Mn2+-activated calcium fluoride nanoprobes for time-resolved photoluminescence biosensing

Abstract

Time-resolved (TR) photoluminescence (PL) technique has shown great promise in ultrasensitive biodetection and high-resolution bioimaging. Hitherto, almost all the TRPL bioprobes are based on the parity-forbidden f→f transition of lanthanide ions. Herein, we report TRPL biosensing by taking advantage of the d→d transition of transition metal (TM) Mn 2+ ion. We demonstrate that the Förster resonance energy transfer (FRET) signal can be distinguished from that of radiative reabsorption process through measuring the PL lifetime of Mn 2+ , thus establishing a reliable method for Mn 2+ in homogeneous TR-FRET biodetection. We also demonstrate the biotin receptor-targeted cancer cell imaging by utilizing biotinylated CaF 2 :Ce,Mn nanoprobes. Furthermore, we show in a proof-of-concept experiment the application of the long-lived PL of Mn 2+ for TRPL bioimaging through the burst shot with a cell phone. These findings provide a general approach for exploiting the long-lived PL of TM ions for TRPL biosensing, thereby opening up a new avenue for the exploration of novel and versatile applications of TM ions.

Люминесцентные Наноматериалы, Допированные Редкоземельными Ионами, И Перспективы Их Биомедицинского Применения (Обзор)

“…Для того чтобы минимизировать эти побочные негативные эффекты, был разработан метод флуоресцентного анализа с временным разрешением (ФАВР). Этот метод основан на том, что время жизни РЗИ в возбужденном состоянии обычно составляет порядка нескольких десятков миллисекунд, что намного больше, чем короткоживущий фоновый сигнал от биологической ткани [143][144][145][146][147][148][149][150].…”

“…Наночастицы GdF 3 : Dy стали одним из первых нанобиозондов для обнаружения следовых количеств авидина в методе ФАВР [145,148]. Позже для этого метода были синтезированы и исследованы в качестве чувствительных зондов ультрамалые наночастицы CaF 2 , допированные РЗИ [146,150]. Результаты исследований однозначно показали, что долгоживущая люминесценция РЗИ в сочетании с методикой временного разрешения особенно эффективны для устранения нежелательной короткоживущей фоновой автофлуоресценции клеток и тканей.…”

Bimodal Ultrasound and X-ray Bioimaging Properties of Particulate Calcium Fluoride Biomaterial

“…Therefore, this material holds tremendous promise for biomedical applications. For instance, it was tested for wound healing when formulated in hydrogels [20], 19 F magnetic resonance imaging [21], photoluminescence biosensing when doped with Mn 2+ [22], biomedical imaging when doped by Tb 3+ /Gd 3+ [23], and for targeted labeling of cancer cells when doped with Eu 3+ [12]. Due to its high fluorine content, most of the studies are limited to the potential of calcium fluoride in dental applications [16,[24][25][26].…”

Lanthanide-doped near-infrared II luminescent nanoprobes for bioapplications

“…Luminescent probes play a crucial role in numerous bioapplications including bioimaging, biodetection, as well as disease diagnosis and therapeutics [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Currently, the visible emitting probes are widely used for in vitro studies.…”