중합 중 유기 염료와 반도체 양자점을 이용한 고분자 마이크로비드의 발광 인코딩

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12061(2022) 이 기사 인용

1652 액세스

1 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

발광 인코딩된 마이크로비드는 발광 검출은 물론 멀티플렉싱 및 바코드 전략을 활용하는 생명 과학 및 재료 과학의 다양한 응용 분야에 중요한 도구입니다. 이러한 비드의 준비에는 종종 간단한 팽창 절차나 LbL(층별) 기술을 사용한 표면 기능화를 사용하여 분자 발광단으로 미리 제조된 비드를 염색하는 작업이 포함됩니다. 대안적으로, 이들 발광단은 중합체 비드를 생성하는 중합 반응 동안 입체적으로 통합된다. 광범위하게 여기 가능하고 크기 조정이 가능하며 좁은 방출 대역과 낮은 광표백 감도를 제공하는 반도체 양자점(QD)의 유리한 광학 특성은 QD로 염색된 비드의 준비를 촉발시켰습니다. 그러나 발광 특성을 크게 제어하는 ​​이러한 QD의 콜로이드 특성과 표면 화학은 거의 체계적으로 평가되지 않은 비드 인코딩에 새로운 과제를 제시합니다. 발광 손실을 최소화하면서 QD를 사용한 비드 인코딩에 대한 간단한 접근 방식을 확립하기 위해 올레산/올레일아민 안정화 CdSe/CdS-코어/쉘-QD를 0.5~2.5μm 크기의 폴리스티렌(PS) 마이크로스피어에 통합하는 것을 체계적으로 평가했습니다. 유기 염료 Nile Red로 처음 최적화된 간단한 분산 중합 합성을 통해. 발광단 인코딩 비드의 준비를 위해 해결된 매개 변수에는 QD용 벤질디메틸옥타데실암모늄 염화물(OBDAC)과 같은 폴리머 호환 리간드의 사용과 발광단 누출을 방지하기 위한 가교가 포함됩니다. 생성된 비드의 물리화학적 및 광학적 특성을 전자 현미경, 동적 광산란, 광학 분광학 및 형광 현미경을 사용하여 조사했습니다. 입자 크기 분포, 캡슐화된 QD의 형광 양자 수율 및 QD 누출 안정성이 비드 품질에 대한 척도로 사용되었습니다. 파생된 최적화된 비드 인코딩 절차를 통해 CdSe/CdS-QD뿐만 아니라 유기 염료로 인코딩된 밝은 PS 마이크로비드를 재현 가능하게 준비할 수 있습니다. 이들 비드는 처음에 매우 강하게 발광하는 QD와 비교하여 약 35%의 값으로 감소된 광발광 양자 수율을 나타내지만 그럼에도 불구하고 이들의 광발광 양자 수율은 여전히 ​​적당합니다.

분자 또는 나노 규모의 발광단으로 인코딩된 발광 폴리머 비드는 형광 분광학, 미세형광법, 형광 현미경 및 유세포 분석과 함께 지난 수십 년 동안 생명 과학 및 재료 과학에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 입자에는 종종 단백질, 항체 또는 분석물 반응 염료와 같은 인식 부분이 부착될 수 있는 표면 기능 그룹이 장착되어 있습니다1,2. 이는 (바이오) 이미징, 생물 의학 분석 및 화학 감지를 포함한 다양한 응용 분야를 열어줍니다3,4,5,6,7,8. 발광 폴리머 나노비드는 종종 세포 라벨링 및 분석 플랫폼에 사용되지만 일반적으로 더 큰 마이크로비드는 비드 기반 생물 분석 및 스펙트럼 다중화 계획에 사용됩니다8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 , 20, 21, 유세포 분석법 또는 형광 현미경과 함께 색상 인코딩 또는 최근에는 수명 인코딩 22을 활용합니다. 여기서, 인코딩된 캐리어 비드의 발광 색상 또는 수명은 비드 표면 화학에 대한 식별 코드로 활용되며 이후 비드에 결합된 캡처 대상은 추가 스펙트럼으로 구별 가능한 형광 라벨의 도움으로 정량화됩니다. 나노 및 마이크로미터 크기의 인코딩된 비드는 보안, 위조 방지, 인증 애플리케이션 및 인쇄된 코드에도 활용할 수 있습니다.

폴리머 비드의 발광 인코딩에 대한 일반적인 접근 방식은 발광단을 포함하는 무극성 유기 용매를 첨가하여 미리 제조된 폴리스티렌(PS) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 비드의 팽창을 제시하며, 이는 발광단이 비드 매트릭스26,27,28에 침투할 수 있도록 합니다. 이러한 절차는 예를 들어 비드 기반 플랫폼용 캐리어로 적용되는 다양한 표면 기능을 지닌 비드의 제조에 사용되었습니다. 또는 미리 제작된 비드를 층별로 코팅할 수도 있습니다. 이 다재다능한 접근 방식에는 콜로이드 반도체 양자점(QD) 또는 유기 염료와 같은 나노 결정을 포함하는 반대로 하전된 고분자 전해질 층의 단계별 증착이 포함됩니다. 이로써 표면 염색만 달성되고 이에 따라 변경된 비드 표면 화학은 후속 생체접합 단계에 문제를 일으킬 수 있습니다. 또 다른 방법은 유기 염료33,34,35,36 및 다양한 나노결정13,37,38,39,40,41,42,43에 대한 중합 반응 중에 발광단을 통합하는 것입니다. 여기서, 발광 화합물은 단량체 용액에 용해 또는 분산되거나 반응 혼합물에 첨가된다. 이 절차는 비드 내에서 균일한 발광단 분포를 제공할 수 있지만 때때로 가혹한 중합 조건44에서 살아남을 수 있는 적절한 용해도 또는 분산성을 갖춘 충분히 안정적인 방출기가 필요합니다.