Spectroscopically Detected Formation of Oxygen Vacancies in Nano-Crystalline CeO2 – x

In this work the peculiarities of oxygen vacancies formation in cerium oxide nanoparticles for different external influences have been investigated by spectroscopic methods. The features of oxygen vacancies and therefore non-stoichiometric cerium oxide formation in CeO2 nanocrystals depending on the atmosphere of high temperature treatment were investigated. Stimulation of oxygen vacancies formation in reducing and neutral atmospheres was revealed. Occurrence of two different luminescence centers (viz. the charge-transfer complexes formed by Ce4 + and O2 – ions, and Ce3 + ions stabilized by vacancies) after cerium oxide nanoparticles annealing in a neutral atmosphere has been observed. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3094

Spectroscopically detected segregation of Pr3+ ions in Y2SiO5 nanocrystals

Segregation of Pr3+ ions in Y2SiO5:Pr3+ nanocrystals was revealed by means of spectroscopic techniques. Increase of doped ions concentration in the near-surface layer of Y2SiO5:Pr3+ nanocrystals was confirmed by modification of luminescence spectra with the heat treatment temperature. Relaxation of excess elastic stresses created by Pr3+ ions with volumes greater than volume of regular Y3+ ion was determined to be the main cause of observed effects. Theoretical estimations clearly confirm the preliminary predictions. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3543

Migration of Frenkel Excitons in PIC J-aggregates

Using luminescent exciton traps, an efficiency of the exciton migration in J-aggregates of pseudoisocyanine dye in solutions has been investigated. Applying a modified Stern-Volmer equation for an analysis of the J-aggregates luminescence quenching by the trap, the quenching of 50% of PIC J-aggregates luminescence at the ratio PIC/trap = 70:1 has been found. To increase the exciton migration efficiency, the Jaggregate structure was improved by the formation of a "J-aggregate-surfactant” complex. It results in 35% enhancement of the exciton migration efficiency in PIC J-aggregates. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3509

Optically Detected Effect of Size on the Oxygen Vacancies Concentration in Cerium Oxide Nanocrystals

In this work effect of the size on the oxygen vacancies concentration in cerium oxide nanocrystals have been investigated by means of luminescence spectroscopy techniques. For determination of changes of oxygen stoichiometry intensity of 5d-4f luminescence of Ce3+ ions were used. It was shown that for CeO2 nanocrystals decrease of the size from 50 nm to 2 nm manifests itself in 8 times increase of the band intensity associated with vacancy-stabilized Ce3+ ions. The same effects have been observed at atmosphere variation from oxidizing to reducing and are connected with significant increase of concentration of oxygen vacancies. Obtained results allow to determine that decrease of the size stimulate formation of oxygen vacancies in cerium oxide nanocrystals

Migration of Frenkel Excitons in PIC J-aggregates

Using luminescent exciton traps, an efficiency of the exciton migration in J-aggregates of pseudoisocyanine dye in solutions has been investigated. Applying a modified Stern-Volmer equation for an analysis of the J-aggregates luminescence quenching by the trap, the quenching of 50% of PIC J-aggregates luminescence at the ratio PIC/trap = 70:1 has been found. To increase the exciton migration efficiency, the Jaggregate structure was improved by the formation of a "J-aggregate-surfactant” complex. It results in 35% enhancement of the exciton migration efficiency in PIC J-aggregates. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3509

Spectroscopic Study of Cationic Carbocyanine Dye Binding to GdYVO4:Eu Nanoparticles

The interaction of the inorganic nanoparticles (GdYVO4:Eu, d 2 nm) and organic carbocyanine dye 3,3’ -diethyloxa-carbocyanine iodide (DiOC2) has been studied spectrophotometrically. The formation of complexes of dye molecules with spherical nanoparticles GdYVO4:Eu in aqueous solutions of cationic dye DiOC2 was found. It is shown that nanoparticle GdYVO4:Eu can form a complex with 5-10 molecules of the cationic dye DiOC2 which leads to the decrease in the intensity of the absorption and luminescence spectra of the dye in aqueous solution. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3500

Features of low-temperature exciton dynamics in J-aggregates with topological disorder

It is shown on the basis of an analysis of the J-band shape, luminescence spectra, and luminescence decay that self-trapping of excitons takes place in J-aggregates with strong topological disorder. A self-trapping barrier must be overcome for this to occur. A microscopic model of the self-trapped state is presented

Newly synthesized carbocyanine fluorescent probes, their characteristics and behavior in proliferating cultures

Aim. To study possibile application of C2, C9, C18 and JC-1 carbocyanine fluorescent dyes for cell culture characterization. Methods. Morphological methods, fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis, luminescent microscopy were used. Results. The studied carbocyanine probes were shown to be preserved in dividing cells for at least 4 duplications. It was found that carbocyanine probe JC-1 did not transit from cell to cell under combined culturing of labeled and non-labeled cells. Conclusions. The paper covers the use of carbocyanine fluorescent probes for long-term culturing of cell lines. Probes C9 and JC-1 were optimal for the proliferative culture observation, allowing to trace mitochondrial functional state.Цель. Исследовать возможности применения карбоцианиновых флуоресцентных зондов С2, С9, С18 и JC-1 для характеристики культур клеток. Методы. Использованы морфологи- ческие методы, метод проточной цитофлуориметрии (FACS- анализ), люминесцентная микроскопия. Результаты. Показано, что исследуемые карбоцианиновые зонды сохраняются в делящихся клетках в течение не менее четырех удвоений. Установлено, что карбоцианиновый зонд JC-1 не переходит из клетки в клетку при совместном культивировании меченых и немеченых клеток разных культур. Выводы. Определено, что указанные флуоресцентные зонды можно использовать при долговременном культивировании клеточных линий. Для наблюдения за пролиферирующими культурами оптимальным является применение зондов С9 и JC-1, что позволяет отслеживать функциональное состояние митохондрий.Mета. Дослідити можливості застосування карбоціанінових флуоресцентних зондів С2, С9, С18 та JC-1 для характеристики культур клітин. Методи. Використано морфологічні методи, метод проточної цитофлуориметрії (FACS-аналіз), люмінесцентну мікроскопію. Результати. Показано, що досліджені карбоціанінові зонди зберігаються в клітинах, що діляться, протягом не менш чотирьох подвоєнь. Встановлено, що карбоціаніновий зонд JC-1 не переходить із клітини в клітину при одночасному культивуванні мічених і немічених клітин різних культур. Висновки. Встановлено, що зазначені флуоресцентні зонди можна використовувати при довготривалому культивуванні клітинних ліній. Для спостереження за проліферуючими культурами оптимальним є застосування зондів С9 і JC-1, що дозволяє відслідковувати функціональний стан мітохондрій

Dynamics of dye release from nanocarriers of different types in model cell membranes and living cells

Aim. To study the dynamics of lipophilic content release from nanocarriers of different types, organic molecular ensembles and inorganic nanoparticles (NPs) in vitro experiments. Methods. Two-channel ratiometric fluorescence detection method based on Forster Resonance Energy Transfer, fluorescent spectroscopy and micro-spectroscopy have been used. Results. It has been found that the profiles of lipophilic dyes release from organic nanocarriers (PC liposomes and SDS micelles) and inorganic ones (GdYVO₄:Eu³⁺ and CeO₂ NPs) are well fitted by the first-order reaction kinetics in both model cell membranes and living cells (rat hepatocytes). The dye release constants (K) and half-lives (t1/2) were analyzed. Conclusions. GdYVO₄:Eu³⁺ and CeO₂ NPs have been shown to provide faster lipophilic content release in model cell membranes as compared to PC liposomes. Negatively charged or lipophilic compounds added into nanocarriers can decrease the rate of lipophilic dyes release. Specific interaction of GdYVO₄:Eu³⁺ NPs with rat hepatocytes has been observed.Мета. Вивчення динаміки вилучення ліпофильного вмісту з наноконтейнерів різного типу, органічних молекулярних ансамблів і неорганічних наночастинок (НЧ) в експериментах in vitro. Методи. Двоканальний ратіометричний метод реєстрації інтенсивності флуоресценції із застосуванням безвипромінювального перенесення енергії електронного збудження, метод флуоресцентної спектроскопії і мікроспектроскопії. Результати. Вивільнення ліпофильных барвників з органічних (ліпосоми і міцели) і неорганічних (на основі НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ і CeO₂) наноконтейнерів може бути описано кінетичною реакцією першого порядку як у модельних клітинних мембранах, так і в живих клітинах. Отримано константи швидкості вивільнення (K) і час напіввиведення (t1/2) барвників. Висновки. Наноконтейнери на основі НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ і CeO₂ забезпечують швидше вивільнення ліпофильного вмісту в модельних клітинних мембранах порівняно з ліпосомами. Проте додавання негативно заряджених або ліпофильних компонент у систему знижує швидкість вивільнення барвників. Виявлено специфічність взаємодії НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ з гепатоцитами щурів.Цель. Изучение динамики высвобождения липофильного содержимого из наноконтейнеров различного типа, органических молекулярных ансамблей и неорганический наночастиц (НЧ) в экспериментах in vitro. Методы. Использовали двуканальный ратиометрический метод регистрации интенсивности флуоресценции на основе безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения, а также метод флуоресцентной спектроскопии и микро- спектроскопии. Результаты. Выход липофильных красителей из органических (липосомы и мицеллы) и неорганических (на основе НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ и CeO₂) наноконтейнеров может быть описан кинетической реакцией первого порядка как в модельных клеточных мембранах, так и в живых клетках. Получены константы скорости высвобождения (K) и время полувыведения (t1/2) красителей. Выводы. Наноконтейнеры на основе НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ и CeO₂ обеспечивают более быстрое высвобождение липофильного содержимого в модельных клеточных мембранах по сравнению с липосомами. Однако добавление отрицательно заряженных или липофильных компонент в систему снижаает скорость высвобождения красителей. Обнаружена специфичность взаимодействия НЧ GdYVO₄:Eu³⁺ с гепатоцитами крыс

Effect of inorganic nanoparticles and organic complexes on their basis on free-radical processes in some model systems

Aim. Evaluation of free–radical activity of rare–earth based nanoparticles (NPs) (orthovanadates and CeO2) with different geometrical parameters, and organic complexes formed on their base with methylene blue (MB) photodynamic dye in abiotic and biotic systems (homogenate of liver, isolated mitochondria and isolated hepatocytes). Methods. Effects of NPs were estimated using luminol-dependent chemiluminescence (ChL) and by measurement of the final product of lipid peroxidation – malondialdehyde (MDA). Results. According to the ChL data in abiotic systems all NPs demonstrated antiradical activity. In biotic systems spherical extra small (1–2 nm) NPs of both types showed prooxidant effects of different degree; CeO2 of 8–10 nm have demonstrated a week antioxidant effect. The data of ChL correlated with the measurements of MDA-level. The effects of «NP-MB» complexes were the same as the corresponding «bare» NPs in different examined systems. The most prooxidant NPs in the presence of glutathione (GSH) did not aggravate free-radical processes. NPs demonstrated a more pronounced prooxidant effect in cells at pH 7.8 that may be a result of pH-dependent changes in protonated GSH. Conclusions. Differences in the effects of NPs in the biotic systems depend on their geometric parameters that determine their penetration and interaction with the cellular structures. This is also related to the processes on the NPs surface as well as in the near-surface layers.Мета. Оцінити вільнорадикальну активность наночастинок (НЧ) на основі рідкісноземельних елементів – ортованадатів та СеО2 з різними геометричними параметрами і органічних комплексів на їх основі з фотодинамічним барвником метиленовим блакитним (МБ) в абіотичних і біотичних системах (гомогенат печінки, ізольовані мітохондрії, ізольовані гепатоцити). Методи. Ефекти НЧ оцінювали за допомогою люмінол-залежної хемілюмінесценції (ХЛ), а також вимірюючи рівень малонового диа­льдегыду (МДА) – кінцевого продукту пероксидації ліпідів. Результати. ХЛ показано, що в абіотичній системі всі НЧ демонструють антирадикальну активність. В біотичній системі сферичні екстрамалі (1–2 нм) НЧ обох типів різною мірою демонструють прооксидантну активність; СеО2 розміром 8–10 нм демонстрував слабкій антиоксидантній ефект. Дані ХЛ корелюють з результатами, отриманими при вимірюванні рівня МДА. Ефект комплексів «НЧ-МБ» був таким же, як і у випадку «голих» НЧ. Найбільш прооксидантні НЧу присутності глутатіону (GSH) не посилювали вільно-радикальні процеси. В клітинах при pH = 7.8 НЧ демонстрували очікувані прооксидантні ефекти, що може бути пов’язано з pH-залежними змінами протонованого GSH. Висновки. Відмінності ефектів НЧ пояснюються їх геометричними параметрами, які впливають на проникнення і взаємодію частинок з клітинними структурами. Також це пов'язано з процесами, що проходять як на поверхні НЧ, так і в приповерхневому шарі.Цель. Оценить свободнорадикальную активность наночастиц (НЧ) на основе редкоземельных элементов – ортованадатов и СеО2 с различным геометрическими параметрами и органических комплексов на их основе с фотодинамическим красителем метиленовым голубым (МГ) в абиотических и биотических системах (гомогенат печени, изолированные митохондрии, изолированные гепатоциты). Методы. Эффекты НЧ оценивали с помощью люминол-зависимой хемилюминесценции (ХЛ), а также измеряя уровень малонового диальдегида (МДА) – конечного продукта пероксидации липидов. Результаты. ХЛ было показано, что в абиотической системе все НЧ демонстрируют антирадикальную активность. В биотической системе сферические экстрамалые (1–2 нм) НЧ обоих типов в разной степени демонстрируют прооксидантную активность; СеО2 размером 8–10 нм демонстрирует слабый антиоксидантный эффект. Данные ХЛ коррелируют с данными, полученными при измерении уровня МДА. Эффект комплексов «НЧ-МГ» был таким же, как и в случае «голых» НЧ. Наиболее прооксидантные НЧ в присутствии глутатиона (GSH) не усугубляли свободно-радикальные процессы. В клетках при pH = 7.8 НЧ демонстрировали ожидаемые прооксидантные эффекты, что может быть связано с pH-зависимыми изменениями протнированного GSH. Выводы. Различия эффектов НЧ объясняются их геометрическими параметрами, которые влияют на проникновение и взаимодействие частиц с клеточными структурами. Также это связано с процессами, проходящими как на поверхности НЧ, так и в приповерхностном слое