Fluorinated counterion-enhanced emission of rhodamine aggregates: ultrabright nanoparticles for bioimaging and light-harvesting

反离子 罗丹明 聚集诱导发射 纳米颗粒 材料科学 罗丹明B 纳米技术 化学工程 荧光 化学 离子 有机化学 光催化 光学 工程类 物理 催化作用
作者
Ievgen Shulov,Sule Oncul,Andreas Reisch,Youri Arntz,Mayeul Collot,Yves Mély,Andrey S. Klymchenko
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:7 (43): 18198-18210 被引量:91
标识
DOI:10.1039/c5nr04955e
摘要

The key to ultrabright fluorescent nanomaterials is the control of dye emission in the aggregated state. Here, lipophilic rhodamine B derivatives are assembled into nanoparticles (NPs) using tetraphenylborate counterions with varied fluorination levels that should tune the short-range dye ordering. Counterion fluorination is found to drastically enhance the emission characteristics of these NPs. Highly fluorinated counterions produce 10-20 nm NPs containing >300 rhodamine dyes with a fluorescence quantum yield of 40-60% and a remarkably narrow emission band (34 nm), whereas, for other counterions, aggregation caused quenching with a weak broad-band emission is observed. NPs with the most fluorinated counterion (48 fluorines) are ∼40-fold brighter than quantum dots (QD585 at 532 nm excitation) in single-molecule microscopy, showing improved photostability and suppressed blinking. Due to exciton diffusion, revealed by fluorescence anisotropy, these NPs are efficient FRET donors to single cyanine-5 acceptors with a light-harvesting antenna effect reaching 200. Finally, NPs with the most fluorinated counterion are rather stable after entry into living cells, in contrast to their less fluorinated analogue. Thus, the present work shows the crucial role of counterion fluorination in achieving high fluorescence brightness and photostability, narrow-band emission, efficient energy transfer and high intracellular stability of nanomaterials for light harvesting and bioimaging applications.

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