Entwicklung und Charakterisierung eines dreifarbigen Nanosensors und seine Anwendung als pH-Sensor in Lösungen und in Krebszelllinien
Quelle: BAM, Fachbereich Biophotonik
Im Vergleich zu herkömmlichen Sensor-Farbstoffen nutzen Nanosensoren das einzigartige Potenzial von Nanopartikeln zur Signalverstärkung, ermöglichen die Nutzung von hydrophoben Farbstoffen in wässriger Umgebung und erlauben die einfache Kombination mehrerer Farbstoffe mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften für den mehrfarbigen Analytnachweis. Mit diesem Designprinzip können auch einfach selbst-referenzierte oder sogenannte ratiometrische Nanosensoren hergestellt werden, die optisch unterscheidbare Signale eines Analyt-insensitiven Referenzfarbstoffes, eingebaut im Partikelkern, und eines Sensor-Farbstoffes messen. Dieses Designprinzip haben wir für einen neuen Nanosensor ausgenutzt, der Änderungen des pH-Wertes im Bereich von 3.0 bis 9.0 durch eine Änderung seiner Emissionsfarbe von rot und blau zu grün und blau anzeigt. Die Herstellung des Nanosensors beruht auf dem Einbau eines wasserunlöslichen, zweifarbig emittierenden Farbstoffes in selbst synthetisierte 50 nm große Polystyrol-Nanopartikel. Dieser Sensor-Farbstoff besteht aus einem Rhodamin-Farbstoff, der nur im sauren pH-Bereich rot fluoresziert, und einem pH-insensitiven Quinolin-Referenzfarbstoff mit blauer Fluoreszenz. Die Partikeloberfläche wurde dann mit einem Fluorescein-Farbstoff funktionalisiert, der eine grüne Emission bei neutralen und basischen pH-Werten zeigt. Untersuchungen an Zellen der menschlichen Lungenadenokarzinom-Zelllinie A549 mit unseren Nanosensoren ermöglichen die Visualisierung der partikulären Zellaufnahme und des endosomal-lysosomale Aufnahmeweges durch eine Farbänderung der Nanosensor-Emission. Das vielseitige und einfache Design-Konzept unserer mehrfarbigen Nanopartikel demonstriert das bisher nur wenig erforschte Potential von biokompatiblen Polystyrol-Nanopartikeln für die (bio-)chemische Sensorik und das Imaging mit hydrophoben/hydrophilen stimuli-responsiven Luminophoren.
Multicolor Polystyrene Nanosensors for the Monitoring of Acidic, Neutral, and Basic pH Values and Cellular Uptake Studies
Priyanka Srivastava, Isabella Tavernaro, C. Genger, P. Welker, Oskar Huebner, Ute Resch-Genger
veröffentlicht in Analytical Chemistry, Band 94, Heft 27, Seiten 9656 - 9665, 2022.
BAM, Abteilung Analytische Chemie; Referenzmaterialien, Fachbereich Biophotonik