Fluorescent Nanoprobes Emitting in Near-Infrared Region for Biomedical Applications

Abstract

Hlavním cílem této práce je podrobný výzkum fluorescenčních nanosond emitujících v blízké infračervené oblasti a jejich využití v biomedicíně. Jsou studovány zejména fluorescenční nanodiamanty (FND) a zlaté nanoklastry (AuNC). Nejprve byl zkoumán potenciál FND pro in vivo vizualizaci sentinelových lymfatických uzlin v myším modelu. Tato studie ukázala, že FND modifikované manózou vykazují vyšší internalizaci makrofágy a lepší retenci v sentinelových lymfatických uzlinách v porovnání s výchozími FND. Kromě využití v bio-zobrazování byly FND použity i pro přesné měření teploty v buňkách s difrakčním rozlišením. V této práci byly FND použity jako sondy pro lokální měření změn teploty v důsledku aktivity hipokampálních neuronů. Dále byl zkoumán potenciál AuNC, jakožto možných fluorescenčních značek pro značení a zobrazování buněk. Jednoduchou syntetickou cestou byly připraveny stabilní AuNC. Dalšími modifikacemi pomocí různých ligandů bylo dosaženo zvýšení intenzity fotoluminiscence a prodloužení doby života fotoluminiscence. Práce dále popisuje reverzibilní světelně a tepelně indukované účinky na fotoluminiscenční vlastnosti syntetizovaných AuNC. Bylo též prokázáno zesílení fotoluminiscence AuNC pomocí použití konjugace s plazmonickým systémem - zlatými nanotyčemi. Nakonec byla dosažena internalizace...

The primary focus of this thesis is to conduct an in-depth investigation into the capabilities of near-infrared photoluminescent (PL) nanoprobes and their application in biomedicine. Specifically, this research explores the potential of fluorescent nanodiamonds (FNDs) and gold nanoclusters (AuNCs). First, the thesis examined the potential of FNDs for in vivo visualization of mice sentinel lymph nodes (SLNs). The study observed that FNDs modified with mannose exhibited greater uptake by macrophages and improved retention within SLNs compared to non- mannosylated FNDs. In addition, FNDs possess a remarkable capacity to accurately measure cellular temperature as was demonstrated by local temperature variation measurements associated to hippocampal neurons firing. Furthermore, the study explored the potential of AuNCs as viable tools for cellular imaging. A simple synthetic approach was developed to create AuNCs with enhanced stability, ligand-based PL enhancement, and prolonged fluorescence lifetime. The thesis also describes the reversible photo- and thermal-induced effects on the PL properties of the synthesized AuNCs. Additionally, the enhancement of AuNCs' PL through their combination with plasmonic nanostructures, specifically gold nanorods, was described. Lastly, a successful visualization of the...