Single dye molecule behavior in fluorescent core-shell silica nanoparticles

Chemistry of Materials

Volumn 24, Issue 2, 2012, Pages 361-372

  Cohen, Boiko ^a   Martin, Cristina ^a   Iyer, Srikant K ^b   Wiesner, Ulrich ^b   Douhal, Abderrazzak ^a  

^a UNIVERSITY OF CASTILLA LA MANCHA   (Spain)

^b Cornell University   (United States)

Author keywords

core shell silica nanoparticles; energy hopping; homo energy transfer; red absorbing fluorescent dyes; single molecule spectroscopy; singlet singlet annihilation

Indexed keywords

ENERGY HOPPING; FLUORESCENT DYES; SILICA NANOPARTICLES; SINGLE MOLECULE SPECTROSCOPY; SINGLET-SINGLET ANNIHILATION;

CHROMOPHORES; ENERGY TRANSFER; FLUORESCENCE; FLUORESCENCE SPECTROSCOPY; NANOPARTICLES; SILICA;

MOLECULES;

EID: 84856163105     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm203196w     Document Type: Article

References (84)

1. Daehne, S.; Resch-Genger, U.; Wolfbeis, O. S. Near-Infrared Dyes for High Technology Applications. Kluwer: Dordrecht, 1998.
2. Levitus, M.; Ranjit, S. Q. Rev. Biophys. 2011, 44 (1) 123-151
3. Hovius, R.; Vallotton, P.; Wohland, T.; Vogel, H. Trends Pharmacol. Sci. 2000, 21 (7) 266-273
4. Escobedo, J. O.; Rusin, O.; Lim, S.; Strongin, R. M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2010, 14 (1) 64-70
5. Buschmann, V.; Weston, K. D.; Sauer, M. Bioconj. Chem. 2003, 14 (1) 195-204
6. Frangioni, J. V. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7 (5) 626-634
7. Yao, J.; Larson, D. R.; Vishwasrao, H. D.; Zipfel, W. R.; Webb, W. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102 (40) 14284-14289
8. Sharrna, P.; Brown, S.; Walter, G.; Santra, S.; Moudgil, B. Adv. Colloid Interface Sci. 2006, 123, 471-485
9. Kim, S.; Lim, Y. T.; Soltesz, E. G.; De Grand, A. M.; Lee, J.; Nakayama, A.; Parker, J. A.; Mihaljevic, T.; Laurence, R. G.; Dor, D. M.; Cohn, L. H.; Bawendi, M. G.; Frangioni, J. V. Nat. Biotechnol. 2004, 22 (1) 93-97
10. Alivisatos, A. P.; Gu, W. W.; Larabell, C. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2005, 7, 55-76
11. Medintz, I. L.; Uyeda, H. T.; Goldman, E. R.; Mattoussi, H. Nat. Mater. 2005, 4 (6) 435-446
12. Dubertret, B.; Skourides, P.; Norris, D. J.; Noireaux, V.; Brivanlou, A. H.; Libchaber, A. Science 2002, 298 (5599) 1759-1762
13. Bonacchi, S.; Genovese, D.; Juris, R.; Montalti, M.; Prodi, L.; Rampazzo, E.; Zaccheroni, N. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 4056-4066
14. Wong, Y. J.; Zhu, L. F.; Teo, W. S.; Tan, Y. W.; Yang, Y. H.; Wang, C.; Chen, H. Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11422-11425
15. Schartl, W. Nanoscale 2010, 2, 829-843
16. Niu, D. C.; Ma, Z.; Li, Y. S.; Shi, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15144-15147
17. Cauda, V.; Schlossbauer, A.; Kecht, J.; Zurner, A.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11361-11370
18. Langhals, H.; Esterbauer, A. J.; Kinzel, S. New. J. Chem. 2009, 33, 1829-1832
19. Burns, A.; Ow, H.; Wiesner, U. Chem. Soc. Rev. 2006, 35 (11) 1028-1042
20. Choi, J. H.; Burns, A. A.; Williams, R. M.; Zhou, Z. X.; Flesken-Nikitin, A.; Zipfel, W. R.; Wiesner, U.; Nikitin, A. Y. J. Biomed. Opt. 2007, 12 (6) 064007
21. Larson, D. R.; Ow, H.; Vishwasrao, H. D.; Heikal, A. A.; Wiesner, U.; Webb, W. W. Chem. Mater. 2008, 20 (8) 2677-2684
22. Ow, H.; Larson, D. R.; Srivastava, M.; Baird, B. A.; Webb, W. W.; Wiesner, U. Nano Lett. 2005, 5 (1) 113-117
23. Herz, E.; Ow, H.; Bonner, D.; Burns, A.; Wiesner, U. J. Mater. Chem. 2009, 19 (35) 6341-6347
24. Burns, A. A.; Vider, J.; Ow, H.; Herz, E.; Penate-Medina, O.; Baumgart, M.; Larson, S. M.; Wiesner, U.; Bradbury, M. Nano Lett. 2009, 9 (1) 442-448
25. Lu, J.; Liong, M.; Zink, J. I.; Tammanoi, F. Small 2007, 3 (8) 1341-1346
26. Liong, M.; Angelos, S.; Choi, E.; Patel, K.; Stoddart, J. F.; Zink, J. I. J. Mater. Chem. 2009, 19 (35) 6251-6257
27. Lu, J.; Liong, M.; Li, Z. X.; Zink, J. I.; Tamanoi, F. Small 2010, 6 (16) 1794-1805
28. Meng, H. A.; Liong, M.; Xia, T. A.; Li, Z. X.; Ji, Z. X.; Zink, J. I.; Nel, A. E. ACS Nano 2010, 4 (8) 4539-4550
29. Synak, A.; Gil, M.; Organero, J. A.; Sanchez, F.; Iglesias, M.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113 (44) 19199-19207
30. Gil, M.; Organero, J. A.; Peris, E.; Garcia, H.; Douhal, A. Chem. Phys. Lett. 2009, 474 (4-6) 325-330
31. Gil, M.; Wang, S.; Organero, J. A.; Teruel, L.; Garcia, H.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113 (27) 11614-11622
32. Cohen, B.; Wang, S.; Organero, J. A.; Campo, L. F.; Sanchez, F.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (14) 6281-6289
33. Gil, M.; Martin, C.; Organero, J. A.; Navarro, M. T.; Corma, A.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (14) 6311-6317
34. Gil, M.; Ziolek, M.; Organero, J. A.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (21) 9554-9562
35. Bolinger, J. C.; Fradkin, L.; Lee, K.-J.; Palacios, R. E.; Barbara, P. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106 (5) 1342-1346
36. Zeng, Y.; Liu, H.-W.; Landes, C. F.; Kim, Y. J.; Ma, X.; Zhu, Y.; Musier-Forsyth, K.; Barbara, P. F. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104 (31) 12651-12656
37. Barbara, P. F.; Gesquiere, A. J.; Park, S.-J.; Lee, Y. J. Acc. Chem. Res. 2005, 38 (7) 602-610
38. Orrit, M.; Bernard, J. Phys. Rev. Lett. 1990, 65 (21) 2716-19
39. Moerner, W. E.; Kador, L. Phys. Rev. Lett. 1989, 62 (21) 2535-8
40. Vallee, R. A. L.; Marsal, P.; Braeken, E.; Habuchi, S.; De Schryver, F. C.; Van der Auweraer, M.; Beljonne, D.; Hofkens, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127 (34) 12011-12020
41. Macklin, J. J.; Trautman, J. K.; Harris, T. D.; Brus, L. E. Science 1996, 272 (5259) 255-8
42. Xie, X. S.; Dunn, R. C. Science 1994, 265 (5170) 361-4
43. Betzig, E.; Chichester, R. J. Science 1993, 262 (5138) 1422-5
44. Lee, J.-E.; Yang, J.; Gunderson, V. L.; Wasielewski, M. R.; Kim, D. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1 (1) 284-289
45. Yoo, H.; Yang, J.; Yousef, A.; Wasielewski, M. R.; Kim, D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (11) 3939-3944
46. Roeffaers, M. B. J.; De Cremer, G.; Libeert, J.; Ameloot, R.; Dedecker, P.; Bons, A.-J.; Bueckins, M.; Martens, J. A.; Sels, B. F.; De Vos, D. E.; Hofkens, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48 (49) 9285-9289
47. De Cremer, G.; Roeffaers, M. B. J.; Bartholomeeusen, E.; Lin, K.; Dedecker, P.; Pescarmona, P. P.; Jacobs, P. A.; De Vos, D. E.; Hofkens, J.; Sels, B. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49 (5) 908-911
48. De Cremer, G.; Sels, B. F.; Hotta, J.-i.; Roeffaers, M. B. J.; Bartholomeeusen, E.; Coutino-Gonzalez, E.; Valtchev, V.; De Vos, D. E.; Vosch, T.; Hofkens, J. Adv. Mater. 2010, 22 (9) 957-960
49. Tachikawa, T.; Majima, T. Chem. Soc. Rev. 2010, 39 (12) 4802-4819
50. Tachikawa, T.; Yamashita, S.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (18) 7197-7204
51. De Cremer, G.; Sels, B. F.; De Vos, D. E.; Hofkens, J.; Roeffaers, M. B. J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39 (12) 4703-4717
52. Cohen, B.; Sanchez, F.; Douhal, A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (15) 5507-5514
53. Czerney, P.; Lehmann, F.; Wenzel, M.; Buschmann, V.; Dietrich, A.; Mohr, G. J. Biol. Chem. 2001, 382 (3) 495-498
54. Cohen, B.; Alvarez, C. M.; Carmona, N. A.; Organero, J. A.; Douhal, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (5) 1819-1826
55. Herz, E. Synthesis, Characterization, and Optical Properties of Colloidal Organic Dye-Containing Fluorescent Core-Shell Silica Nanoparticle. Cornell University: 2009.
56. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3 rd ed.; Springer: New York, 2006.
57. Doeven, M. K.; van den Bogaart, G.; Krasnikov, V.; Poolman, B. Biophys. J. 2008, 94 (10) 3956-3965
58. Maus, M.; Cotlet, M.; Hofkens, J.; Gensch, T.; De Schryver, F. C.; Schaffer, J.; Seidel, C. A. M. Anal. Chem. 2001, 73 (9) 2078-2086
59. Information provided by the supplying company (Dyomics GmbH, Germany).
60. Chen, G.; Song, F.; Wang, X.; Sun, S.; Fan, J.; Peng, X. Dyes Pigments 2011, 93 (1-3) 1532-1537
61. Pauli, J.; Vag, T.; Haag, R.; Spieles, M.; Wenzel, M.; Kaiser, W. A.; Resch-Genger, U.; Hilger, I. Eur. J. Med. Chem. 2009, 44 (9) 3496-3503
62. Soto, C. M.; Blum, A. S.; Vora, G. J.; Lebedev, N.; Meador, C. E.; Won, A. P.; Chatterji, A.; Johnson, J. E.; Ratna, B. R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (15) 5184-5189
63. Luschtinetz, F.; Dosche, C.; Kumke, M. U. Bioconj. Chem. 2009, 20 (3) 576-582
64. Hofkens, J.; Maus, M.; Gensch, T.; Vosch, T.; Cotlet, M.; Koehn, F.; Herrmann, A.; Muellen, K.; De Schryver, F. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122 (38) 9278-9288
65. Xu, Y. Q.; Li, Z. Y.; Malkovskiy, A.; Sun, S. G.; Pang, Y. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (25) 8574-8580
66. Randolph, J. B.; Waggoner, A. S. Nucleic Acids Res. 1997, 25 (14) 2923-2929
67. Huang, Z. X.; Ji, D. M.; Xia, A. D. Colloids Surf., A 2005, 257-58, 203-209
68. Hong, Y. N.; Lam, J. W. Y.; Tang, B. Z. Chem. Commun. 2009, 4332-4353
69. Luo, J. D.; Xie, Z. L.; Lam, J. W. Y.; Cheng, L.; Chen, H. Y.; Qiu, C. F.; Kwok, H. S.; Zhan, X. W.; Liu, Y. Q.; Zhu, D. B.; Tang, B. Z. Chem. Commun. 2001, 1740-1741
70. Tang, B. Z.; Zhan, X. W.; Yu, G.; Lee, P. P. S; Liu, Y. Q.; Zhu, D. B. J. Mater. Chem. 2001, 11, 2974-2978
71. Vogelsang, J.; Cordes, T.; Forthmann, C.; Steinhauer, C.; Tinnefeld, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106 (20) 8107-8112
72. Widengren, J.; Schwille, P. J. Phys. Chem. A 2000, 104 (27) 6416-6428
73. Vogelsang, J.; Cordes, T.; Tinnefeld, P. Photochem. Photobiol. Sci. 2009, 8 (4) 486-496
74. Heilemann, M.; Margeat, E.; Kasper, R.; Sauer, M.; Tinnefeld, P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127 (11) 3801-3806
75. Roy, S.; Woolley, R.; MacCraith, B. D.; McDonagh, C. Langmuir 2010, 26 (17) 13741-13746
76. Rampazzo, E.; Bonacchi, S.; Montalti, M.; Prodi, L.; Zaccheroni, N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129 (46) 14251-14256
77. Montalti, M.; Prodi, L.; Zaccheroni, N.; Battistini, G.; Marcuz, S.; Mancin, F.; Rampazzo, E.; Tonellato, U. Langmuir 2006, 22 (13) 5877-5881
78. Wang, L.; Tan, W. H. Nano Lett. 2006, 6 (1) 84-88
79. Nooney, R. I.; McCahey, C. M. N.; Stranik, O.; Guevel, X. L.; McDonagh, C.; MacCraith, B. D. Anal. Bioanal. Chem. 2009, 393, 1143-1149
80. Hofkens, J.; Cotlet, M.; Vosch, T.; Tinnefeld, P.; Weston, K. D.; Ego, C.; Grimsdale, A.; Mullen, K.; Beljonne, D.; Bredas, J. L.; Jordens, S.; Schweitzer, G.; Sauer, M.; De Schryver, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100 (23) 13146-13151
81. Langhals, H.; Esterbauer, A. J.; Walter, A.; Riedle, E.; Pugliesi, I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16777-16782
82. Vosch, T.; Hofkens, J.; Cotlet, M.; Kohn, F.; Fujiwara, H.; Gronheid, R.; Van Der Biest, K.; Weil, T.; Herrmann, A.; Mullen, K.; Mukamel, S.; Van der Auweraer, M.; De Schryver, F. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4643-4648
83. Piao, Y.; Burns, A.; Kim, J.; Wiesner, U.; Hyeon, T. Adv. Funct. Mater. 2008, 18 (23) 3745-3758
84. Benezra, M.; Penate-Medina, O.; Zanzonico, P. B.; Schaer, D.; Ow, H.; Burns, A.; DeStanchina, E.; Longo, V.; Herz, E.; Iyer, S.; Wolchok, J.; Larson, S. M.; Wiesner, U.; Bradbury, M. S. J. Clin. Invest. 2011, 121 (7) 2768-2780