Facile preparazione di soluzioni acquose

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10550 (2022) Citare questo articolo

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I punti di carbonio (CD) sono classificati come una classe emergente di nanomateriali a dimensione zero con elevata biocompatibilità, fotoluminescenza, superficie sintonizzabile e proprietà idrofila. I CD, quindi, sono attualmente di interesse per le applicazioni di bioimaging e nanomedicina. In questo lavoro, i CD funzionalizzati con polietilenglicole (CD-PEG) sono stati preparati da grappoli vuoti di frutti di palma da olio mediante una tecnica idrotermale a vaso singolo. Il PEG è stato scelto come agente passivante per il miglioramento della funzionalità e delle proprietà di fotoluminescenza dei CD. Per preparare i CD-PEG, sono stati studiati gli effetti della temperatura, del tempo e della concentrazione del PEG sulle proprietà dei CD. I CD-PEG preparati sono stati caratterizzati da diverse tecniche tra cui diffusione dinamica della luce, microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione, spettroscopia fotoelettronica a raggi X, spettroscopia di fluorescenza, spettroscopia Raman, spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier e analisi termogravimetrica. I CD preparati in condizioni idrotermali a 220 ° C per 6 ore avevano una morfologia sferica con un diametro medio di 4,47 nm. Dopo la modifica, i CD-PEG erano fotoreattivi con eccellenti proprietà di fotoluminescenza. Il CD-PEG è stato successivamente utilizzato come trasportatore di farmaci per la consegna della doxorubicina [DOX] al CaCo-2, cellule tumorali del colon in vitro. DOX è stato caricato con successo sulla superficie CD-PEG confermata dai modelli FT-IR e spettrometro di massa a tempo di volo con desorbimento/ionizzazione laser assistito da matrice (MALDI-TOF/MS). È stato dimostrato con successo il trattamento selettivo di CD-PEG-DOX contro le cellule tumorali del colon-retto, rispetto alle normali cellule di fibroblasti umani.

I punti di carbonio (CD) sono una nuova classe di piccoli nanomateriali fluorescenti con una dimensione media inferiore a 10 nm1. La composizione della struttura centrale è composta principalmente da carbonio circondato o incorporato da eteroatomi e gruppi funzionali a seconda delle tecniche di sintesi2. Questi nanomateriali di carbonio sono stati esplorati per la loro buona biocompatibilità, bassa tossicità, fotoluminescenza stabile, solubilità in acqua, fluorescenza multicolore, elevata area superficiale ed eccellenti proprietà ottiche. I CD hanno trovato ampie applicazioni, ad esempio bioimaging, fotocatalisi, somministrazione di farmaci, chemio-sensing, bio-sensing e celle solari. Sono stati sviluppati diversi metodi di sintesi dei CD con varie strategie come l'ossidazione elettrochimica, l'ossidazione chimica, l'ablazione laser, la pirolisi, la carbonizzazione idrotermale e l'irradiazione con microonde3. Dopo aver valutato attentamente la letteratura esistente, si è concluso che diverse tecniche e tipi di materiali influenzano la resa e le proprietà dei CD sintetizzati. Tra questi, la sintesi idrotermale è un potenziale mezzo di sintesi di CD che può essere ampliato fino alla produzione su scala industriale. Vari precursori come buccia d'arancia, buccia di mango, paglia di grano, latte, alghe, acido citrico, acido folico, urea, glicerolo e rifiuti agricoli sono stati segnalati come precursori di CD. Tuttavia, i CD prodotti con un metodo di carbonizzazione idrotermale tradizionale hanno una resa quantica bassa. Per risolvere questo problema, è stata introdotta la sintesi one-pot sviluppata di CD passivati ​​in superficie per migliorarne le proprietà di fluorescenza e i gruppi funzionali da utilizzare come nano-portatori di molecole mirate4.

Sono stati applicati diversi agenti passivanti per la modifica dei CD per migliorarne le proprietà fotoluminescenti, come il polietilenglicole [PEG] e la polietilenimmina [PEI]. È stato scoperto che l'attaccamento di porzioni eteroatomiche sulla superficie dei CD aumenta l'emissione fluorescente dei CD. Il trattamento con PEG, la cosiddetta PEGilazione, è uno degli approcci interessanti per la preparazione di CD passivati. Questo polimero è non tossico, non immunogenico, non antigenico, solubile in acqua e facilmente coniugabile con altre biomolecole5. Ad esempio, PEG-2000 è stato utilizzato come modificatore di superficie per sintetizzare CD passivati ​​con PEG con una resa quantica migliorata, mentre i gruppi -OH erano sostanzialmente presenti sulla superficie dei CD6. Shen et al. riportato una sintesi idrotermale one-pot di successo di CD da grafene e PEG-10000 per l'applicazione di fotoelettrodi. Il fotoelettrodo CDs-PEG ha mostrato la piccola fotocorrente sotto il laser nel vicino infrarosso (NIR) e proprietà di fluorescenza più elevate rispetto ai CD non modificati7. Campos et al. hanno dimostrato la sintesi idrotermale di un punto di carbonio fluorescente utilizzando D-lattosio come fonte di carbonio e PEG-3350 come materiale di rivestimento per produrre un microgel a risposta termica. I CD-PEG sono stati incapsulati all'interno di microgel. I CD sintetizzati avevano una forma sferica con una dimensione media di ~ 4 nm. I gruppi idrossilici del PEG sono stati innestati con successo sui CD con il processo di PEGilazione8. Ruan et al. hanno studiato l'effetto di diversi modificatori per la sintesi dei CD e hanno scoperto che la resa quantica di CDs-PEG era effettivamente migliorata9.