Design and characterization of advanced polymer-coated upconversion nanoparticles

Abstract

Světlo-konvertující nanočástice na bázi lanthanidů jsou schopné absorbovat nízko- energetické infračervené (NIR) fotony a emitovat viditelné či ultrafialové světlo. Tato unikátní optická vlastnost umožňuje luminiscenční detekci biologických vzorků bez autofluorescence, což je zásadní pro zobrazovací a diagnostické techniky v biologii a lékařství. Kromě toho NIR ozáření umožňuje průnik světla hluboko do tkáně, což lze využít pro dopravu léčiv či genů a fototerapii (PDT) tumorů. Přes velkou snahu v průběhu posledních 10 let věnovanou syntéze světlo-konvertujících lanthanidových nanočástic a inženýrství jejich povrchů, příprava částic vhodných pro biomedicinální aplikace stále zůstává velkou výzvou. Tato dizertační práce se věnuje syntéze světlo-konvertujících nanočástic s regulovanou morfologií, velikostí, distribucí velikosti, krystalinitou a vysokou světlo-konvertující účinností, stejně tak jako požadované povrchové modifikaci biokompatibilními anorganickými nebo organickými polymery. Např. vrstva siliky na povrchu NaYF4:Yb3+ /Er3+ a NaGdF4:Yb3+ /Er3+ nanočástic zlepšila jejich biokompatibilitu a koloidní stabilitu ve vodě. Dále byly na povrch nanočástic zavedeny cílující skupiny, konkrétně RGD nebo TAT peptid. Pohlcování RGD- a TAT-konjugovaných nanočástic buňkami bylo monitorováno konfokální...

Lanthanide-based upconversion nanoparticles are able to absorb low-energy near-infrared (NIR) photons and emit visible or ultraviolet light. This unique optical property enables luminescent detection without autofluorescence from biological samples that is crucial for bioimaging and diagnostics. Moreover, NIR irradiation allows to deliver light deep into the tissue, which can be used for drug or gene delivery and NIR-induced photodynamic therapy (PDT) of tumors. Despite huge effort during the last 10 years devoted to the upconversion nanoparticle synthesis and their surface engineering, preparation of the particles suitable for biomedical applications still remains a big challenge. The current work is focused on synthesis of the upconversion nanoparticles with controllable morphology, size, distribution, crystallinity, and high upconversion efficiency, as well as on desirable surface modification by biocompatible inorganic or organic polymers. Neat and functionalized homogeneous silica shell was introduced on the NaYF4:Yb3+ /Er3+ and NaGdF4:Yb3+ /Er3+ nanoparticles to enhance their biocompatibility and colloidal stability in water. To render the nanoparticles with targeting moieties, their surface was decorated with cell-adhesive RGD or cell-penetrating TAT peptides. The RGD- and TAT- conjugated...