7-39% with respect to LDS 798 NIR dye. An important improvement need of this system is the ability to tune emission in a broader range within NIR-I window with high PLQY for all practical purposes. A second set of Ag2S NIRQDs were synthesized through decomposition of Meso-2,3-dimercapto succinic acid (DMSA) in water. Slow decomposition of DMSA in water allowed better tuning of emission in the 730-920 nm range with PLQYs around 7%. This is not as high as the values obtained from Ag2S-2MPA NIRQDs but the advantage is the fact that particles emitting within this range all has PLQY high enough to be used as optical probes. Potential as optical agents and in vitro cytotoxicity of both 2-MPA and DMSA coated Ag2S-NIRQDs have been determined. They both showed almost no toxicity in MCF-7 and HeLa cancer cell lines and even in more vulnerable NIH/3T3 cells (with quite high doses up to 0.84 mg/ml). In addition, interaction of the NIRQDs with cells and the blood components showed excellent hemocompatibility of these particles. These particles showed internalization by these cell lines and endosomal compartmentalization. These results indicate that both of these Ag2S NIRQDs are highly promising QDs for medical and biotechnology applications satisfying the NIR emission, high quantum yield and excellent cyto and hemocompatibility. Another novel material developed in this work is the hybrid nanoparticle with both optical and super paramagnetic properties. Here, hybrid nanoparticles composed of biocompatible and MRI active super paramagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) and biocompatible NIR-luminescent Ag2S-2MPA Quantum dots were prepared in a simple a biphasic ligand exchange method. An array of colloidally stable and NIR-I emitting hybrids with magnetic response have been prepared. Magnetic component of hybrids allow magnetic targeting of these particles increasing cellular interaction and uptake as proven by in vitro cell uptake and cytotoxicity experiments. These hybrids were also effectively used in imaging HeLa cancer cells by confocal laser microscopy. These particles demonstrate a great potential for in vivo application of QDs with great cytocompatibility, high luminescence properties and magnetic response. Lastly, in an effort to develope silver chalcogenide QDs with emission tuned in a much broader range within NIR window, alloyed silver sulfides with a lower band gap material, Ag2Te were attempted. In an aqueous synthesis of 2-MPA coated Ag2Te and Ag2TexS1-x NIRQDs, the influence of Te/S, coating/Ag as well as different source of chalcogens and chalcogen addition sequences on particle properties were studied. It was seen that the synthesized Ag2Te-2MPA and Ag2TexS1-x-NIRQDs emit in the NIR-I range between (900-1100 nm) with bimodal emission profile (First peak and second peak were tunable 920-950nm and 1000-1050nm respectively). Origin of such bimodal emission profile has been investigated and discussed yet, further studies are also proposed. These quantum dots were also shown as non-toxic in the in vitro cell studies and showed a great potential as optical labels by the internalization of the QDs to the cytoplasm in HeLa cells. Overall, different silver chalcogenide quantum dots emitting in the 700-900 nm biological window with highest quantum yields in the literature and their hybrids with SPIONs were developed and shown as non-toxic and hemocompatible optical probes in the in vitro studies.
Benzer Tezler
- Development of near infrared emitting cationic Ag2S quantum dots as drug-gene delivery and optical imaging agents
İlaç-gen salımı ve optik görüntüleme ajanı olarak yakın kızılötesi ışıyan katyonik Ag2S kuantum noktacıklarının geliştirilmesi
FATMA DEMİR DUMAN
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Development of ultrasmall near infrared emitting colloidal pbs and pbs/cds quantum dots with enhanced stability in liquid petroleum products
Sıvı petrol ürünleri içerisinde dayanımlı, aşırı-küçük yakın kızılötesi ışıyan kolloidal pbs ve pbs/cds kuantum noktaların geliştirilmesi
EMEK GÖKSU DURMUŞOĞLU
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Lageos I ve lageos II için doğruluk analizi
Başlık çevirisi yok
GAYE KIZILSU
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiÖlçme Tekniği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ŞAHİN
- La3Lu2Ga3O12: Cı3+: Nd3+ lazer kristallerinde sıcaklığın Cr3+-Nd3+ enerji transferine etkisi
Başlık çevirisi yok
GÜLEFŞAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖNÜL ÖZEN
- Investigation of infrared phosphorescence properties of chromium doped lanthanum gallogermanate phosphors sythesized by sol-gel method
Sol-gel yöntemi ile sentezlenen krom katkılı lantan galogermanat fosforlarının kızılötesi fosforesans özelliklerinin incelenmesi
BURCU CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK