Development of Fluorescent Carbon-Dots for Biological Imaging

Abstract

Carbon dots are called carbon quantum dots or carbon nanoparticles (NPCs), and their use has recently started to increase thanks to their good biocompatibility, unique optical properties, easy synthesis, and low toxicity. Different kinds of carbon sources and amine sources also used as different dopes of chemical create a different emission color of CDs under UV-lamp. In this study, our aim to provide a simple synthesis of carbon dots with high quantum efficiency and low toxicity for use in cell imaging. Nitrogen and sulfur-doped carbon dots were synthesized using citric acid and thiourea, and emission was obtained in the blue-green region. After the synthesized carbon dots were seeded to the A549 cell culture, intracellular viability and cell toxicity results showed that carbon dots did not affect cell viability at certain concentrations. Afterward, the carbon dots are combined with gold nanoparticles and it is aimed to attach the gold to the surface of the carbon dots. Our aim here is to increase the efficiency of carbon dots, which give an emission peak at 550 nm, thanks to gold nanoparticles. As a result of these studies, it was proved by DAPI staining that the carbon dot is directed to the nucleus of the cell. Since it does not create a toxic effect and is transported to the cell nucleus, it allows it to be used in intracellular drug transport and imaging processes in the next stages.

Karbon noktalar, karbon karbon kuantum noktaları veya karbon nanopartiküller (KNP'ler) olarak adlandırıyor ve iyi biyouyumlulukları, benzersiz optik özellikleri, kolay sentezleri, düşük toksisiteleri sayesinde son zamanlarda kullanım alanları artmaya başlamıştır. Farklı kimyasal katkılı olarak da kullanılan farklı karbon kaynakları ve amin kaynakları, farklı dalga boylarında emisyon veren bir karbon noktaları UV lambası altında rengi oluşturur. Amacımız, hücre görüntülemede kullanılmak üzere yüksek kuantum verimliliği olan ve düşük toksisiteye sahip karbon noktalarını basit şekilde sentezlenmesini sağlamaktır. Sitrik asit ve tiyoüre kullanılarak nitrojen ve sülfür katkılı karbon dotlar sentezlenmiştir ve mavi yeşil bölgede emisyon elde edilmiştir. Daha sonrasında sentezlenen karbon noktaları A549 hücresine ekildikten sonra, hücre içi canlılık ve hücre içi toksiklik sonuçları carbon noktalarının belli yoğunluklarda hücre canlılığını etkilemediğini göstermiştir. Sonrasında karbon dotlar altın nanoparçacıklar ile birleştirilerek, altınların karbon dotların yüzeyine bağlanması hedeflenmektedir. Buradaki amacımız 550 nm de emisyon peaki veren karbon dotların verimini altın nanoparçacıklar sayesinde arttırmaktır. Bu çalışmalar sonucunda karbon noktalarının hücrenin çekirdeğine yöneldiği DAPI boyaması yapılarak kanıtlanmıştır. Hem toksik etki yaratmadığı hemde hücre çekirdeğine taşındığı için sonraki aşamalarda hücre içi ilaç taşınımı ve görüntüleme işlemlerinde kullanılmasına olanak sağlamıştır.