A low cytotoxic and ratiometric fluorescent nanosensor based on carbon-dots for intracellular pH sensing and mapping

费斯特共振能量转移 荧光 纳米传感器 荧光素 荧光团 内吞循环 生物物理学 材料科学 细胞内 光化学 化学 纳米技术 内吞作用 生物化学 细胞 生物 物理 量子力学
作者
Fangkai Du,Yunhao Ming,Fang Zeng,Changmin Yu,Shuizhu Wu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:24 (36): 365101-365101 被引量:116
标识
DOI:10.1088/0957-4484/24/36/365101
摘要

Intracellular pH plays a critical role in the function of cells, and its regulation is essential for most cellular processes. In this study, we demonstrate a fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based ratiometric pH nanosensor with carbon-dot (CD) as the carrier. The sensor was prepared by covalently linking a pH-sensitive fluorescent dye (fluorescein isothiocyanate, FITC) onto carbon-dot. As the FRET donor, the carbon-dot exhibits bright fluorescence emission as well as λex-dependent photoluminescence emission, and a suitable excitation wavelength for the donor (CD) can be chosen to match the energy acceptor (fluorescein moiety). The fluorescein moieties on a CD undergo structural and spectral conversion as the pH changes, affording the nanoplatform a FRET-based pH sensor. The CD-based system exhibits a significant change in fluorescence intensity ratio between pH 4 and 8 with a pKa value of 5.69. It also displays excellent water dispersibility, good spectral reversibility, satisfactory cell permeability and low cytotoxicity. Following the living cell uptake, this nanoplatform with dual-chromatic emissions can facilitate real-time visualization of the pH evolution involved in the endocytic pathway of the nanosensor. This reversible and low cytotoxic fluorescent nanoplatform may be highly valuable in a variety of biological studies, such as endocytic trafficking, endosome/lysosome maturation, and pH regulation in subcellular organelles.
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