Magnetic Nano Sensor Particles with Luminescence Up-conversion Capability

具有发光上转换能力的磁性纳米传感器颗粒

基本信息

项目摘要

The joined research project aims to investigate multi-functional nanoparticles for optical chemical and biochemical sensing. The beneficial functionalities combined in one nano particle include: magnetism, luminescence up-conversion, sensing and light harvesting. These sensor particles are excited with near-infrared (NIR) light. The anti-Stokes phosphorescence generated is used to excite an indicator or label dye enabling the detection of chemical parameters and the performance of bioassays. The NIR excitation and the up-conversion effect do not induce background luminescence of the biological sample. These nanosensor particles can be easily separated from the sample and collected at distinct positions by magnetic fields. This “in-situ” sensor spot leads to a sensitivity enhancement due to the high concentration of luminescent label at this point. The sensors are read-out by luminescence lifetime measurements, which is advantageous, because they are virtually independent of the overall signal intensity. The necessary instrumentation is simple due to the long lifetime of the up-conversion nanocrystals (upcon NCs). Multifunctional nano-particles will be prepared by entrapping magnetic nanocrystals and upcon NCs in the polymeric host matrix. Depending on the application, plain and core-shell particles will be investigated. The surface shell of the multifunctional particles contains carboxyl groups to obtain stable suspensions in aqueous samples and to conjugate receptors, ligands, enzymes or fluorescent indicator dyes to introduce the sensing function. In addition, the highly innovative click-chemistry approach will be applied to conjugate these functional molecules to the surface. Alternatively, the polymeric core or shell will be doped with fluorescent indicator dyes to introduce sensitivity to chemical parameters. The nano sensor will be applied to monitor the key parameters oxygen and pH of bio-films and cell cultures and to perform model affinity binding assays using antibodies and DNA oligomers. The specialized and complementary expertises of the two groups will be fully exploited within this project.
加入的研究项目旨在研究用于光学化学和生物化学传感的多功能纳米颗粒。结合在一个纳米颗粒中的有益功能包括:磁性、发光上转换、传感和光捕获。这些传感器颗粒被近红外(NIR)光激发。产生的反斯托克斯磷光用于激发指示剂或标记染料,从而能够检测化学参数和进行生物测定。NIR激发和上转换效应不诱导生物样品的背景发光。这些纳米传感器颗粒可以很容易地从样品中分离出来,并通过磁场收集在不同的位置。这种“原位”传感器点由于此时发光标记的高浓度而导致灵敏度增强。通过发光寿命测量读出传感器,这是有利的,因为它们实际上独立于总信号强度。由于上转换纳米晶体(upcon NC)的长寿命,必要的仪器是简单的。多功能纳米粒子将通过在聚合物基质中捕获磁性纳米晶体和upcon NC来制备。根据应用,将研究普通和核壳颗粒。多功能颗粒的表面壳含有羧基,以在水性样品中获得稳定的悬浮液,并结合受体、配体、酶或荧光指示剂染料以引入传感功能。此外,高度创新的点击化学方法将用于将这些功能分子结合到表面。或者,聚合物核或壳将掺杂有荧光指示剂染料以引入对化学参数的灵敏度。纳米传感器将用于监测生物膜和细胞培养物的关键参数氧气和pH值,并使用抗体和DNA寡聚体进行模型亲和结合试验。这两个小组的专门和互补专长将在本项目中得到充分利用。

项目成果

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