Abstract One of the crucial requirements of quantum dots for biological applications is their surface modifications for very specific and enhanced biological recognition and uptake. Toward this, we present the green synthesis of bright, red-emitting carbon quantum dots derived from mango leaf extract (mQDs). These mQDs are conjugated electrostatically with dopamine to form mQDs-dopamine (mQDs: DOPA) bioconjugates. Bright red fluorescence of mQDs was used for bioimaging and uptake in multiple cell lines, tissues, and in vivo models like zebrafish. mQDs exhibited the highest uptake in brain tissue as compared to others. mQD:DOPA conjugate induced cellular toxicity only in cancer cells while showing increased uptake in epithelial cells and zebrafish. Additionally, the mQDs: DOPA promoted neuronal differentiation of SH-SY5Y cells to complete neurons. Both mQDs and mQDs: DOPA exhibited potential for higher collective cell migrations implicating their future potential as next-generation tools for advanced biological and biomedical applications. TOC mQDs were electrostatically conjugated with dopamine (DOPA) to form the mQDs: DOPA bioconjugate. mQDs are used to image cells, tissues, and zebrafish embryos. mQDs: DOPA kills cancer cells, differentiates neuronal cells, and increases the uptake of mQDs in zebrafish embryos.

Abstract Red-emitting carbon nanoparticles (CNPs) were synthesized by the refluxed green synthesis method using ethanolic extract of neem leaves ( Azadirachta indica ). These nanoparticles were called as nQDs (neem quantum dots). The nQDs exhibited excellent photoluminescence properties with a maximum emission at 672nm, and the average size of nQDs was around 47nm. In the in-vitro study, Retinal Pigment epithelial (RPE1) cells and SUM159A cells showed enhanced cellular uptake. In RPE1 cells, the cellular uptake was higher than in SUM159A cells. In the biocompatibility assay, SUM159A cell viability declined with the increasing nQDs concentration. The results show that red-emissive CNPs can be synthesized from Azadirachta indica (neem) leaves using a simple method with a possible application in bioimaging and therapeutics. Abstract Figure

Abstract Introduction Hydroponics enables precise control over nutrient delivery, optimized water requirements and growing conditions. The combination of nanotechnology and hydroponics paves the way towards sustainable agriculture with less environmental footprints. We investigated the effects of nano urea on the model plant Arabidopsis thaliana in hydroponics. Methods A growth experiment in a nitrogen-free hydroponic medium compared the effects of a liquid nano urea formulation (NUF) marketed by Indian Farmers Fertilizer Cooperative (IFFCO) to an equimolar bulk urea. Transcriptome analysis identified the molecular mechanisms of growth enhancement. Dynamic light scattering and transmission electron microscopy confirmed NUF’s negative surface charge and sub-100 nm size, correlating its uptake and distribution in the plant. Results and discussion A two-week growth in the hydroponic medium with 70 μM NUF led to a 20% higher biomass and 16% higher chlorophyll content than a medium with 70 μM urea. Higher doses of NUF inhibited growth, whereas higher equivalent urea doses did not. NUF led to the differential expression of more genes than urea at 12 h to seven days of treatment. Nitrogen assimilation, growth, photosynthesis, and stress tolerance genes showed higher transcript levels in NUF than in urea. On the other hand, NUF led to greater suppression of many negative growth-regulating genes. After seven days of treatment, chlorophyll biosynthesis genes got up-regulated, while chlorophyll catabolism genes got down-regulated at higher levels by NUF than by urea, correlating with the higher chlorophyll content of NUF-treated seedlings. In conclusion, NUF outperformed equimolar urea for the growth promotion of A. thaliana at a low concentration in hydroponics, leading to a greater regulation of genes for nitrogen metabolism and chlorophyll biosynthesis. Our results suggest a potential use of NUF as a nitrogen fertilizer for hydroponic agriculture.

Abstract The extraordinary self-assembling nature of DNA nanostructures and high functionality enables the formulation of DNA nanostructures with multiple chemical and biological molecules. How the whole organisms in native as well as modified; and how stable they are inside take up exactly these modified DNA nanostructures the organisms still remains to be explored. Here we report the fabrication and evaluation of a new conjugate of a cationic lipid, N-[one-(two, 3-dioleyloxy) propyl]-N, N, N-trimethylammonium chloride (DOTMA) and DNA tetrahedron nanostructure (TdN) for the enhanced uptake, stability, bioimaging, and biotherapeutics in cells and zebrafish (Danio rerio) eleuthero embryos as a model organism. We summarise the enhanced uptake potential of TdN-DOTMA conjugate for futuristic biomedical applications such as drug delivery, bioimaging, biosensing, and therapeutics.

Abstract Carbon-based fluorescent quantum dots are an emerging class of nanoparticles for targeted bioimaging and biomedical applications. We present a facile microwave-assisted approach for synthesizing carbon nanoparticles with bright red fluorescence using ethanolic extracts of Spinacia oleracea leaves, with a quantum yield of 94.67%. These nanoparticles, called CNPs, ranging from 15-50 nm, demonstrated fluorescence emission in the near-infrared (NIR) region between 650 and 700 nm, independent of excitation wavelength. Upon excitation at a wavelength of 410 nm, they exhibit an emission maxima peak at 672 nm. The significant uptake of CNPs in mammalian cells and zebrafish larvae highlights their potential as bioimaging agents in diverse biomedical applications in vivo . Further, these quantum dots enhance cellular proliferation and migration as observed by wound healing assay in mammalian cells, indicating their possible application in tissue engineering and regenerative medicine. These findings suggest that biosynthesized carbon nanoparticles possess significant potential for biomedical activities, which can serve as a robust benchmark for researchers towards promoting sustainability.

Abstract Small sized, carbon-based organic nanoparticles have recently gained attention due their advantage of biocompatibility, photostability and biological non-toxicity as compared to their inorganic counterparts. Herein, a new class of small (5-8 nm), green emitting fluorescent carbon quantum dots (GCQDs) were synthesized using organic substrates like citric acid and ascorbic acid in aqueous solvent containing water and ethanol. The very small size and bright green photoluminescence prompted their use for both in vitro and in vivo bioimaging. GCQDs were uptaken via clathrin mediated pathways in mouse kidney and liver primary cells. Similarly, they showed active uptake and distribution in the zebrafish embryo model system. The optical tunability and surface modification properties of these GCQDs provide a platform to be explored for them to emerge as a new class of targeted bioimaging entities, as well as tools for biomedical applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) has played a crucial role in understanding electronic and ionic responses in MHPs through frequency and time domain analyses. This study introduces a novel approach by integrating supervised machine learning to develop in-line automation for classifying and fitting the EIS spectra for metal halide perovskite single crystals (MHPSCs). By employing widely used EIS circuits for MHPSCs, we establish a chronological link and offer a comprehensive physical interpretation. Our model utilizes simulated data to accurately classify experimental EIS spectra and provides precise fitting values of electronic components, enhancing the spectroscopic analysis of MHPSCs. The Decision Tree classifier demonstrates superior accuracy in classifying EIS spectra compared to Random Forest and XGBoost models. Incorporating 3-fold cross-validation confirms its reliability with notable versatility in capturing spectral changes under varying bias conditions. Our study establishes a chronological link between the widely used EIS circuits for MHPSCs and offers comprehensive physical interpretations.

Over the past few years, lead halide perovskites (LHPs) in the form of single crystals (SCs) have been intensively investigated for photodetection applications. Methylhydrazinium (MHy) is a new type of organic cation that can form either 2D or 3D halide perovskite structures. Here, we study single crystals MHy2PbI4 (2D), MHy2PbBr4 (2D), MHyPbBr3 (3D), and mixed-cation MA0.725MHy0.275PbBr3 to determine for the first time how dimensionality and composition affect the photodetection properties of photoconductor-type photodetectors fabricated using this class of solids. The results provide a reference for researchers working in the same domain by revealing the relationship between different types and structures of LHPs and their optoelectronic properties, which is crucial for the further advancement of LHP-based optoelectronic devices.

Although metal halide perovskites are positioned as the most powerful light-harvesting materials for sustainable energy conversion, there is a need for a thorough understanding of molecular design principles that would guide better engineering of organic hole-transporting materials, which are vital for boosting the performance and stability of perovskite solar cells. To address this formidable challenge, here, we developed a new design strategy based on the curved N-doped polycyclic aromatic hydrocarbon merged with T-shaped phenazines being decorated with (phenyl)-di-p-methoxyphenylamine (OMeTAD)─N-PAH23/24 and -3,6-ditertbutyl carbazole (TBCz)─N-PAH25/26. As N-PAH23/24 exhibited satisfying thermal stability, the comparative studies performed with various experimental and simulation methods revealed a pronounced correlation between the depth of the central cyclazine core and the form of the T-shape units. This proved to be a crucial factor in controlling their π–π intermolecular interaction as well as self-assembly behavior with the perovskite layer, leading to enhanced humidity resistance, operational stability, and a maximum power conversion efficiency of 20.39% denoted for N-PAH23, which is superior to the benchmarked device with doped spiro-OMeTAD (19.23%). These studies not only resulted in optimized stability and device performance but also opened a conceptually new chemical space in the photovoltaic technology.