Modulation of the optical properties of semiconductor nanocrystals (Quantum Dots) by surface modification : Applications

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de nanoherramientas basadas en nanopartículas semiconductoras luminiscentes (Quantum Dots, QDs) mediante su modificación superficial. Esto incluye la creación de elementos de control de las propiedades ópticas de las nanopartículas así como también el diseño de métodos de unión específica a biomoléculas e internalización en células. Con este fin, se sintetizaron una serie de tricarbocianinas simétricas y asimétricas como sensores fluorescentes de Zn(II) y pH, ópticamente activos en la zona del infrarrojo cercano (Near Infrared Region, NIR) del espectro de radiación. Se trabajó en esta zona del espectro debido a las múltiples ventajas para su aplicación en biomedicina, microscopía de fluorescencia o química de materiales, ya que ofrece mínima interferencia de absorción y fluorescencia con muestras biológicas y una alta penetración en tejidos, entre otras. Asimismo, los fluoróforos obtenidos fueron conjugados con diferentes plataformas, entre las que se incluyen el uso de monocapas autoensambladas, dendrímeros y nanopartículas fluorescentes (Quantum Dots) y de oro. Se describe la síntesis, caracterización estructural, propiedades ópticas y funcionamiento de los sensores en solución y en dichos sistemas supramoleculares. Finalmente, se diseñaron y desarrollaron sensores de pH fluorescentes basados en Quantum Dots conjugados con fluoróforos, uno de los cuales fue utilizado en microscopía confocal y de tiempo de vida media de fluorescencia para la marcación específica en células con el fin de estudiar procesos celulares in‐vivo. Este sistema se presenta como un prototipo de sensado celular basado en determinaciones resueltas en el tiempo.The aim of this thesis is the development of nanotools based on luminescent semiconductor nanoparticles (Quantum Dots, QDs) by means of its surface modification. This approach includes the development of control elements of the optical properties of the nanoparticles, besides the design of methods for specific recognition of biomolecules and cell internalization. Several symmetric and asymmetric tricarbocyanines dyes were synthesized as fluorescent sensors for Zn(II) and pH, which are active in the near infrared (NIR) region of the electromagnetic spectrum. Emissive dyes in this region of the radiation spectrum have multiple advantages regarding their application in biomedicine, fluorescence microscopy and chemistry of materials. In the NIR region, the radiation is relatively poorly absorbed by biomolecules and can penetrate deeply into tissues. Moreover, there is also less cellular autofluorescence in this region. In addition, the dyes synthesized were conjugated to different platforms, such as self‐assembled monolayers, dendrimers, Quantum Dots and gold nanoparticles. The synthesis, structural characterization, optical properties and performance of fluorescent sensors both in solution and in such supramolecular systems is described. A novel pH fluorescent sensor based on a pH‐sensitive dye conjugated to Quantum Dots was developed. The nanoprobe was used to study the cellular processes in vivo by means of confocal and fluorescence lifetime imaging microscopy. The fluorophore‐ QD conjugate nanosensor is a prototype of a series of lifetime‐based cellular sensors.Fil:Menéndez, Guillermo Oscar. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina