Ratiometric Nanoparticle Probe Based on FRET‐Amplified Phosphorescence for Oxygen Sensing with Minimal Phototoxicity

光毒性 纳米探针 磷光 费斯特共振能量转移 纳米颗粒 光化学 氧传感器 氧气 纳米技术 材料科学 化学 荧光 光电子学 发光 光学 有机化学 物理 生物化学 体外
作者
Pichandi Ashokkumar,Nagappanpillai Adarsh,Andrey S. Klymchenko
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (32) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/smll.202002494
摘要

Abstract Luminescent oxygen probes enable direct imaging of hypoxic conditions in cells and tissues, which are associated with a variety of diseases, including cancer. Here, a nanoparticle probe that addresses key challenges in the field is developed, it: i) strongly amplifies room temperature phosphorescence of encapsulated oxygen‐sensitive dyes; ii) provides ratiometric response to oxygen; and iii) solves the fundamental problem of phototoxicity of phosphorescent sensors. The nanoprobe is based on 40 nm polymeric nanoparticles, encapsulating ≈2000 blue‐emitting cyanine dyes with fluorinated tetraphenylborate counterions, which are as bright as 70 quantum dots (QD525). It functions as a light‐harvesting nanoantenna that undergoes efficient Förster resonance energy transfer to ≈20 phosphorescent oxygen‐sensitive platinum octaethylporphyrin (PtOEP) acceptor dyes. The obtained nanoprobe emits stable blue fluorescence and oxygen‐sensitive red phosphorescence, providing ratiometric response to dissolved oxygen. The light harvesting leads to ≈60‐fold phosphorescence amplification and makes the single nanoprobe particle as bright as ≈1200 PtOEP dyes. This high brightness enables oxygen detection at a single‐particle level and in cells at ultra‐low nanoprobe concentration with no sign of phototoxicity, in contrast to PtOEP dye. The developed nanoprobe is successfully applied to the imaging of a microfluidics‐generated oxygen gradient in cancer cells. It constitutes a promising tool for bioimaging of hypoxia.
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