Tugas Review Jurnal Bioanorganik
I.
Pendahuluan
Ion trivalen Lantanida
(LN3+) yang berfungsi sebagai dopat dalam nanokristal untuk mencapai
karakteristik lumisens yang unik sangat langka di bumi. Melalui poses foton
upkonvesi (UC) nanopartikel mampu menyerap gelombang radiasieksitasi yang
panjang pada Inframerah (IR) atau Inframerah jarak dekat (NIR) dan memancarkan
bilangan gelombang yang pendek, radiasi energi yang lebih tinggi dari
ultraviolet ke inframerah. Fenomena emisi anti stokes dapat tercapai melalui
penyerapan berurutan dari dua atau lebih foton eksitasi dan merupakan contoh
dari proses optik non-liner [1,2]. Akibatnya, proses UC dapat disebabkan oleh
daya rendah, laser gelombang kontinyu (1-103 W cm-2), menghindarkan kebutuhan
dengan biaya tinggi, laser intensitas tinggi berdenyut (106 – 109 W cm-2) yang
diperlukan untuk simultan percobaan penyerapan multi foton seperti simutan
penyerapan dua foton (STPA) dan generasi kedua harmonik (SHG) [1,3,4].
(Contoh lanthanida kompleks pada NIR a. Kompleks Nd3+ b. Yb(FxITC))
|
Lima mekanisme dasar
dimana foton UC dapat tercapai setelelah identifikasi :
- · Penyerapan keadaan tereksitasi (ESA)
- · Upkonversi koperasi (CUC)
- · Tembakan foton (PA)
- · Perpindahan energi upkonversi (ETU)
- · Energi migrasi (EMU)
Bahan – bahan yang
mampu menghasilkan emisi UC telah digunakan dalam perankat optik seperti
counter kuantum infra merah (IRQC), compact solid state lasers, dan pencahayaan
dan penampikan. Bahan tersebut dapat digunakan sebagai penguat sinyal dan sel
surya. Penelitian tentang sifat UC nanomaterial telah dilakukan dalam kurun
waktu beberapa dekade. Sampai sebelum 2003 penelitian nyata, larutan monodisper
colloidally yang stabil, upkonversi nanopartikel kualitas tinggi telah
ditemukan dan aplikasidalam diagnostik, theranostik, dan pencitraan biolgis
telah diusulkan.
UCNp menhasilkan emisi
yangbagus ditandai dengan besarnya anti stokes bergeser dan emisi bandwitch
yang tajam (10-20 nm lebar penuh pada setengah maksimal) menawarkan kesemptana
signifikansi untuk kapsitas multiplek optical. Penggunaan radiasi eksitasi NIR
meungkinkan untuk memperdalam penetrasi sampel biologis bersamaan dengan
tingkat autofluorosense yang sangat rendah karena bahan biologis dapat
transparan pada wilayah spektrum elektromagnetik ini. UCNp menunjukan nilai
resistensi yang tinggi terhadap fotobleaching dan memancarkan terus menerus
bahkan setlahkontak terlalu lama dengan radiasi eksitasi. Jadi UCNp menawarkan
keutungan kinerja analitik dibandingkan pewarna molekul dan qds.
Fenomena
Upkonversi
Upkonversi adalah
proses optik yang mellibatkan koversi energi foton lebih rendah ke energi lebih
tinggi. Lima mekanisme berbeda untuk foton UC telah diidenntifikasi yang
semuanya bergantung pada oenyerapan berurutan minimal dua foton eksitasi.
Mekanisme dapat dioperasikan sendiri atau dalam kombinasi, dan telah dibahas
sebagai berikut :
- Penyerapan Keadaan Tereksitasi (Excited state absorption /ESA)
- Transfer Energi Upkonversi Energy transfer upconversion /ETU)
- Upkonversi kopertif (Cooperative upconversion/CUC)
- Efek Foton Melimpah (Photon avalanche (PA) effect)
- Pergerakan Energi Upkonversi (Energy migration upconversion /EMU)
Komposisi
UCNp
UCNp
lumisense terdiri dari kisi kristal anorganik. Umumnya LN3+
berkonsentrasi rendal dalam kristal sebagai perancah posisi ion dopan lumisense
dalam tiga dimensi. Sesuai ETU distribusi spasial dan jarak antar ion dopan
mempengaruhi proses UC. Seteah banyak material Ln-terdop diteliti, efisiensi UC
lumisense, efisiensi UC lumisense dapat tercapai dengan mengontrol profil emisi
dari pemilihan kisi material, seleksi ion dopan dan konsentrasi dopan.
II.
Pembahasan
Sintesis
Metode paling sering
untuk preparasi UCNPs didop dengan Ln3+ adalah komposisi termal, hidro termal
dan co – presipitasi suhu tinggi.
1.
Metode Komposisi Termal
Membutuhn
kontrol suhu reaksi yang ketat,prekusor mahal yang sensitif udara, pelarut
organik, adanya inert atmosfer dan setelah wwaktu reaksi yang pendek merupakan
salah satu metode yang populer. Biasanya menggunakan prekusor organik dan tipe permukaannya
memilki capping polar dan rantai hidrokarbon yang panjang. Reaksi sintesis
dibedakan menjadi 4 tahapan yakni nukleasi dalam waktu delay, pertumbuhan
partikel oleh monomer, penyusutasn ukuran dengan monomer dan agregasi. Contoh
prosesnya :
2.
Hidro Termal
Adalah
Metode solusi berbasis pendekatan yang
khas, dimana biasanya bekerja pada suhu tinggi dan tekanan [5, 31, 35, 36].
Beda dengan metode dekomposisi termal, metode ini dapat terjadi pada sistem
berbasis air dan pada suhu relatif lebih rendah (160-220 °
C) dan relatif ramah lingkungan. Prosesnya efektif dan
nyaman pada persiapan bahan anorganik dengan beragam morfologi dan desain
terkendali.
3.
Co –Presitipasi Suhu Tinggi
Dianggap
salah satu metode paling lancar dan nyaan mempersiapkan nanokristal Ln-doped UC
dengan ukuran ultra kecil (<10 nm). Sebaliknya dengan teknik lain, wadah
reaksi khusus, prosedur sintesiskomplek, waktu reaksi yang lama dan kondisi
reaksi yang ketat tidak dibutuhkan
Modifikasi Permukaan
Strategi modifikasi
permukaan kimia dengan hipotesa sebelum dan sesudahnya. Beberapa cara
modifikasinya adalah
1.
Pertukaran Ligan
2.
Oksidasi Ligan
3.
Absorpsi Ligan
4.
Layer-by-layer
assembly
5.
Modifikasi ligan bebas
6.
Silanisasi
|
Biokonjugasi
Konjugasi
biomolekular (protein, asam nukleat, antibodi dll) pada permukaan termodifikasi
NP menyediakan penargetan atau untuk interaksi selektif yang dapat
ditransduksi. Molekul biologis dapat dipasngkan dengan permukaan UCNP melalui
ikatan kovalen seperti kopling peptida antara amina dan gugus karbosiklis atatu
melalui interaksi non kovalen seperti adsorpsi pada muatan negatif asam nukleat
dengan muatan positif permukaan NP.
Bioassay dan Biosensor
Penggunaan
pewarna organik dan QDs dalam bioassay dan biosensor, serta aplikasi UCNPs
didorong oleh adanya potensi untuk aplikasi in vivo karena toksisitas rendah
dan penyerapan di daerah spektra NIR & IR memungkinkan untuk penetrasi
jaringan lebih dalam dan meminimalkan kerusakan organisme hidup begitu pula
berpotensi pada in vitro. Penggunaan radiasi eksitasi NIR dan IR pada bioassay
mengurangi sinyal latar belakang dengan ameliorating otomatis fluorosence dan
menghamburkan cahaya, yang meningkatkan sensitivitas dan signal to – noise.
UCNPs adalah fotostabil dan dapat beroperasi terus menerus dalam kurun waktu
yangpanjang bahkan pada keadaan medan listrik yang tinggi. UCNPs telah
digunakan sebagai label pasif dalam bioassay. Strategi baru dalam sintesis
UCNPs, pemilihan dari LRET akseptor dan desain uji melaporkan untuk
meningkatkan efisiensi LRET. Penggunaan UCNPs dalam bioassay meliputi UCNPs dan
protein,UCNPs dan asam nukleat dan UCNps dengan berbagai target lainnya seperti
reaksi berikut
a. skema untuk targetDNA menggunakan UCNPs sebagai
donor dan AF546 dan AF700 sebagai akseptor
b.
Profil emisi dan eksitasinya
|
Aplikasi In vivo
UCNPs
digunakan pada aplikasi bioanalitik difokuskan aplikasi bioimaing. Walaupun sebelumnya telah ada
fluorophores organik dan QDs. Namun karena kelebihannya yang mmapu meningkatkan
sinyal to noise dengan NIR karena menurunkan autofluorosense, radiasi eksitasi
oleh NIR pada UNCPs mampu menetrasi lebih dalam, dan NIR tidak terlalu merusak
jaringan biologis dibanding radiasi UV yang sering digunakan oleh flurophores.
Adanya kemungkinan multi warna pada bioimaging dengan UNCPs tergantung pada
sifat dari tipe UCNPs spesisfik
Toksisita UCNPs
UCNPs
telah banyak diujikan secara in vivo dan menunjukan secara umum memilki
tosksisitas rendah, biodistribusi dan sitotoksisitas bergantung pada ligan
coatingnya dan masih diperlukan lagi evaluasi data toksisitas pada hewan yang
besar.
Bioimaging
Gambaran
pembedahan dibawah radiasi NIR
|
a. Injeksi intradermal
b. Skema tempat penyuntikan dan kelenjar getah bening
c. Gambaran dibawah radiasi IR
d.
Gambaran
pembedahan dibawah radiasi NIR
|
Gambaran distribusi UCNPs pada waktu tertentu
(a-d) 30 menit setelah injeksi
(e-h) 60 menit setelah injeksi
|
Theranostik
Adalah
kombinasi diagnostik dan terapi untuk melawan kanker, konsep secara bersamaan
mendeteksi tumor, mengobati dan memantau kemajuan pengobatan dapat dilakukan
dengan UCNPs. Dari percobaan yang telah dilakukan sesuai reaksi
Menunjukan
utilitas UCPNs sebagai agen pengirim oba dan aktivator obat in vivo membuka
jalan pengobatan kanker jaringan dalam dengan media PDT olehaktivasi
menggunakan NIR
|
III.
Kesimpulan
dan Outlook
Kesimpulan
Masih
adanya isu penting yang harus mendapat penanganan lebih lanjut. Hal sintesis,
adanya variasi betch mengakibatkan inkonsistensi sifat luminesen yang
dihasilkan dari permukaan dan variasi ukuran. Keberhasilan UNCPs masih dibatasi
pada upkonversi yang hanya menghasilkan efiseinsi 1%. Telah ada upaya dalam hal modifikasi permukaan
dimana mengembangkan agar larut dalam air. Pada UNCPs sebagai aplikasi bioassay dan bioimaging in vivo masih
banyak yang harus diselidiki.
Outlook
Meskipun
UNCPs memiliki banyak manfaat dan mampu menjadi satu alternatif pengobatan
kanker dan tumor seperti yang telah disebutkan bahwa perlu adanya kajian yang
mendalam mengenai efek dampak dan pengembangan keberlanjutan mengenai
metodeyang digunakan
Sudahbarang
tentu akan menjadi sangat bermanfaat apabila UNCPs dapat dimanfaatkan sebagai
theranostik karena banyak nyawa yang akan diselematkan
Komentar
Posting Komentar