Lang anhaltende nahinfrarot-persistente lumineszente Nanopartikel Co-dotiert mit Cr³⁺/Eu³⁺ für fortgeschrittene Zellbildgebung

Zusammenfassung

Nahinfrarot (NIR)-emittierende persistent lumineszente Nanopartikel wurden als potenzielle Agenten für Bioimaging entwickelt. Die Synthese gleichmäßiger Nanopartikel mit langem Nachleuchten für langfristiges Imaging fehlt jedoch. Hier demonstrierten wir die Synthese von spinalstrukturierten Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀:Cr³⁺ (ZGGO:Cr³⁺) und Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀:Cr³⁺,Eu³⁺ (ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺) Nanopartikeln durch eine Sol-Gel-Methode in Kombination mit einer anschließenden reduzierenden-atmosphäre-freien Kalzinierung. Die Proben wurden durch detaillierte Charakterisierungen mittels kombinierter Techniken von XRD, TEM, STEM, selektierter Bereichselektronenbeugung, Photolumineszenz-Anregung (PLE)/Photolumineszenz (PL) Spektroskopie und temperaturabhängiger PL-Analyse untersucht. Die einkristallinen Nanopartikel sind homogene Festkörperlösungen, besitzen gleichmäßige kubische Form und laterale Größe von ~80–100 nm. Bei UV-Anregung bei 273 nm zeigte ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ ein NIR-Emissionsband bei 697 nm (²E → ⁴A₂ Übergang von verzerrten Cr³⁺-Ionen in Gallogermanat), ohne Eu³⁺-Emission. NIR-persistente Lumineszenz der Probe kann länger als 7200 s andauern und hält intensive Intensität. Eu³⁺-Inkorporation erhöhte die persistente Lumineszenzintensität und die Nachleuchtdauer von ZGGO:Cr³⁺, beeinflusste die thermische Stabilität jedoch nicht signifikant. Die erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel besaßen eine ausgezeichnete Bildgebungskapazität für Zellen in vitro.

Hintergrund

Persistente lumineszente Materialien können lange Zeit bis zu Stunden nach Einstellung der Anregung emittieren [1]. Hauptsächlich aufgrund ihrer großen Forschungsinteressen wurden die Phosphore als Nacht- oder Dunkelmilieu-Visionsmaterialien für eine breite Palette von Anwendungen kommerzialisiert, wie Sicherheitszeichen, Notfall-Routenbeschilderung, Identifikationsmarkierungen oder medizinische Diagnostik [2]. Typische langpersistente Phosphore sind die kommerzialisierten Primärfarben-Emitter, wie der rote Y₂O₂S:Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺ oder CaS:Eu²⁺,Tm³⁺,Ce³⁺ [3, 4], der grüne SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺ oder MgAl₂O₄:Mn²⁺ [5, 6] und der blaue CaAl₂O₄:Eu²⁺,Nd³⁺ oder SrMgSi₂O₆:Eu²⁺,Dy³⁺ [7, 8] Phosphore. Obwohl viele Erfolge bei sichtbaren persistenten Phosphoren erzielt wurden, sind Untersuchung und Entwicklung persistenter Phosphore im nahinfraroten (NIR) Bereich (~700–2500 nm) unzureichend. In jüngster Zeit haben sich potenzielle Anwendungen persistenter Phosphore mit rotem oder NIR-Lumineszenz von Nachtsicherheitszeichen auf in-vivo-Bildgebungssysteme erweitert [1, 9, 10].

Persistente lumineszente Materialien mit angeschlossenen Photosensibilisatoren als in-vivo-Agent wurden erstmals von Chen und Zhang für photodynamische Therapie versucht [11]. Dann berichteten Scherman et al. eine Meilensteinarbeit zu in-vivo-Bioimaging mit dem NIR-emittierenden Phosphor Ca₀,₂Zn₀,₉Mg₀,₉Si₂O₆:Eu²⁺,Mn²⁺,Dy³⁺ [12]. Kurz darauf wurden zwei neue NIR-emittierende Phosphore CaMgSi₂O₆:Eu²⁺,Mn²⁺,Pr³⁺ und Ca₂Si₅N₈:Eu²⁺,Tm³⁺ mit verbesserter Leistung von derselben Gruppe entwickelt [13, 14]. Kürzlich wurden Cr³⁺-dotierte Gallat-persistente Phosphore mit NIR-Emission und langem Nachleuchten, einschließlich Spinal ZnGa₂O₄:Cr³⁺ und deren Varianten wie Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀:Cr³⁺, Zn₃Ga₂GeO₈:Cr³⁺,Yb³⁺,Er³⁺ und ZnGa₂₋ₓ(Ge/Sn)ₓO₄:Cr³⁺, durch Festkörpermethode hergestellt [1, 9, 10, 15–21]. Keramische Scheibenproben zeigten Nachleuchtzeiten bis zu 360 h im NIR-Bereich, aber die massiven Materialien sind für in-vivo-Bioimaging ungeeignet. NIR-emittierende langpersistente lumineszente Nanopartikel von ZnGa₂O₄:Cr³⁺ [22, 23], ZnGa₂O₄:Cr³⁺,Sn⁴⁺ [19–21] und Zn₂,₉₄Ga₁,₉₆Ge₂O₁₀:Cr³⁺,Pr³⁺ [9] wurden durch Sol-Gel-Methode in Kombination mit anschließender reduzierender-atmosphäre-freier Kalzinierung synthetisiert. Die persistente Lumineszenz des Nanopartikelpulvers zeigt helle NIR-Lumineszenz im biologischen Transparenzfenster mit superlangem Nachleuchten. PEGylierung verbessert Biokompatibilität und Wasserlöslichkeit der Nanopartikel erheblich, was großes Potenzial für langfristige in-vivo-Bioimaging-Anwendungen mit hohem SNR ohne Notwendigkeit von in-situ-Anregung birgt. Es wird angenommen, dass Ionen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Erdalkaliionen, Lanthaniden und Li⁺, Co-Dotierung mit Cr³⁺ in Zinkgallat und Zinkgallogermanat bemerkenswerte NIR-persistente Lumineszenz ergeben würden [1]. Eu³⁺ in Oxid-Wirten zeigt immer eine rote Emission bei ~700 nm, die aus dem ⁵D₀-⁷F₄ intra-4f elektronischen Übergang bei kurzer UV-Anregung in das Ladungstransfer (CT) Band bei 250 nm resultiert [24]. Andererseits ist Cr³⁺ ein günstiges lumineszierendes Zentrum in Festkörpern wegen seiner schmalbandigen Emissionen (meist bei 700 nm) aufgrund des spin-verbotenen ²E-⁴A₂ Übergangs oder einer breitbandigen Emission (650–1600 nm) aufgrund des spin-erlaubten ⁴T₂-⁴A₂ Übergangs [1, 20]. Angesichts dieser Überlegungen würden Cr³⁺/Eu³⁺ co-dotierte Zinkgallat- und Zinkgallogermanate intensive NIR-persistente Lumineszenz ergeben, da das Ladungstransferband (CTB) von O²⁻-Eu³⁺ mit dem CTB von O²⁻-Ga³⁺ überlappt, und die Emission bei ~700 nm vom ⁵D₀-⁷F₄ Übergang von Eu³⁺ mit der vom ²E-⁴A₂ Übergang von Cr³⁺ überlappt. Darüber hinaus können Eu³⁺-Ionen, die Ga³⁺-Ionen in verzerrten oktaedrischen Positionen substituieren, geeignete Wirtskristallfeldstärke um Cr³⁺-Ionen ergeben, was die NIR-Emission beeinflusst. In dieser Arbeit wurden Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀:Cr³⁺,Eu³⁺ (bezeichnet als ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺) Nanopartikel durch Sol-Gel-Methode in Kombination mit anschließender reduzierender-atmosphäre-freier Kalzinierung synthetisiert, die als vielversprechende Nanosonden für zukünftiges Bioimaging dienen würden. Die Proben wurden durch detaillierte Charakterisierungen mittels kombinierter Techniken von Röntgenbeugung (XRD), Transmissionelektronenmikroskopie (TEM), STEM, selektierter Bereichselektronenbeugung (SAED), Photolumineszenz-Anregung (PLE)/Photolumineszenz (PL) Spektroskopie und temperaturabhängiger PL-Analyse untersucht. In den folgenden Abschnitten berichten wir über Synthese, Charakterisierung und Anwendung der ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ Nanopartikel.

Experimentell

Synthese

Die Ausgangsmetallquellen sind Zn(NO₃)₂·6H₂O, Cr(NO₃)₃·9H₂O, Ga₂O₃, Eu₂O₃ und GeO₂, alle 99,99 % reine Produkte von Sinopharm (Shanghai, China). Die anderen Reagenzien sind analytischer Grad und wurden von Shenyang Chemical Reagent Factory (Shenyang, China) bezogen. Zn(NO₃)₂·6H₂O und Cr(NO₃)₃·9H₂O wurden in deionisiertem Wasser gelöst. Ga₂O₃ und Eu₂O₃ wurden in Salpetersäurelösung gelöst. GeO₂ und Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) wurden in verdünnter Ammoniaklösung gelöst. Der Mischlösung wurde EDTA-Lösung langsam ohne Niederschlag zugegeben, und das Molverhältnis der gesamten Metallionen zu EDTA wurde bei 1:2 gehalten. Das atomare Molverhältnis von Zn:Ga:Ge:Cr:Eu wurde auf 3:1,984:2:0,01:0,006 festgelegt. Die finale Lösung wurde 1 h bei Raumtemperatur kräftig gerührt, dann in einem Ofen bei 85 °C für langsame Verdunstung von Wasser erhitzt, bis die Lösung ein Sol wurde, das schließlich ein Gel wurde. Das erhaltene Gel wurde 3 h bei 200 °C erhitzt, um schwarze poröse Materialien zu bilden. Schließlich wurden die porösen Materialien gemahlen und unter fließendem O₂-Gas (200 ml/min) bei ausgewählten Temperaturen für 2 h geglüht.

Oberflächenfunktionalisierung

Das ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-Pulver wurde 30 min gemahlen, dann wurden 150 mg der erhaltenen Probe in 50 ml 0,1 mol/L NaOH-Lösung gegeben. Nach 1 h Sonikation wurde die Suspension 24 h bei Raumtemperatur kräftig gerührt. Die resultierende Kolloidlösung wurde bei 1000 rpm für 10 min zentrifugiert, um große Partikel zu entfernen, und der Überstand wurde bei 10.000 rpm für 10 min zentrifugiert, um den Niederschlag zu sammeln. Die so erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-OH-Nanopartikel wurden dreimal mit deionisiertem Wasser gewaschen.

Zehn Milligramm ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-OH-Nanopartikel wurden in 4 ml Dimethylformamid (DMF) mit Ultraschallunterstützung für 10 min dispergiert. Dann wurden 40 µl 3-Aminopropyl-triethoxysilan (APTES) unter kräftigem Rühren für 24 h bei Raumtemperatur hinzugefügt. Die so erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel wurden durch Zentrifugation bei 10.000 rpm für 10 min gesammelt und dreimal mit DMF gewaschen, um unbehandeltes APTES zu entfernen.

Zellbildgebung

Hek293T-Zellen wurden in DMEM mit 10 % FBS kultiviert und in 35-mm-Kulturschalen für 2 h in einem CO₂-Inkubator ausgesät. Die so erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel wurden in Zellmedium (50 mg/ml) dispergiert, 10 min mit einer 254-nm-UV-Lampe angeregt und dann 1 h in behandelte Kulturschalen überführt. Nach Entfernen des Zellmediums wurden 0,1 ml 1 % Formaldehyd-PBS hinzugefügt und die Zellen mit 0,5 ml DAPI-Farbstoff im Dunkeln für 10 min gefärbt. Schließlich wurden die Zellen mehrmals mit PBS gewaschen für weitere Charakterisierung.

Alle Tierstudien wurden vom Universitäts-Tierschutz- und -nutzungsausschuss genehmigt.

Charakterisierungstechniken

Phasenidentifikation wurde durch XRD (Modell SmartLab; Rigaku, Tokyo, Japan) bei 40 kV/40 mA mit nickelgefilterter Cu Kα-Strahlung und Scangeschwindigkeit von 6,0° 2θ/min durchgeführt. Morphologien der Produkte wurden via TEM (Modell JEM-2000FX; JEOL, Tokyo) beobachtet. Photolumineszenz der Phosphore wurde mit einem FP-8600 Fluoröspektrophotometer (JASCO, Tokyo) analysiert. Persistente Lumineszenzsignale wurden mit Horiba JY FL3-21 erhalten. Nachleuchtzerfallsbilder wurden in einem Dunklenraum mit einem Kodak In-Vivo Imaging System FX Pro aufgezeichnet. Zellbildgebung wurde mit einem Laserscanning-Confocalmikroskop (LEICA TCS SP2, Deutschland) durchgeführt.

Alle Tierstudien wurden vom Universitäts-Tierschutz- und -nutzungsausschuss genehmigt.

Ergebnisse und Diskussion

Die Phasenreinheit der Proben wurde zuerst durch XRD untersucht. Abbildung 1 (oben) zeigt die XRD-Muster der hergestellten ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ kalziniert bei 1000 °C, die zusammen mit der spinalstrukturierten Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀ [1, 9] identifiziert wurden. Die Kristallstruktur von Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀ ist dieselbe wie die von ZnGa₂O₄ (JCPDS Nr. 38-1240), welche die Festkörperlösung von ZnGa₂O₄ und Zn₂GeO₄ ist. In der Struktur von Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀ spielt Ge die Rolle der Substitution von Ga, förderlich für Fallenbildung, während ZnGa₂O₄ die dominante Kristallstruktur ist [1]. Es gibt zwei Kationenarten in einer Elementarzelle; Zn²⁺ und Ga³⁺ sind von vier bzw. sechs Sauerstoffanionen umgeben, die ein Tetraeder und ein Oktaeder bilden (Abb. 1, unten). Berechnungen aus Beugungsdaten ergeben Gitterkonstanten für ZGGO:Cr³⁺ von a = b = ~0,8335 nm, nahe an spinalem ZnGa₂O₄ (a = b = ~0,8335 nm, JCPDS Nr. 38-1240). Aufgrund der größeren Ionenradien von Eu³⁺ (für sechsfache Koordination, r_Eu³⁺ = 0,0947 nm und r_Ga³⁺ = 0,062 nm) [25] wurde ein größerer Wert a = b = ~0,8336 nm für ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ beobachtet. Profilverbreiterungsanalyse der (311) Bragg-Reflexion wurde durch Anwenden der Scherrer-Gleichung für durchschnittliche Kristallitgrößen von 83 ± 6 nm für ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ Proben durchgeführt. In Abb. 1 (oben) finden wir auch, dass die resultierenden Produkte kalziniert bei 900 °C eine Mischung aus Spinalphase (JCPDS Nr. 38-1240) und rhomboedrischer Phase (JCPDS Nr. 11-0687) sind, was anzeigt, dass eine Kalzinierungstemperatur von ≥1000 °C nötig ist, um spinales Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀ in phasenreiner Form zu erhalten.

Abbildung 2 (links) zeigt die TEM-Morphologie für ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-Partikel, die eindeutig anzeigen, dass sie vollständig aus kubischen Partikeln bestehen, mit lateralen Größen von ~80–100 nm. Die scharfen Ecken und gut aufgelösten Gitterstreifen deuten auf ihre exzellente Kristallinität hin, während Abstände von ~0,29 nm gut zur (220)-Ebene von spinalem ZnGa₂O₄ (d(220) = ~0,29 nm, JCPDS Nr. 38-1240) passen (Inset in Abb. 2). Da die Partikelgrößen nahe an den durchschnittlichen Kristallitgrößen aus XRD-Daten liegen, können die erhaltenen Proben einkristallin sein. Die SAED-Analyse (Abb. 2 rechts) bestätigte weiter, dass die untersuchten Nanopartikel einkristallin sind. Die hier untersuchten Nanopartikel sind direkte Festkörperlösungen und keine mechanische Mischung. Elementarmapping von Zn, Ga, Ge, Cr und Eu liefert Beweise für diese Festkörperlösung, wie in Abb. 3 für ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ gezeigt. Nicht nur enthält jedes Partikel Zn, Ga, Ge, Cr und Eu, sondern alle Elemente sind gleichmäßig unter den Partikeln verteilt.

Abbildung 4 zeigt die Anregungsspektren von ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-Pulver bei Raumtemperatur. Das bei 697 nm überwachte Anregungsspektrum deckt einen sehr breiten Spektralbereich (200 bis 650 nm) ab und besteht aus vier Hauptanregungsbanden mit Peaks bei 273, 328, 410 und 569 nm. Die Anregungsbande bei 273 nm wird dem Ladungstransferband von O²⁻-Ga³⁺ im ZnGa₂O₄-Wirt zugeschrieben, während die späteren Bänder von den inneren Übergängen von Cr³⁺ stammen, einschließlich der 328-nm-Bande vom ⁴A₂ → ⁴T₁(te²) Übergang, der 410-nm-Bande vom ⁴A₂ → ⁴T₁(t²e) und der 569-nm-Bande vom ⁴A₂ → ⁴T₂(t²e) [19, 20]. Inkorporation von Eu³⁺ veränderte die Positionen der PLE-Banden nicht merklich, erhöhte aber signifikant die Intensitäten der inneren Übergänge von Cr³⁺, mit I₄₁₀/I₂₇₃ steigend von 0,18 auf 0,56. Die obigen Ergebnisse zeigen, dass Eu³⁺-Inkorporation der sichtbaren Lichtanregung förderlich ist. Allerdings zeigte das stärkste Anregungsband bei 273 nm auch, dass das Ladungstransferband von O²⁻-Ga³⁺ die effektivste Anregungswellenlänge ist. Anregung des Pulvers bei 273 nm gab ein NIR-Emissionsband bei 697 nm (Abb. 5) aufgrund des ²E → ⁴A₂ Übergangs in verzerrten Cr³⁺-Ionen in Gallogermanat, ohne Eu³⁺-Emission.

Die NIR-persistenten Lumineszenzzerfallskurven von ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ Nanopartikeln wurden bei 697 nm nach 254 nm UV-Lichtbestrahlung (Xenonlampe als Lichtquelle) für 5 min bei Raumtemperatur überwacht, wie in Abb. 6 gezeigt. Das Ergebnis demonstriert, dass die NIR-persistente Lumineszenz der ZGGO:Cr³⁺-Probe länger als 7200 s andauern und noch spürbare Intensität halten kann. Die persistente Lumineszenzintensität von ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ steigt mit Inkorporation von Eu³⁺-Ionen. Es wird angenommen, dass Lanthaniden-Ionen Co-Dotierung mit Cr³⁺ in Zinkgallogermanat bemerkenswerte NIR-persistente Lumineszenz ergeben würden, wegen ihrer wichtigen Rolle bei der Erhöhung der Menge an Antistellen-Defekten, die für die persistente Lumineszenz von Cr³⁺ im Zinkgallogermanat-Wirt verantwortlich sind [1]. Andererseits kann NIR-persistente Lumineszenz von ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ länger andauern als die von ZGGO:Cr³⁺, was anzeigt, dass Eu³⁺-Inkorporation die Nachleuchtdauer erhöhen kann. Abbildung 7 zeigt NIR-Nachleuchtzerfallsbilder von ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-Pulvern, erhalten mit einem Kodak In-Vivo Imaging System FX Pro zu verschiedenen Zeiten nach Stoppen der UV-Bestrahlung, was weiter bestätigt, dass das Nachleuchten länger als 120 min andauern und eine intensive NIR-Emissionsintensität beibehalten kann.

Zur Bewertung der Phosphorleistungen, besonders für Hochleistungsanwendungen, ist thermische Stabilität ein Schlüsselparameter. Um das thermische Quenching-Verhalten der Phosphore in dieser Arbeit zu bewerten, wurden PL-Spektren bei Temperaturen von 298 bis 573 K analysiert (Abb. 8). Für alle Proben ergab die Temperaturerhöhung eine Abnahme der Emissionsintensitäten bei 697 nm. Um ein umfassenderes Bild des thermischen Quenching-Verhaltens zu erhalten und den Wert der Aktivierungsenergie (E_a) zu schätzen, wurde die Arrhenius-Gleichung (Gleichung 1) wie folgt verwendet [26–28]:

$$ I_T = \frac{I_0}{1 + c \exp \left(-\frac{E_a}{kT}\right)} $$ (1)

wobei I₀ und I_T die Intensitäten der initialen und finalen Temperaturen sind; c die Ratekonstante; E_a die Aktivierungsenergie; und k die Boltzmann-Konstante (8,629 × 10⁻⁵ eV K⁻¹). Abbildung 8 zeigt die ln(I₀/I_T − 1) vs 10.000/T Beziehungslinien für das Emissionsband zentriert bei 697 nm für ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺. Ähnliche Aktivierungsenergien wurden berechnet: E_a = 0,23 eV für ZGGO:Cr³⁺ und E_a = 0,25 eV für ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein nicht-strahlender Übergang pro Zeiteinheit auftritt (α), kann gemäß Gleichung (2) definiert werden [29]:

$$ \alpha = s \exp \left(-\frac{E_a}{kT}\right) $$ (2)

wobei s der Frequenzfaktor (s⁻¹), k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur ist. Man sieht, dass eine niedrigere Aktivierungsenergie (E_a) zu einer größeren Wahrscheinlichkeit (α) eines nicht-strahlenden Übergangs führt. Aufgrund der ähnlichen Aktivierungsenergie zeigten ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ ähnliche thermische Stabilität, was anzeigt, dass Eu³⁺-Inkorporation die thermische Stabilität nicht signifikant beeinflusste. Allerdings wurden assoziierte Phonon-Seitenbänder (PSBs) zentriert bei 670 nm bei höherer Temperatur dominant, was verstärkte Emissionspeaks induzierte.

Wir untersuchten auch die PL-Anregungs- und Emissionsspektren der wässrigen Dispersion von ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ (Abb. 9). Im Vergleich zum ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-Pulver zeigte die wässrige Dispersion fast das gleiche Profil der PL-Anregungs- und Emissionskurven, außer der relativ schwachen Anregungsintensität bei 300 und 600 nm. Die abgeschwächte Intensität ist wahrscheinlich auf den Quenching-Effekt der O-H-Schwingung von Wasser zurückzuführen.

Hek293T-Zellen wurden hier für in-vitro-Bildgebungstests eingesetzt. Die so erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel wurden in Zellmedium (50 mg/ml) dispergiert, 10 min mit einer 254-nm-UV-Lampe angeregt und dann 1 h in behandelte Kulturschalen überführt. Abbildung 10 (links, rote Farbe) zeigt die Zelllumineszenzbildgebung, gesammelt auf einem Laserscanning-Confocalmikroskop in Abwesenheit von Anregung. Das Nachleuchten der Hek293T-Zellen war nach 1 h noch stark genug, um präzise gemessen zu werden, obwohl die Nachleuchtsignale allmählich über die Zeit abnahmen. Zum Vergleich wurde die Zelllumineszenzbildgebung auf einem Laserscanning-Confocalmikroskop in einem anderen Modus von denselben Zellen gesammelt, gefärbt mit 0,5 ml DAPI-Farbstoff (rechts in Abb. 10, simultane Anregung). Die ähnlichen Bildgebungssignale deuteten darauf hin, dass die ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel eine ausgezeichnete Bildgebungskapazität für Zellen in vitro besaßen.

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit wurden spinalstrukturierte ZGGO:Cr³⁺ und ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ Nanopartikel durch Sol-Gel-Methode in Kombination mit anschließender reduzierender-atmosphäre-freier Kalzinierung synthetisiert. Die Proben wurden durch detaillierte Charakterisierungen mittels kombinierter Techniken von XRD, TEM, STEM, SAED, PLE/PL-Spektroskopie und temperaturabhängiger PL-Analyse untersucht. Die Nanopartikel mit gleichmäßiger kubischer Form und lateraler Größe von ~80–100 nm sind einkristallin und homogene Festkörperlösungen. Anregung des Pulvers bei 273 nm gab ein NIR-Emissionsband bei 697 nm aufgrund des ²E → ⁴A₂ Übergangs in verzerrten Cr³⁺-Ionen in Gallogermanat, ohne Eu³⁺-Emission. NIR-persistente Lumineszenz von ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺ kann länger als 7200 s andauern und intensive Intensität halten. Die persistente Lumineszenzintensität von ZGGO:Cr³⁺ und die Nachleuchtdauer nehmen mit Inkorporation von Eu³⁺-Ionen zu. Allerdings beeinflusste Eu³⁺-Inkorporation die thermische Stabilität nicht signifikant. Schließlich besaßen die so erhaltenen ZGGO:Cr³⁺,Eu³⁺-NH₂-Nanopartikel eine ausgezeichnete Bildgebungskapazität für Zellen in vitro.