Fluorescent SMILES nanoparticles

Abstract

Tämän opinnäytetyön kirjallisuuskatsaus käsittelee SMILES-materiaalien perusteoriaa sekä SMILES-nanopartikkeleiden valmistusta. Lisäksi tutkielmassa tarkastellaan analyyttisiä menetelmiä SMILES-nanopartikkeleiden optisten ominaisuuksien sekä koon määrittämiseksi. Tutkielmassa syvennytään erityisesti SMILES-nanopartikkeleiden fluoresoiviin ominaisuuksiin ja tehokkaisiin energiansiirtoprosesseihin, joiden tarkastelua pidetään tarpeellisina potentiaalisten biokuvantamissovellusten kannalta.

Opinnäytetyön kokeellisen osion tavoitteena oli tutkia energiansiirtoprosessia ja sen tehokkuutta pentasyanopentabentso[25] (cyanostar) -anionikompleksilta väriainemolekyylille SMILES-nanopartikkeleissa. Tätä varten valmistettiin rodamiini- sekä DAOTA-väriaineen sisältäviä optisesti aktiivisia SMILES-nanopartikkeleita sekä optisesti inaktiivisen kationin sisältäviä SMILES-nanopartikkeleita. Optisesti inaktiiviset SMILES-nanopartikkelit valmistettiin käyttäen imidatsoli- ja tetrabutyyliammoniumkationeja pentasyanopentabentso[25]anionikompleksin tutkimista varten.

Nanopartikkeleiden koko määritettiin dynaamisen valonsironnan (DLS) ja kryo- läpäisyelektronimikroskopian (cryo-TEM) avulla, kun taas fluoresenssiominaisuuksien tutkimiseen käytettiin absorptio- sekä fluoresenssispektroskopiaa. Fluoresenssin eliniät määritettiin hyödyntäen aikakorrelaatioon perustuvaa yksittäisen fotonin laskentaa (TCSPC).

The literature review of this master’s thesis introduces the theory of small-molecule ionic isolation lattices (SMILES) materials and the preparation of SMILES nanoparticles. Furthermore, the basic concepts of analytical methods to study the characteristics of SMILES nanoparticles, including their size and optical properties, are discussed. The main focus of the thesis concerns the attractive fluorescent properties and effective energy transfer processes of SMILES nanoparticles, contributing to their promising bioimaging applications.

The aim of the experimental part was to investigate the energy transfer processes from the cyanostar anion complex to dye molecules in SMILES nanoparticles. This was conducted by preparing optically active SMILES nanoparticles containing rhodamine and DAOTA dyes and SMILES nanoparticles with an optically inactive cation. The SMILES nanoparticles containing optically inactive cations were prepared using imidazole and tetrabutylammonium cations to study the cyanostar anion complex. The energy transfer efficiency and the dominant energy transfer mechanism were determined.

The size of the nanoparticles was determined using dynamic light scattering (DLS) and cryo- transmission electron microscopy (cryo-TEM). Absorption and fluorescence spectroscopy were employed to investigate the fluorescent properties. Fluorescence lifetimes were measured using time-correlated single photon counting (TCSPC).