顕微鏡やスマートフォンカメラによる細胞イメージングを強化するための完全自己組織化シリカナノ粒子-半導体量子ドット超ナノ粒子と免疫複合体

Fully Self-Assembled Silica Nanoparticle-Semiconductor Quantum Dot Supra-Nanoparticles and Immunoconjugates for Enhanced Cellular Imaging by Microscopy and Smartphone Camera.

• Ghinwa H Darwish
• Jérémie Asselin
• Michael V Tran
• Rupsa Gupta
• Hyungki Kim
• Denis Boudreau
• W Russ Algar

抄録

バイオマーカーの検出とイメージングを改善するために、より明るい発光材料へのニーズが高まっています。関連する文脈には、低過剰バイオマーカーと技術的に限定されたアプリケーションが含まれ、後者の例としては、ポイントオブケア診断のためのスマートフォンや他の最適ではないが、低コストで携帯可能なデバイスの新たな使用があります。より明るい発光材料を実現するための1つのアプローチは、より大きな超ナノ粒子（supra-NP）アセンブリに発光材料の複数のコピーを組み込むことです。ここでは、中央のシリカナノ粒子(SiO NP)の周りに多数の量子ドット(QDs)を配置した超ナノ粒子集合体(SiO@QDs)の調製と免疫接合のための簡単な方法を紹介する。この集合体は、イミダゾリンで機能化されたシリカナノ粒子、リガンドコートされた量子ドット、イミダゾールで機能化されたデキストラン、四量体抗体複合体(TAC)などの構成材料間の自発的な親和性相互作用によって完全に駆動された。SiO@QDsの物理的及び光学的特性は、アンサンブルレベル及び単一粒子レベルの両方で特徴づけられた。特に、QDsの光学的特性はスーパーNPへのアセンブリ時にも維持され、単一のSiO@QDsは単一のQDsや非ブリンクよりも約1桁明るいことがわかった。乳がん細胞の選択的免疫標識を含む概念実証アプリケーションにおいて、SiO@QDsは、研究用蛍光顕微鏡またはスマートフォンベースのイメージングを使用した場合でも、より高い感度と優れた信号対バックグラウンド比を提供しました。全体として、SiO@QDsは、バイオ分析とイメージングを強化するための有望な材料です。

There is a growing need for brighter luminescent materials to improve the detection and imaging of biomarkers. Relevant contexts include low-abundance biomarkers and technology-limited applications, where an example of the latter is the emerging use of smartphones and other nonoptimal but low-cost and portable devices for point-of-care diagnostics. One approach to achieving brighter luminescent materials is incorporating multiple copies of a luminescent material into a larger supra-nanoparticle (supra-NP) assembly. Here, we present a facile method for the preparation and immunoconjugation of supra-NP assemblies (SiO@QDs) that comprised many quantum dots (QDs) around a central silica nanoparticle (SiO NP). The assembly was entirely driven by spontaneous affinity interactions between the constituent materials, which included imidazoline-functionalized silica nanoparticles, ligand-coated QDs, imidazole-functionalized dextran, and tetrameric antibody complexes (TACs). The physical and optical properties of the SiO@QDs were characterized at both the ensemble and single-particle levels. Notably, the optical properties of the QDs were preserved upon assembly into supra-NPs, and single SiO@QDs were approximately an order of magnitude brighter than single QDs and nonblinking. In proof-of-concept applications, including selective immunolabeling of breast cancer cells, the SiO@QDs provided higher sensitivity and superior signal-to-background ratios whether using research-grade fluorescence microscopy or smartphone-based imaging. Overall, the SiO@QDs are promising materials for enhanced bioanalysis and imaging.