1. Lanthanide-Complex-Loaded Polymer Nanoparticles for Background-Free Single-Particle and Live-Cell Imaging
- Author
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Andrey S. Klymchenko, Loïc J. Charbonnière, Anne Runser, Hortense Bartenlian, Niko Hildebrandt, Marcelina Cardoso Dos Santos, Andreas Reisch, Aline Nonat, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Bioimagerie et Pathologies (LBP), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Sciences Analytiques et Interactions Ioniques et Biomoléculaires (DSA-IPHC), Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-16-CE09-0007,supertrack,Nanoparticules polymériques fluorescentes ultrabrillantes et biocompatibles pour l'imagerie rapide intracellulaire à haute-résolution(2016), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, NanoBioPhotonics (NANO), Département Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale (B3S), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire de Biophotonique et Pharmacologie - UMR 7213 (LBP), Réseau nanophotonique et optique, and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Lanthanide ,General Chemical Engineering ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Nanoparticle ,Nanotechnology ,quantum dots ,02 engineering and technology ,bright ,in-vitro ,010402 general chemistry ,01 natural sciences ,dyes ,Live cell imaging ,emission ,Materials Chemistry ,luminescence ,Molecule ,[CHIM.COOR]Chemical Sciences/Coordination chemistry ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,time-resolved fluorescence ,chemistry.chemical_classification ,General Chemistry ,Polymer ,tracking ,021001 nanoscience & nanotechnology ,0104 chemical sciences ,agents ,Autofluorescence ,chemistry ,Particle ,photoluminescence ,Time-resolved spectroscopy ,0210 nano-technology - Abstract
WOS:000471728200021; International audience; Imaging single molecules and nanoparticles in complex biological media is highly challenging notably due to autofluorescence of cells and tissues. Lanthanides and lanthanide complexes, with their particularly long luminescence lifetimes, offer the possibility to perform time-gated imaging and thus to strongly reduce the autofluorescence background. However, their very low brightness and photon flux have limited their use in single-molecule imaging. Here, we encapsulate high amounts of Europium complexes into poly(methyl methacrylate)-based particles of 10, 20, and 30 nm size. The resulting particles contain up to 5000 copies of the complex with a quantum yield of \textgreater= 0.2, resulting in a per particle brightness of up to 4 x 10(7) M-1 cm(-1). They can be imaged at the single-particle level using low illumination intensities (0.24 W cm(-2)) and low acquisition times (300 ms) and internalize well into living cells, where they can be monitored through time-gated imaging at illumination conditions compatible with living specimen. These Eu-complex-loaded nanoparticles can thus be applied for highly sensitive and autofluorescence-free imaging and have the potential to become very performant probes for fast intracellular tracking of single biomolecules.
- Published
- 2019
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