Upconverting Nanoparticles Coated with Light-Breakable Mesoporous Silica for NIR-Triggered Release of Hydrophobic Molecules

材料科学 纳米颗粒 介孔材料 纳米技术 介孔二氧化硅 分子 胶体 化学工程 有机化学 化学 工程类 催化作用
作者
Vivienne Tam,Pierre Picchetti,Yiwei Liu,Artiom Skripka,Marco Carofiglio,Giulia Tamboia,Arianna Bresci,Francesco Manetti,Giulio Cerullo,Dario Polli,Luisa De Cola,Fiorenzo Vetrone,Marta Cerruti
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (22): 29029-29041 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03444
摘要

Upconverting nanoparticles (UCNPs) doped with Yb3+ and Tm3+ are near-infrared (NIR) to ultraviolet (UV) transducers that can be used for NIR-controlled drug delivery. However, due to the low quantum yield of upconversion, high laser powers and long irradiation times are required to trigger this drug release. In this work, we report the one-step synthesis of a nanocomposite consisting of a LiYbF4:Tm3+@LiYF4 UCNP coated with mesoporous UV-breakable organosilica shells of various thicknesses. We demonstrate that a thin shell accelerates the breakage of the shell at 1 W/cm2 NIR light exposure, a laser power up to 9 times lower than that of conventional systems. When the mesopores are loaded with hydrophobic vitamin D3 precursor 7-dehydrocholesterol (7-DH), shell breakage results in subsequent cargo release. Its minimal toxicity in HeLa cells and successful internalization into the cell cytoplasm demonstrate its biocompatibility and potential application in biological systems. The tunability of this system due to its simple, one-step synthesis process and its ability to operate at low laser powers opens up avenues in UCNP-powered NIR-triggered drug delivery toward a more scalable, flexible, and ultimately translational option.
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