Modeling the deformation of the semiconductor quantum dot with a multilayer shell in a living cell

О.В. Кузик; О.О. Даньків; Р.М. Пелещак; І.Д. Столярчук; В.А. Кугівчак

doi:10.15330/pcss.24.4.675-681

Автор(и)

О.В. Кузик Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
О.О. Даньків Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
Р.М. Пелещак Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна
І.Д. Столярчук Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
В.А. Кугівчак Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.675-681

Ключові слова:

квантова точка виду ядро-оболонка, альбумін крові людини, деформація, модуль всебічного стиску, жива клітина

Анотація

Побудовано модель напівпровідникової квантової точки з багатошаровою оболонкою та біонанокомплексу кантова точка – альбумін крові людини, які містяться в живій клітині. Досліджено закономірності зміни деформації матеріалів квантової точки ядро-CdSe/оболонка-ZnS/CdS/ZnS при зміні еластичності клітини (модуля всебічного стиску) за різних радіусів ядра, товщин окремих шарів оболонки та поверхневої концентрації молекул альбуміну. Показано, що наявність альбуміну крові людини на поверхні квантової точки суттєво збільшує її чутливість до тиску, спричиненого оточуючим середовищем (живою клітиною). Отримані результати свідчать про перспективу використання біонанокомплексів квантова точка виду ядро-оболонка – сироватковий альбумін крові людини для діагностики ракових захворювань на ранніх стадіях. Це пов’язано з тим, що такі захворювання супроводжуються різкою зміною еластичності клітини (її пружних сталих).

Посилання

A.S. Kashani, M. Packirisamy, Cancer cells optimize elasticity for efficient migration, R. Soc. Open Sci. 7, 200747 (2020); http://dx.doi.org/10.1098/rsos.200747.

M. Plodinec, M. Loparic, C. A Monnier et al., The nanomechanical signature of breast cancer, Nat Nanotechnol 7 (11), 757 (2012); https://doi.org/10.1038/nnano.2012.167.

E.A. Corbin, F. Kong, C.T. Lim, W.P. King, R. Bashir, Biophysical properties of human breast cancer cells measured using silicon MEMS resonators and atomic force microscopy, Lab. Chip 15 (3), 839 (2015); https://doi.org/10.1039/C4LC01179A.

R. Omidvar, M. Tafazzoli-Shadpour, M.A. Shokrgozar, M. Rostami, Atomic force microscope-based single cell force spectroscopy of breast cancer cell lines: An approach for evaluating cellular invasion, J. Biomech. 47 (13), 3373 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.08.002.

M. Prabhune, G. Belge, A. Dotzauer, J. Bullerdiek, M. Radmacher, Comparison of mechanical properties of normal and malignant thyroid cells, Micron 43 (12), 1267 (2012); https://doi.org/10.1016/j.micron.2012.03.023.

V. Palmieri, D. Lucchetti, A. Maiorana, M. Papi, G. Maulucci, G. Ciasca, M. Svelto, M. De Spirito, A. Sgambato, Biomechanical investigation of colorectal cancer cells, Appl. Phys. Lett. 105, 123701 (2014); https://doi.org/10.1063/1.4896161.

L. Bastatas, D. Martinez-Marin, J. Matthews, J. Hashem, Y.J. Lee, S. Sennoune, S. Filleur, R. Martinez-Zaguilan, S. Park, AFM nano-mechanics and calcium dynamics of prostate cancer cells with distinct metastatic potential, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 1820 (7), 1111 (2012); https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2012.02.006.

G.Weder, M.C. Hendriks-Balk, R. Smajda, D. Rimoldi et al. Increased plasticity of the stiffness of melanoma cells correlates with their acquisition of metastatic properties, Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 10 (1), 141 (2014), https://doi.org/10.1016/j.nano.2013.07.007.

M. Pachenari, S.M. Seyedpour, M. Janmaleki, S.B. Shayan, S. Taranejoo, H. Hosseinkhani, Mechanical properties of cancer cytoskeleton depend on actin filaments to microtubules content: Investigating different grades of colon cancer cell lines, J. Biomech. 47 (2), 373 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2013.11.020.

S. Kwon, W. Yang, D. Moon, K.S. Kim, Comparison of Cancer Cell Elasticity by Cell Type, Journal of Cancer 11 (18), 5403–5412 (2020); https://doi.org/10.7150/jca.45897;

F. Pérez-Cota, R. Fuentes-Domínguez, S. La Cavera et al., Picosecond ultrasonics for elasticity-based imaging and characterization of biological cells, Journal of Applied Physics 128, 160902: 1 (2020); https://doi.org/10.1063/5.0023744.

G.S. Selopal, H. Zhao, Zh.M. Wang, Core/Shell Quantum Dots Solar Cells, Advanced Funct. Mater. 13, 1908762 (2020); https://doi.org/10.1002/adfm.201908762.

S. Chinnathambi, N. Abu, N. Hanagata, Biocompatible CdSe/ZnS quantum dot micelles for long-term cell imaging without alteration to the native structure of the blood plasma protein human serum albumin, RSC Adv 7, 2392 (2017); https://doi.org/10.1039/C6RA26592H.

I. Du Fossé, S. Lal, A.N. Hossaini, I. Infante, A.J. Houtepen, Effect of Ligands and Solvents on the Stability of Electron Charged CdSe Colloidal Quantum Dots, J. Phys. Chem. C 125, 23968 (2021); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c07464.

R. Wojnarowska-Nowak, J. Polit, A. Zięba, I.D. Stolyarchuk, S. Nowak, M. Romerowicz-Misielak, E.M. Sheregii, Effect of Ligands and Solvents on the Stability of Electron Charged CdSe Colloidal Quantum Dots, Opto-Electronics Review 25, 137 (2017); https://doi.org/10.1016/j.opelre.2017.04.004.

R. Wojnarowska-Nowak, J. Polit, A. Zięba, I.D. Stolyarchuk, S. Nowak, M. Romerowicz-Misielak, E.M. Sheregii, Synthesis and characterisation of human serum albumin passivated CdTe nanocrystallites as fluorescent probe, Micro and Nano Letters 13, 326 (2018); http://dx.doi.org/10.1049/mnl.2017.0054.

Q. Xiao, Sh. Huang, W. Sua, P. Li, J. Ma, F. Luo, J. Chen, Y. Liu, Systematically investigations of conformation and thermodynamics of HSA adsorbed to different sizes of CdTe quantum dots, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 102, 76 (2013); https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.08.028.

O. Kuzyk, O. Dan’kiv, R. Peleshchak, I. Stolyarchuk, The deformation of spherical CdSe quantum dot with a multilayer shell, Rom. J. Phys. 67, 607 (2022); https://rjp.nipne.ro/2022_67_5-6/RomJPhys.67.607.pdf.

R.M. Peleshchak, O.V. Kuzyk, O.O. Dan’kiv, The influence of acoustic deformation on the recombination radiation in InAs/GaAs heterostructure with InAs quantum dots, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 119, 113988 (2020); https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.113988.

D. Vollath, F.D. Fischer, D. Holec, Surface energy of nanoparticles – influence of particle size and structure, Beilstein J. Nanotechnol. 9, 2265 (2018); https://doi.org/10.3762/bjnano.9.211.

F.A. La Porta, J. Andrés, M.S. Li, J.R. Sambrano, J.A. Varela, E. Longo, Zinc blende versus wurtzite ZnS nanoparticles: control of the phase and optical properties by tetrabutylammonium hydroxide, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (37), 20127 (2014); https://doi.org/10.1039/C4CP02611J.

O.V. Kuzyk, І.D. Stolyarchuk, O.O. Dan’kiv, R.M. Peleshchak, Baric properties of quantum dots of the type of core (CdSe)-multilayer shell (ZnS/CdS/ZnS) for biomedical applications, Appl. Nanosci. 13, 4727 (2023); https://doi.org/10.1007/s13204-022-02604-5.