Piccoli puntini di carbonio hanno, per la prima volta, stato applicato all'imaging intracellulare e al monitoraggio della somministrazione di farmaci che coinvolgono varie tecniche spettroscopiche ottiche e vibrazionali come la fluorescenza, Raman, e imaging iperspettrale. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno dimostrato, per la prima volta, che le nanoparticelle di carbonio fotoluminescenti possono mostrare una commutazione reversibile delle loro proprietà ottiche nelle cellule tumorali.

"Uno dei principali vantaggi di questi agenti è la loro forte sensibilità ottica intrinseca senza la necessità di alcun colorante/fluoroforo aggiuntivo e senza problemi di fotosbiancamento ad esso associati, " ha spiegato Dipanjan Pan, un assistente professore di bioingegneria e il leader dello studio. "Utilizzando un'elegante chimica di superficie su nanoscala, abbiamo creato un percorso di "mascheramento" molecolare per spegnere la fluorescenza e quindi rimuovere selettivamente la maschera portando a ritrovare la luminosità.

"L'utilizzo di punti di carbonio per illuminare le cellule umane non è una novità. In effetti, i miei laboratori, e molti altri gruppi in tutto il mondo, hanno dimostrato che questi minuscoli punti rappresentano una classe unica di materiali luminescenti con un'eccellente biocompatibilità, degradabilità, e un accesso relativamente facile alla sintesi su larga scala rispetto ad altri materiali luminescenti popolari come i punti quantici, "aggiunse Pan.

E, l'intero processo di è altamente controllato e può essere osservato nelle cellule viventi come riportato nello studio del gruppo, "Nanoparticelle di carbonio macromolecolari "in gabbia" per il traffico intracellulare tramite fotoluminescenza commutabile, " che appare in Giornale della Società Chimica Americana .

"Possiamo applicare questa tecnica per il traffico intracellulare mediante fotoluminescenza commutabile in cellule di mammifero in vitro, in cui le molecole anfifiliche anioniche abbondanti nella membrana endocitica partecipano al processo di "decaging", " ha dichiarato Pan. "I punti di carbonio, ciascuno misura meno di 50 nanometri di diametro, derivano dal nettare di agave e sono altamente luminescenti. Lo scambio chimico in situ su nanoscala ha ulteriormente approfondito la comprensione meccanicistica dell'origine della luminescenza del carbonio e ha indicato che si tratta principalmente di un fenomeno di superficie.

"Questo può essere attivato e disattivato in modo reversibile da una semplice chimica contro-ionica su nanoscala, " Pan ha detto. "Questi risultati possono diventare la base per nuovi e interessanti progetti di materiali a base di carbonio per l'imaging intracellulare che sondano la funzione cellulare e per studiare altri processi biologici".

Mentre l'origine della luminescenza nei punti di carbonio è ancora un mistero, Pan e i suoi collaboratori hanno precedentemente dimostrato che queste particelle possono essere utilizzate per tracciare simultaneamente il vettore e il rilascio quantitativo del carico utilizzando l'imaging iperspettrale ( Materiali funzionali avanzati 26, 2016, 8031-8041) o tecniche basate sulla spettroscopia vibrazionale ( Sci Rep . 2016 luglio 11;6:29299.; Piccolo . 2016 12 (42), 5845-861.; Piccolo . 2015 settembre;11(36):4691-703).