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