Addressing Particle Compositional Heterogeneities in Super‐Resolution‐Enhanced Live‐Cell Ratiometric pH Sensing with Ultrasmall Fluorescent Core–Shell Aluminosilicate Nanoparticles

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作者
Rachel Lee,Jacob A. Erstling,Joshua A. Hinckley,Dana V. Chapman,Ulrich Wiesner
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (45) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adfm.202106144
摘要

The interrogation of metabolic parameters like pH in live-cell experiments using optical super-resolution microscopy (SRM) remains challenging. This is due to a paucity of appropriate metabolic probes enabling live-cell SRM-based sensing. Here we introduce ultrasmall fluorescent core-shell aluminosilicate nanoparticle sensors (FAM-ATTO647N aC' dots) that covalently encapsulate a reference dye (ATTO647N) in the core and a pH-sensing moiety (FAM) in the shell. Only the reference dye exhibits optical blinking enabling live-cell stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Using data from cells incubated for 60 minutes with FAM-ATTO647N aC' dots, pixelated information from total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy-based ratiometric sensing can be combined with that from STORM-based localizations via the blinking reference dye in order to enhance the resolution of ratiometric pH sensor maps beyond the optical diffraction limit. A nearest-neighbor interpolation methodology is developed to quantitatively address particle compositional heterogeneity as determined by separate single-particle fluorescence imaging methods. When combined with STORM-based estimates of the number of particles per vesicle, vesicle size, and vesicular motion as a whole, this analysis provides detailed live-cell spatial and functional information, paving the way to a comprehensive mapping and understanding of the spatiotemporal evolution of nanoparticle processing by cells important, e.g. for applications in nanomedicine.
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