Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Synthese van Cd-vrije InP / ZnS Quantum Dots Geschikt voor biomedische toepassingen

Published: February 6, 2016 doi: 10.3791/53684
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Chemistry, Missouri State University, 2Center for Molecular Microscopy, Leidos Biomedical Research, Inc., Frederick National Laboratory for Cancer Research

ERRATUM NOTICE

Introduction

Quantum dots (QD's) worden halfgeleidende nanokristallen die fluorescerende eigenschappen vertonen wanneer bestraald met licht 1. Door hun geringe grootte (2-5 nm), hetgeen vergelijkbaar met veel grotere biomoleculen en gemakkelijke biofunctionalization, QD zijn een zeer aantrekkelijk instrument voor biomedische toepassingen. Ze hebben gebruik in de biologische etikettering gevonden, single-molecule voor live-cell imaging, afgifte van geneesmiddelen, in vivo beeldvorming, detectie van pathogenen en cell tracking, onder vele andere toepassingen 2-8.

-Cd gebaseerde QDs zijn meestal gebruikt in biomedische toepassingen vanwege hun intense fluorescentie en smalle breedtes emissiepiek 9. Echter, zijn bezorgdheid geuit vanwege mogelijke toxiciteit van Cd 2+ ionen 10 die door middel van afbraak van de nanodeeltjes kunnen worden vrijgegeven. Recent zijn InP gebaseerde QDs onderzocht als alternatief voor Cd-gebaseerde QDs omdat ze hebben nog veel fluorescentie eigenschappenCd-gebaseerde QDs en kunnen meer biocompatibel 11 zijn. -Cd gebaseerde QDs gevonden aanzienlijk toxischer dan InP gebaseerde QDs in in vitro assays bij concentraties van slechts 10:00 zijn, na 48 uur 11.

De fluorescentie-emissie kleur van QDs is size-afstembare 1. Dat wil zeggen, de grootte van de QD toeneemt, de fluorescentie-emissie is rood verschoven. De grootte en de grootteverdeling van de dispersiteit QD te modificeren door wijzigen van de temperatuur, reactieduur, of voorloperconcentratie omstandigheden tijdens de reactie 12. Terwijl de emissiepiek van InP QDs typisch breder en minder intens dan Cd-gebaseerde QDs kan InP QDs worden gemaakt in een grote verscheidenheid aan kleuren gemaakt spectrale overlap te voorkomen en voldoende heftig voor biomedische toepassingen 12. De synthese die in dit protocol levert QDs met een rode emissie piek gecentreerd op 600 nm.

Verschillende stappen worden af ​​genomenter synthese van de QD kernen van de optische integriteit van de QDs bijgehouden en compatibel voor biologische toepassingen te maken. Het oppervlak van de kern QD moet worden beschermd tegen oxidatie of oppervlaktefouten die kunnen leiden blussen; daarom wordt een ZnS shell bekleed over de kern te produceren InP / ZnS (kern / schil) QDS 13. Deze bekleding is aangetoond dat de fotoluminescentie van de QD product te beschermen. De aanwezigheid van zinkionen in InP QD synthese is aangetoond dat oppervlaktedefecten, evenals afname grootteverdeling 12 beperken. Zelfs de aanwezigheid van Zn2 + in het reactiemedium synthese van InZnP zeer onwaarschijnlijk 12. Na het bekleden resulteren InP / ZnS QDs bekleed hydrofobe liganden zoals trioctylfosfine oxide (TOPO) of oleylamine 12,14. Een amfifiele polymeer kan interageren met hydrofobe liganden op de QD oppervlak evenals bulk watermoleculen oplosbaarheid in water 15 geven. Amfifiele polymeren met carbocarboxylaat chemische groepen kunnen worden gebruikt als "chemical handles" naar de QDs verder te functionaliseren.

Dit protocol beschrijft de synthese en functionalisering van in water oplosbare InP / ZnS QDs met zeer intense fluorescentie-emissie en relatief kleine omvang dispergerend vermogen. Deze QDs zijn potentieel minder toxisch dan de veelgebruikte CdSe / ZnS QDs. Hierin de synthese van InP / ZnS QDs een praktische alternatief Cd-gebaseerde QDs voor biomedische toepassingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Synthese van indiumfosfide / zinksulfide (InP / ZnS) Quantum Dots

  1. Synthese van indiumfosfide (InP) Quantum Dot Cores
    1. Breng een 100 ml ronde bodem, 3-hals kolf met een 12-inch condensator. Voeg 30 ml oleylamine (OLA), 0,398 g indium (III) chloride (INCL 3), 0,245 g zink (II) chloride (ZnCl2) en roer tijdens evacuatie bij KT onder toepassing van een vacuüm gedurende 1 uur. De oplossing zou moeten verschijnen kleurloos met een witte neerslag.
    2. Met behulp van een verwarmingsmantel met een thermokoppel en proportionele integrale afgeleide (PID) temperatuurregelaar, verhoging van de temperatuur van de oplossing tot 120 ° C. Evacueren de oplossing onder vacuüm gedurende 20 min om laagkokende onzuiverheden die kern groei kan beïnvloeden te verwijderen.
      Noot: Hoewel het mogelijk is om een ​​zandbad en thermometer, met een verwarmingsmantel en PID verhoogt de uniformiteit en reproduceerbaarheid van de reactieproducten.
    3. Onder inert gas (bv, N 2), reflux de oplossing en gedurende 15 minuten verhogen van de temperatuur tot 220 ° C. De INCL 3 en ZnCl2 volledig oplossen, waardoor een lichtgele oplossing. Laat de temperatuur te stabiliseren gedurende 10 minuten.
    4. Purge een wegwerp, 3 ml plastic spuit en 4 inch, 22 G naald met stikstofgas. Gebruik van de spuit, leveren snel 0,5 ml tris (dimethylamino) fosfine (TDMAP) aan de oplossing 3 INCL. De temperatuur van de oplossing enigszins af en keert terug naar 220 ° C. De oplossing verandert van transparant, lichtgeel tot ondoorzichtig, zwart.
    5. Na 9,5 minuten, verwijder de reactiekolf van de verwarmingsmantel tot de temperatuur daalt onder 200 ° C. Om de integriteit van de InP kernen te beschermen, gaat direct naar ZnS bekleding in stap 1.2.1.
  2. Synthese van zinksulfide (ZnS) Quantum Dot Shells
    1. Plaats de reactiekolf uit stap 1.1.5 op een verwarmingsmantel en stabilisering van de temperature bij 200 ° C. Voeg langzaam 3,58 g dodecanethiol (DDT) in de loop van 15 seconden aan de oplossing bevattende InP QD. Laat de oplossing gedurende 1 uur reageren.
      Opmerking: ZnS wanddikte kan worden gevarieerd door het verhogen of verlagen van de hoeveelheid zinkstearaat toegevoegd in stap 1.2.4. Veranderen van de hoeveelheid ZnCl2 of dodecanethiol stapsgewijs 1.1.1 en 1.2.1 kunnen aanzienlijke invloed hebben op de kwaliteit van QDs door verandering van de reactiekinetiek.
      1. Daarna verwijdert de reactiekolf van de verwarmingsmantel en laat de oplossing afkoelen tot ongeveer 60 ° C.
    2. Zodra het InP / ZnS oplossing bereikt ~ 60 ° C, voeg 10 ml hexanen en breng de gehele oplossing van ongeveer 45 ml in een 50 ml polypropyleen centrifugebuis. Centrifugeer het monster (3000 xg gedurende 10 min) ongereageerd vaste voorlopers te verwijderen.
    3. Breng voorzichtig de bovenstaande vloeistof in een 250 ml polypropyleen centrifuge fles, voeg 200 ml aceton, en centrifugeer de oplossing (3.000 xg gedurende 10 min) InP / ZnS QDs precipiteren. Dit volume kan ook gelijkmatig verdeeld in vier 50 ml buizen voor centrifugeren als een centrifuge met de nodige rotor / accessoires niet beschikbaar. Giet het supernatant en droog de QD pellet grondig met stikstofgas om aceton te verwijderen.
    4. Resuspendeer de QDs in 20 ml OLA middels sonicatie, overgebracht in een 50 ml rondbodem, 3-hals kolf die 0,474 g zinkstearaat en roer. Evacueren de oplossing onder vacuum gedurende 20 min bij kamertemperatuur.
    5. Onder stikstofgas, verhoog de temperatuur tot 180 ° C en laat de reactie verlopen gedurende 3 uur. Hoewel er geen merkbare visuele veranderingen aan de reactieoplossing die optreden tijdens deze reactie, toevoeging zinkstearaat verhoogt ZnS wanddikte, waardoor de QY door verbetering oppervlaktepassivering van QD 12. Nadat de reactie is voltooid, verwijdert de kolf uit de verhittingsmantel en laat de oplossing afkoelen tot ongeveer 60 ° C.
    6. Zodra de InP / ZnS solutiOp bereikt ~ 60 ° C, voeg 20 ml hexanen en overbrengen naar een 50 ml polypropyleen centrifugebuis. Centrifugeer het monster (3000 xg gedurende 10 min) ongereageerd zinkstearaat verwijderen.
    7. Breng voorzichtig de supernatant een 250 ml polypropyleen centrifugefles, voeg 200 ml aceton, en centrifugeer de oplossing (3000 g gedurende 10 min) neergeslagen InP / ZnS QDs. Scheid voorzichtig de bovenstaande en grondig droog met stikstofgas om aceton te verwijderen.
    8. Los het InP / ZnS QD pellet in 30 ml hexaan. Vortex en ultrasone trillingen de oplossing kort om volledige dispersie te verzekeren.
    9. Herhaal de zuivering de stappen 1.2.6-1.2.8 nog twee keer om grondig verwijderen van overtollige organische liganden te garanderen. Interacties tussen het amfifiele polymeer en QD in stap 1.2 kan worden aangetast in aanwezigheid van overmaat liganden.
    10. Met berekeningen beschreven door Xie et al. 16, bepalen de grootte en concentratie van de gesynthetiseerde InP / ZnS QDs met UV-Vis spectroscopie.

2. WaterOplosbaarheid van InP / ZnS Quantum Dots Met behulp van een amfifiel Polymer

  1. water Oplossen
    1. Met de InP / ZnS QDs van stap 1.2.10, verdun een deel van de QDs met hexanen tot 1 ml van 1 uM QD verkrijgen.
      1. In een centrifugebuis, transfer 0,25 ml InP / ZnS QDs in elke buis. Voeg 1 ml aceton of methanol aan de centrifugebuis en gecentrifugeerd (3000 g gedurende 10 min). Verwijder de bovenstaande vloeistof en los elk neerslag in 1 ml tetrahydrofuran (THF).
      2. Breng de InP / ZnS QDs opgelost in THF in een 100 ml rondbodemkolf en verdun met 16 ml THF. Om het aantal aggregaten in oplossing te verminderen, ultrasone trillingen de QDs voor 5-10 min.
    2. Los op 30 mg poly (maleïnezuur andhydride- alt -1-octadeceen), 3- (dimethylamino) -1-propylamine (PMAL-d) in 10 ml moleculaire kwaliteit water. Waterbad sonicatie of zachtjes roeren tot de oplossing doorschijnend voldoende om het polymeer volledig op te lossen. Degebruik van vortex of krachtig roeren een grote bellen, die wisselwerking van het polymeer met de QD belemmert produceren. Voeg 10 ml polymeeroplossing de 100 ml rondbodemkolf die InP / ZnS QDs in THF.
    3. Damp het THF QD / polymeeroplossing met een rotatieverdamper. Plaats de kolf in een ijsbad terwijl verdampen om de interactie tussen het polymeer en QD vergemakkelijken. Afhankelijk van de sterkte van het vacuüm, het meest THF afgedampt na 10 min en de oplossing wordt troebel.
      1. Zodra de oplossing tot 10 ml verdampt, verwijder de kolf uit de rotatieverdamper en voeg 30 ml moleculair-biologische kwaliteit water. Breng de kolf aan de filmverdamper en doorgaan met verdampen tot 2 ml. Deze laatste verdamping stap kan vele uren in beslag nemen; verzekeren wordt het ijsbad gehouden.
    4. Verwijder de wateroplosbare InP / ZnS QDs van rondbodemkolf met een pipet. Filtreer de oplossing met behulp van een QD 3 ml plastic spuit bevestigd aan een 0,1 urn nylon syringe filter in een 5 ml centrifugebuis.
    5. Plaats de QDs in een 20.000 MWCO membraan dialyse-unit en dialyze tegen 0,05 M boraatbuffer pH 8,5 tot overmaat polymeer te verwijderen. (Voeg langzaam 0,05 M natriumtetraboraat-decahydraat tot 0,05 M boorzuur, onder krachtig roeren, tot de pH 8,5 om dit boraatbufferoplossing maken.) Een vacuüm concentrator Concentreer de QDs in boraatbuffer tot 1 ml.
    6. Voor de opslag, te zuiveren van de oplossing met stikstofgas voordat afdichten met Parafilm. De in water oplosbare InP / ZnS QDs stabiel gedurende ten minste 4 maanden bij 4 ° C in het donker.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De ongecoate InP cores niet aantonen substantiële zichtbare fluorescentie door oog. Echter, InP / ZnS (kern / schil) quantum dots lijken te fel fluoresceren op het oog onder UV-bestraling. De fluorescentie van InP / ZnS QDs werd gekarakteriseerd met fluorescentiespectroscopie. Het fluorescentiespectrum van QD in hexanen (figuur 1) geëxciteerd bij 533 nm demonstreert grote piek gecentreerd op 600 nm met een breedte op halve hoogte (FWHM) van 73 nm. Terwijl de absorptie (0,2) offset in figuur 1 QDs verstrooiing licht zou kunnen inhouden, en dus de aanwezigheid van geaggregeerde QDs, knipperen analyse (zie hieronder) geven aan dat de meeste QDs zijn single, of zeer kleine groepen van QDs. Na het coaten met het amfifiele polymeer PMAL-d, werd de kwantumopbrengst van InP / ZnS QDs onderzocht door het vergelijken van de geïntegreerde intensiteit van de fluorescentie QDs met Rhodamine B als een standaard 17. De quantum yield van QDs in hexaan werd dvastgesteld naar tot 7,96% gemiddeld (2 metingen, 7,69% en 8,22%) en 6,03% in het water op het gemiddelde (2 metingen, 5,98% en 6,08%) zijn.

De grootte van in water oplosbare InP / ZnS QDs werd gekarakteriseerd met behulp van transmissie- elektronenmicroscopie (TEM) en dynamische lichtverstrooiing (DLS). TEM beelden, die alleen het nanokristal kern en schil (InP / ZnS), niet organische liganden aan de oppervlakte te visualiseren, werden gevangen genomen bij een nominale vergroting van 150,000X. De beelden werden geanalyseerd met ImageJ Fiji 18 en de drempelwaarde is ingesteld voor binaire beelden geven. De minimale en maximale Feret de diameters werden gemiddeld om de diameters van deze in water oplosbare QDs te bepalen. Deze gegevens tonen kleine, betrekkelijk monodisperse QDs met een gemiddelde diameter van 2,74 ± 0,72 nm (Figuren 2A en B). De effectieve hydrodynamische diameter van de QDs in water bij pH 7, ingekapseld in PMAL-d, werd gemeten met behulp van DLS. Het moetopgemerkt dat de effectieve hydrodynamische diameter via DLS meet de gesolvateerde QD, waaronder organische liganden en polymeren op het oppervlak van de QD, en watermoleculen die met hen. Daarom DLS metingen algemeen veel groter dan meetresultaten van TEM experimenten. In deze meting werd QD verondersteld bolvormig is en in totaal 30 metingen opgeslagen op de effectieve diameter berekenen volumegehalte BIC deeloplossingen software. Deze waarden werden gemiddeld, waardoor een gemiddelde diameter van 14,8 ± 6,0 nm (figuur 2C).

Om te bepalen of de gesynthetiseerde InP / ZnS QDs waren geschikt voor single-molecule beeldvorming, knipperen analyse werd uitgevoerd met epifluorescentie microscopie 8. Hoewel het niet afzonderlijke QD zien met lichtmicroscopie, analyse van de "aan" en "uit" toestanden fluorescentie-emissie kan worden gebruikt voor het identificeren enIngle QDs puncta in fluorescentie beelden. Een puncta wat neerkomt op een enkele knipperende quantum dot vertoont een "aan" staat die is onderscheiden van de "off" staat. Een filmpje van knipperende QDs (verdund tot ongeveer 100 uur in gedemineraliseerd water) werd opgenomen met een 63x, 1,4 NA olie-immersie objectief gemonteerd op een epifluorescentiemicroscoop met een geschikte filter kubus en CCD-camera. Beelden werden vastgelegd met 30 msec blootstelling achtereenvolgens voor 500 frames. Knipperende analyse werd uitgevoerd door analyse van de gemiddelde intensiteit van één puncta (ongeveer 4 pixels) in elk frame gebruikt ImageJ 19 (figuur 3A). De duidelijke kloof tussen de "on" en "off" toestanden van onze QDs tonen hun potentieel voor single-molecule imaging (Figuur 3B).

De interactie van het InP / ZnS QDs met cellen werd ook onderzocht door middel van zowel toxiciteit als cellulaire internalisatie. Voorbeide studies, muis neuroblastoma (N2a) cellen werden gebruikt en alle experimenten werden uitgevoerd in cellulaire medium (50/50 D-MEM / Opti-MEM gesupplementeerd met 10% foetaal runderserum en antibiotica / antimycotische) uitgevoerd. Een trypan blauw toxiciteit assay 20 werd uitgevoerd door incubatie N2a cellen gedurende 24 en 48 uur met variërende concentraties QD. De resultaten tonen verwaarloosbare toxiciteit van N2a cellen QD concentraties van 1-5 nM (Figuur 4). Om QD internalisatie observeren, werden N2a cellen geïncubeerd met wateroplosbare InP / ZnS QDs gedurende 12 uur bij zowel de 5 en 10 nM. Beelden van cellen geïncubeerd met deze QDs blijkt een lysosomaal lokalisatie van QD tonen na 12 uur (Figuur 5), wat consistent met andere resultaten internalisatie van nanodeeltjes 21.

Figuur 1
Figuur 1. De absorptie en fluorescentie karakterisering van InP / ZnS QDs. Absorptie en gecorrigeerd fluorescentie-emissiespectra van InP / ZnS in hexaan geëxciteerd bij 533 nm, met een maximale absorptie bij 600 nm en een FWHM van 73 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 2
Figuur 2. Grootte Analyse van polymeer-gecoate InP / ZnS QDs in water. (A) Transmissie electron micrograaf van InP / ZnS QDs opgelost in water (schaalbalk = 50 nm). (B) Deeltjesgrootteverdeling histogram van TEM resultaten met een gemiddelde diameter van 2,74 ± 0,72 nm. (C) Dynamische lichtverstrooiing analyse van InP / ZnS QDs in water, die een gemiddelde hydrodynamische diameter van 14,8 ± 6,0 nm.large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3. Knipperen Analyse van InP / ZnS QDs. Single fluorescerende puncta analyse waarin de aanwezigheid van verschillende "on" en "off", zegt door middel van (A) een knipperend profiel van InP / ZnS QDs in water met behulp van 460 nm ± 25 nm excitatie filter , 500 nm lange pass emissie-filter en 475 nm dichroïsche spiegel, en (B) een histogram vertoont de bimodale verdeling van de pixel-intensiteit van de ene QD knipperen profiel. klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5. Internalisatie van InP / ZnS QDs in N2a cellen. Fluorescentie vergroting toont de internalisatie van InP / ZnS QDs na 12 uur incubatie met 0 nM controle (A) DIC (B) QD en (C) overlay, na 12 uur incubatie met 5 nM QD (D) DIC (E) QD en ( (G) DIC (H) QD en (I) overlay. Schaal bar = 10 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit protocol geeft de synthese van sterk fluorescerende InP / ZnS QDs die kunnen worden gebruikt in vele biologische systemen. QD producten hier gesynthetiseerd vertoonde een fluorescentie-emissie piek gecentreerd op 600 nm met een FWHM van 73 nm (figuur 1), die vergelijkbaar is met andere eerder beschreven synthesen 12. Reactietijd en reactietemperatuur zijn uiterst cruciale stappen vanwege hun diepgaande invloed op QD synthese kwaliteit en herhaalbaarheid. Na oplossen in water, de QDs was vastbesloten om een ​​kwantum opbrengst van ongeveer 6% te hebben. Variatie van de reactietijd, temperatuur of voorloperconcentratie kan de afstemming van QD grootte en emissiegolflengte, die kunnen worden gebruikt in multi-spectrale toepassingen.

Grootte en oppervlakte lading zijn zeer belangrijke factoren te overwegen bij het gebruik van nanodeeltjes in biologische systemen. Om verstoring van biomoleculen doel zoveel mogelijk te beperken, moet QDs een kleine, mon handhavenodisperse grootte. Bovendien kan de oppervlaktelading van QD in oplossing worden aangepast dalen specifieke binding aan ongewenste doelwitten. De synthese van QD hier gepresenteerde geproduceerd QDs met een diameter van 2,74 ± 0,72 nm door TEM (alleen de kern en schil zichtbaar) (Figuren 2A en 2B). Water-oplosbare QDs bleken een effectieve hydrodynamische diameter van 14,8 ± 6,0 nm, wat vergelijkbaar is met Cd-gebaseerde QDs nog voor biologische studies 22 hebben. De oppervlaktelading en functionaliteit waterige QD kan worden gemodificeerd door verdere reactie van het carboxylaat chemische groepen van het amfifiele polymeer.

Knipperende analyse werd gebruikt om de geschiktheid van deze InP / ZnS voor werkende moleculen imaging studies verkennen. Aangezien het niet afzonderlijke QD visualiseren middels lichtmicroscopie, kan het knipperen van individuele QDs worden gebruikt om afzonderlijke deeltjes te identificeren. Dit knipperende fenomeen is de afwisseling tussen discrete &# 34; on "en" off "fluorescentie zegt 23, die kan worden onderzocht met behulp van de gemiddelde pixel intensiteit van enkele fluorescente QD puncta loop van de tijd De fluorescentie sporen van InP / ZnS QD puncta demonstreren karakteristiek." Aan "en" uit "toestanden ( figuur 3A). Bovendien is er geen overlapping tussen de "aan" en "uit" toestanden van één puncta (figuur 3B), die is gebruikt in eerdere studies enkelvoudige deeltjes 8 te onderscheiden.

Verdere experimenten werden gebruikt om de geschiktheid van deze InP / ZnS QDs voor cellulaire studies verkennen. Een trypan blauw toxiciteit assay werd uitgevoerd om de biocompatibiliteit van het InP / ZnS QDs beoordelen. Na incubatie gedurende 24 uur tot 48 uur bij QD concentraties variërend van 1-5 nM, werd verwaarloosbare toxiciteit waargenomen (figuur 4), wat vergelijkbaar is met toxiciteit die InP / ZnS QDs 11. Substantiële toxiciteit werd niet waargenomen below 25 nm; deze concentratie veel hoger dan vereist voor vele biomedische toepassingen. Bijvoorbeeld één molecuul imaging studies vereisen vaak pM concentratie van de probe QD een representatief aantal oppervlaktegebonden cellulaire receptoren 24 label. Bovendien N2a cellen geïncubeerd met QD bij 5 nM of 10 nM voor 12 uur in cellulaire media geven die QD worden geïnternaliseerd via endocytose, bijvoorbeeld, tonen een QDs punctata kleuringspatroon in de cellen (Figuur 5). Deze resultaten geven de geschiktheid van deze InP / ZnS QDs voor het onderzoeken van cellulaire processen.

Dit protocol beschrijft de synthese en functionalisering van water oplosbare InP / ZnS QDs met intense fluorescentie-emissie, relatief kleine omvang-dispersiteit, en biologische compatibiliteit. De hoge kwaliteit van deze producten QD wordt aangegeven door de visualisatie van afzonderlijke QD fluorescentiemicroscopie, hetgeen aantoont dat ze geschikt zijn voor eenmalig molecule beeldvorming. Verwacht wordt dat deze Cd-vrije QDs potentieel minder toxisch voor de biologische systemen onderzocht, en de onderzoekers te bestuderen. Als zodanig is het gebruik van deze In-gebaseerde QDs voor biomedische toepassingen is een voorzichtige alternatief Cd-gebaseerde QDs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs dankbaar erkennen het Department of Chemistry en de Graduate College in Missouri State University voor hun steun aan dit project. We hebben ook de Electron Microscopy Laboratory van de Frederick National Laboratory for Cancer Research erkennen voor het gebruik van hun transmissie-elektronenmicroscoop en koolstof beklede roosters.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oleylamine Acros 129540010
Zinc(II) chloride Sigma 030-003-00-2
Indium(III) chloride Chem-Impex 24560
Tris(dimethylamino)phosphine Encompass 50-901-10500
1-dodecanethiol Acros 117625000
Hexanes Fisher Sci H292-4
Acetone TransChemical UN 1090
Zinc Stearate Aldrich Chem 307564-1KG
Tetrahydrofuran Acros 34845-0010
Molecular Water Fisher Sci BP2470-1
Poly(maleic anhyrdride-alt-1-tetradecene), 3-(dimethylamino)-1-propylamine derivative Sigma 90771-1G
Boric acid Fisher Sci BP168-500
Sodium Tetraborate Decahydrate Fisher Sci BP175-500
Rhodamine B Aldrich Chem R95-3
Nitrogen gas Airgas UN1066
Trypan blue Thermo Sci SV30084.01
3 ml plastic Luer-lock syringe BD 309657
Luer-lock Needle Air-Tite 8300014471 4 inch, 22 gauge
50 ml polypropyene centrifuge tube Falcon 352098
250 ml centrifuge bottle Thermo Sci 05-562-23 Nalgene PPCO
5 ml centrifuge tubes Argos-Tech T2076
1.5 ml microcentrifuge tubes Bio Plas 4150
0.1 μm Syringe filter Whatman 6786-1301 Puradisc 13 mm nylon filter
Slide-A-Lyzer MINI Dialysis Unit Thermo Sci 69590 20,000 MWCO
Rotary Evaporator Heidolph
Centrifuge 5072 Eppendorf Swinging Bucket with 50 ml tube adapters
Lambda 650 UV/VIS Spectrometer Perkin Elmer UV-Vis Spectrophotometer
LS 55 Fluorescence Spectrometer Perkin Elmer Fluorometer
Axio Observer.A1 Zeiss epifluorescence microscope
AxioCam MRm Zeiss CCD Camera
Tecnai TF20 Microscope FEI Transmisison Electron Miscroscope
TEM Eagle CCD FEI TEM CCD Camera
NanoBrook Omni DLS Brookhaven Dynamic Light Scattering Instrument

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Alivisatos, A. P. Semicondictor clusters, nanocrystals, and quantum dots. Science. 271 (5251), 933-937 (1996).
  2. Michalet, X., et al. Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics. Science. 307 (5709), 538-544 (2005).
  3. Jaiswal, J. K., Mattoussi, H., Mauro, J. M., Simon, S. M. Long-term multiple color imaging of live cells using quantum dot bioconjugates. Nat. Biotechnol. 21 (1), 47-51 (2009).
  4. Deerinck, T. J. The application of fluorescent quantum dots to confocal, multiphoton, and electron microscopic imaging. Toxicol. Pathol. 36 (1), 112-116 (2008).
  5. Smith, A. M., Duan, H., Mohs, A. M., Nie, S. Bioconjugated quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging. Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (11), 1226-1240 (2008).
  6. Jamieson, T., et al. Biological applications of quantum dots. Biomaterials. 28 (31), 4717-4732 (2007).
  7. Lidke, D. S., Arndt-Jovin, D. J. Imaging takes a quantum leap. Physiology. 19, 322-325 (2004).
  8. Fichter, K. M., Flajolet, M., Greengard, P., Vu, T. Q. Kinetics of G-protein-couple receptor endosomal trafficking pathways revealed by single quantum dots. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (43), 18658-18663 (2010).
  9. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. Engineering luminescent quantum dots for in vitro molecular and cellular imaging. Ann. Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  10. Derfus, A. M., Chan, W. C. W., Bhatia, S. N. Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots. Nano Lett. 4 (1), 11-18 (2004).
  11. Brunetti, V., et al. InP/ZnS as a safer alternative to CdSe/ZnS core/shell quantum dots: in vitro and in vivo toxicity assessment. Nanoscale. 5 (1), 307-317 (2013).
  12. Song, W., et al. Amine-derived synthetic approach to color-tunable InP/ZnS quantum dots with high fluorescent qualities. J. Nanopart. Res. 15 (1750), (1750).
  13. Dabbousi, B. O., et al. (CdSe)ZnS core-shell quantum dots: Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites. J. Phys. Chem. B. 101 (46), 9463-9475 (1997).
  14. Micic, O. I., Curtis, C. J., Jones, K. M., Sprague, J. R., Nozik, A. J. Synthesis and characterization of InP quantum dots. J. Phys. Chem. 98 (19), 4966-4969 (1994).
  15. Qi, L., Gao, X. Quantum dot-amphipol nanocomplex for intracellular delivery and realtime imaging of siRNA. ACS Nano. 2 (7), 1403-1410 (2008).
  16. Xie, R., Zheng, L., Peng, X. Nucleation kinetics vs chemical kinetics in the initial formation of semiconductor nanocrystals. J. Am. Chem. Soc. 131 (42), 15457-15466 (2009).
  17. Williams, A. T. R., Winfield, S. A., Miller, J. N. Relative fluorescence quantum yields using a computer-controlled luminescence spectrometer. Analyst. 108, 1067-1071 (1983).
  18. Schindelin, J., et al. Fiji: An open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  19. Schnieder, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat. Methods. 9, 671-675 (2012).
  20. Jin, Y., Kannan, S., Wu, M., Zhao, J. X. Toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells. Chem. Res. Toxicol. 20 (8), 1126-1133 (2007).
  21. Corazzari, I., Gilardino, A., Dalmazzo, S., Fubini, B., Lovisolo, D. Localization of CdSe/ZnS quantum dots in the lysosomal acidic compartment of cultured neurons and its impact on viability: potential role of ion release. Toxicol. In Vitro. 27 (2), 752-759 (2013).
  22. Pons, T., Uyeda, H. T., Medintz, I., Mattoussi, H. Hydrodynamic dimensions, electrophoretic mobility, and stability of hydrophilic quantum dots. J. Phys. Chem. B. 110 (41), 20308-20316 (2006).
  23. Durisic, N., Wiseman, P., Grutter, P., Heyes, C. D. A common mechanism underlies the dark fraction formation and fluorescence blinking of quantum dots. ACS Nano. 3 (5), 1167-1175 (2009).
  24. Vermehren-Schmaedick, A., et al. Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotropic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking. PLoS ONE. 9 (4), e95113 (2014).

Tags

Chemie Quantum dots Synthesis indiumfosfide Cellular Imaging Nanodeeltjes Fluorescentie

Erratum

Formal Correction: Erratum: Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications
Posted by JoVE Editors on 02/29/2016. Citeable Link.

A correction was made to: Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications. There was an error with an author's given name. The author's name was corrected to:

Katye M. Fichter

from:

Kathryn M. Fichter.

Synthese van Cd-vrije InP / ZnS Quantum Dots Geschikt voor biomedische toepassingen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ellis, M. A., Grandinetti, G.,… More

Ellis, M. A., Grandinetti, G., Fichter, K. M. Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (108), e53684, doi:10.3791/53684 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter