Language
Шкала эффективности рассеяния люминесцентных частиц связана с фундаментальными и измеримыми спектроскопическими свойствами

Блог

ДомДом / Блог / Шкала эффективности рассеяния люминесцентных частиц связана с фундаментальными и измеримыми спектроскопическими свойствами
search

Jun 03, 2023

10 невероятных примеров удивительного скрытого дизайна со всего мира

Jun 29, 2023

10 невероятных примеров удивительного скрытого дизайна со всего мира

Jun 23, 2023

11 лучших светящихся в темноте красок для вашего творчества

Dec 14, 2023

12 лучших тенденций кухонных поверхностей для вашего следующего проекта

Aug 17, 2023

13. Превосходные технологии в действии. Завершите 15-е издание 2023 года.

Отправьте запрос
ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Jul 14, 2023

Шкала эффективности рассеяния люминесцентных частиц связана с фундаментальными и измеримыми спектроскопическими свойствами

Scientific Reports, том 13, Номер статьи: 6254 (2023) Цитировать эту статью 547 Доступы Детали показателей Сравнение характеристик молекулярных и наноразмерных люминофоров, а также люминесцентных микро- и люминесцентных люминофоров.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6254 (2023) Цитировать эту статью

547 Доступов

Подробности о метриках

Сравнение характеристик молекулярных и наноразмерных люминофоров, а также люминесцентных микро- и наночастиц, а также оценка достижимых амплитуд сигнала и пределов обнаружения требуют стандартизированной шкалы интенсивности. Это положило начало разработке относительных шкал MESF (количество молекул эквивалентных растворимых флуорохромов) и ERF (эквивалентных эталонных флуорофоров) для проточной цитометрии и флуоресцентной микроскопии. Обе шкалы интенсивности основаны на значениях интенсивности флуоресценции, присвоенных флуоресцентным калибровочным шарикам путем сравнения интенсивности со спектрально близкими растворами флуорофоров известной концентрации с использованием спектрофлуориметра. В качестве альтернативы можно определить яркость люминофора или шарика (B), равную произведению сечения поглощения (σa) на длине волны возбуждения (σa(λex)) и квантового выхода фотолюминесценции (Φpl). Таким образом, может быть реализована абсолютная шкала, основанная на фундаментальных и измеримых спектроскопических свойствах, которая не зависит от размера частиц, материала и плотности окрашивания или маркировки люминофора и учитывает чувствительность оптических свойств люминофоров к окружающей среде. Стремясь установить такую ​​шкалу яркости для светорассеивающих дисперсий люминесцентных частиц с размерами, превышающими несколько десятков нанометров, мы демонстрируем, как меняется яркость квазимонодисперсных частиц полистирола (PSP) размером 25 нм, 100 нм и 1 мкм, нагруженных два разных красителя в различных концентрациях можно получить с помощью одной специально разработанной установки интегрирующей сферы, которая позволяет абсолютно определять Φpl, а также измерять коэффициент пропускания и диффузного отражения. Полученные значения Φpl, σa(λex), мнимые части показателя преломления и расчетные значения B этих образцов приведены в зависимости от количества включенных молекул красителя на частицу. Наконец, определяется безразмерная эффективность люминесценции (LE), позволяющая напрямую сравнивать эффективности люминесценции частиц разных размеров.

В последние десятилетия в науках о жизни и материаловедении все шире используются наночастицы (НЧ) и микрочастицы (МП), окрашенные или кодированные различными типами молекулярных и нанокристаллических люминофоров. Типичные области применения варьируются от оптических репортеров для флуоресцентных анализов, биовизуализации и систем доставки лекарств, печатных аутентификационных меток и платформ на основе шариков для проточной цитометрии, флуоресцентной микроскопии и иммунного разделения до датчиков частиц и инструментов калибровки для различных методов флуоресценции, особенно для проточной цитометрии1. ,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Большинство флуоресцентных методов, использующих эмиссионные НЧ и МП, такие как флуоресцентная спектроскопия, микрофлуорометрия, флуоресцентная микроскопия и проточная цитометрия, измеряют только относительную интенсивность флуоресценции, специфичную для конкретного прибора14. Надежное сравнение измерений флуоресценции между разными приборами и разными лабораториями требует калибровки прибора для определения и учета вкладов сигнала, специфичных для прибора, таких как зависящая от длины волны спектральная чувствительность канала обнаружения прибора, которые влияют на измеренные спектры излучения15,16. Для количественного определения, например, аналитов или сравнения различных флуоресцентных образцов с использованием различных методов флуоресценции обычно выполняется относительная калибровка шкалы интенсивности флуоресценции с использованием растворов флуорофоров с известными концентрациями, люминесцентными свойствами и, в частности, спектрами излучения, близко соответствующими спектру флуоресценции. образец с использованием тех же настроек прибора, которые применялись для измерения образца17. Это просто для прозрачных люминесцентных образцов, например, для сенсорных приложений или количественного определения люминофоров с помощью методов хроматографического разделения, таких как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) с флуоресцентным обнаружением, но это сложно для светорассеивающих систем. Однако большинство дисперсий широко используемых флуоресцентных НЧ и МП рассеивают возбуждающий свет в зависимости от их размера, показателя преломления и окружения частиц. Это может повлиять на их флуорометрические характеристики и, в частности, на измерения характеристик поглощения с помощью обычных спектрофотометров и спектрофлуориметров, предназначенных для измерения прозрачных образцов.

 0). The normalized absorbance and emission spectra of aqueous dispersions of these differently sized PSP loaded with Nile Red and Itrybe are displayed in the SI in Fig. S5. Due to the dye staining of the particles via a previously optimized swelling procedure assessed, e.g., microscopy, the dye molecules can be assumed to be homogeneously distributed within the particles, and the spherical shape of the particles is preserved in the process.12,41,42,44 This allows for a data analysis based on Mie Theory, like with the unstained particles discussed above. The absorbance and emission spectra of Itrybe-loaded PSP are broadened compared to the parent molecule in ethanol, yet the respective absorption and emission maxima match. In the case of solvatochromic Nile Red, the absorbance and emission bands of Nile Red-stained PSP are red shifted with decreasing PSP size, pointing to an increasingly polar microenvironment faced by the dye molecules with reduced PSP size and hence increased surface-to-volume ratio. The corresponding \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) of aqueous dispersions of Nile Red- and Itrybe-loaded PSPs in dependence on PSP size and loading concentration, i.e., the average dye-dye distance are shown in Fig. 4. This figure reveals opposite trends for the particle size- and dye loading-dependent \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) of both dyes. As shown in the left panel of Fig. 4, the \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) values of Nile Red-stained PSP decreased with decreasing PSP size and increased surface-to-volume ratio. In contrast, for PSP containing Itrybe molecules, \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) decreased with increasing particle size (right panel of Fig. 4. For both dyes, an increase in dye loading concentration resulted in a diminution of \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) (see also SI, Fig. S7). We attribute these trends to (1) the influence of the polar particle environment particularly in the case of the charge transfer dye Nile Red, the fluorescence of which is known to be quenched by hydrogen bonding interactions and polarity as follows also from the solvatochromic emission behavior of Nile Red (see SI, Fig. S5), (2) dye-dye interactions, and (3) energy transfer processes between dye molecules in the PSP. The latter two factors are supported by the dependence of \({\Phi }_{\mathrm{pl}}\) on dye loading concentration (see Fig. 4 and SI, Fig. S7)66,67,68,69,70. µa(λ) and µs(λ) of the dispersed 1 µm and 100 nm dye loaded PSPs determined by radiation transport and Mie Theory are shown in Fig. 5. For the 25 nm sized particles the scattering contributions were too small to be used for quantification and represent the physical size limit for our study and method development. For the fit of µa(λ) and µs(λ), we considered the contribution of the dye molecules to the dielectric function of the particle matrix by increasing the imaginary part of the refractive index. In a first step, n2 was used as a free variable and it was assumed that the particle matrix is homogeneously loaded with dye molecules. The resulting σa(λ) values are shown in Fig. 6. The resulting Np and rp values were also used for the determination of σa(λ) from µa(λ) calculated from the radiation transport theory. For the particle sizes and dye concentrations used here, the direct determination of σa(λ) from Mie calculations and calculations using radiation transport theory are in good agreement as displayed in Fig. 5./p>

3.0.co;2-i" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28sici%291097-0320%2819960315%2926%3A1%3C22%3A%3Aaid-cyto4%3E3.0.co%3B2-i" aria-label="Article reference 18" data-doi="10.1002/(sici)1097-0320(19960315)26:13.0.co;2-i"Article CAS PubMed Google Scholar /p>

3.0.CO;2-X" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-0320%2819981001%2933%3A2%3C213%3A%3AAID-CYTO16%3E3.0.CO%3B2-X" aria-label="Article reference 22" data-doi="10.1002/(SICI)1097-0320(19981001)33:23.0.CO;2-X"Article CAS PubMed Google Scholar /p>

3.0.co;2-q" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28sici%291097-0320%2819981001%2933%3A2%3C188%3A%3Aaid-cyto13%3E3.0.co%3B2-q" aria-label="Article reference 23" data-doi="10.1002/(sici)1097-0320(19981001)33:23.0.co;2-q"Article CAS PubMed Google Scholar /p>