Waiting
Login processing...

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

Chemistry

סינתזה של Cd-חינם InP / ZnS Quantum Dots מתאים עבור יישומים ביו

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

נקודות קוונטיות (QDs) מוליכות למחצה, nanocrystals כי תערוכת תכונות פלורסנט כאשר מוקרנים עם 1 אור. בשל גודלם הקטן (2-5 ננומטר), דומה ביומולקולות גדולה רבה, וקלות biofunctionalization, QDs הוא כלים מאוד אטרקטיבי עבור יישומים ביו. הם מצאו לשימוש תיוג ביולוגי, מולקולה בודדת Live- תא הדמיה, אספקת סמים, in vivo הדמיה, זיהוי פתוגן, ומעקב אחר תא, בין שימושים רבים אחרים 2-8.

QDs מבוסס Cd כבר נפוץ ביותר ביישומים ביו בגלל הקרינה האינטנסיבית שלהם ורוחב שיא פליטת צר 9. עם זאת, חששות הועלה בשל רעילות אפשרית של Cd 2 + יוני 10 שעשויים להשתחרר דרך השפלה של ננו-החלקיקים. לאחרונה, QDs המבוסס InP נחקר כחלופת QDs המבוסס Cd כי הם לשמור על מאפייני קרינה רבותשל QDs מבוסס Cd ועלול להיות יותר ביולוגי 11. QDs מבוסס Cd נמצא כרעיל יותר באופן משמעותי מאשר QDs המבוסס InP מבחנים במבחנה בריכוזים נמוכים כמו 10 בלילה, רק לאחר 48 שעות 11.

צבע פליטת הקרינה של QDs הוא בגודל מתכונן 1. כלומר, כמו הגודל של עליות QD, פליטת הקרינה הוא העביר אדומה. הגודל והגודל dispersity מהמוצרים QD ניתן לשנות על ידי שינוי הטמפרטורה, משך תגובה, או תנאי ריכוז מבשרים במהלך תגובת 12. בעוד שיא פליטת QDs InP הוא בדרך כלל רחב יותר ופחות אינטנסיבי מאשר QDs המבוסס Cd, InP QDs יכול להתבצע במגוון רחב של צבעים שנועדו למנוע חפיפה ספקטרלית, והם אינטנסיביים מספיק עבור רוב היישומים ביו 12. הסינתזה המפורטת בפרוטוקול זה מניב QDs עם שיא פליטת אדום מרוכז ב 600 ננומטר.

מספר צעדים ננקטים afסינתזת ter של ליבות QD כדי לשמור על השלמות האופטית של QDs וכדי להפוך אותם תואם עבור יישומים ביולוגיים. פני השטח של ליבת QD חייבים להיות מוגן מפני פגמי חמצון או משטח שעשויה לגרום מרווה; ולכן, פגז ZnS מצופה מעל מוקד לייצר InP / ZnS (ליבה / מעטפת) QDs 13. ציפוי זה הוכח להגן על photoluminescence של המוצר QD. הנוכחות של יוני אבץ במהלך סינתזת InP QD הוכחה להגביל ליקויים במשטח, וכן התפלגות גודל ירידה של 12. גם עם הנוכחות של Zn 2+ במדיום התגובה, סינתזה של InZnP היא מאוד לא סביר 12. לאחר ציפוי, וכתוצאה מכך QDs InP / ZnS הם מצופים ב ליגנדים הידרופובי כגון תחמוצת trioctylphosphine (TOPO) או 12,14 oleylamine. פולימר amphiphilic יכול לקיים אינטראקציה עם ליגנדים הידרופובי על פני השטח QD וכן מולקולות מים בכמות גדולה להקנות מסיסות במים 15. פולימרים amphiphilic עם קרבוקבוצות כימיות xylate יכולות לשמש "מטפל כימי" בהמשך functionalize QDs.

פרוטוקול זה מפרט את הסינתיזה functionalization של QDs המסיס במים InP / ZnS עם פליטת קרינה אינטנסיבית מאוד-dispersity גודל הקטן יחסית. QDs אלה הן בעלות פוטנציאל פחות רעיל QDs CdSe / ZnS נפוץ. בזאת, הסינתזה של InP / ZnS QDs מספקת אלטרנטיבה מעשית QDs המבוסס Cd עבור יישומים ביו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

סינתזה 1. של סולפיד אינדיום פוספיד / אבץ (InP / ZnS) Quantum Dots

  1. סינתזה של זרח אינדיום (InP) ליבות נקודה קוונטית
    1. להתאים תחתית עגולה 100 מ"ל, 3-צוואר, הבקבוק עם מעבה 12 אינץ '. הוסף 30 מ"ל oleylamine (OLA), 0.398 אינדיום גרם כלוריד (III) (כולל 3), 0.245 אבץ גרם (II) כלוריד (ZnCl 2) ומערבבים תוך פינוי ב RT באמצעות ואקום עבור שעה 1. הפתרון צריך להופיע חסר צבע עם משקע לבן.
    2. באמצעות מעטפת חימום עם תרמי ו נגזר יחסים-נפרד בקר טמפרטורה (מח"ש), להעלות את הטמפרטורה של הפתרון 120 מעלות צלזיוס. לפנות הפתרון תחת ואקום במשך 20 דקות כדי להסיר זיהומי נקודת רתיחה נמוכה שעשויים להשפיע צמיחת ליבה.
      הערה: למרות שניתן להשתמש באמבט חול מדחום, באמצעות מעטפת חימום ו- PID מגדיל את אחידות השחזור של תוצרי התגובה.
    3. תחת גז אינרטי (למשל, N 2), רפלוקס הפתרון ולהגדיל את הטמפרטורה ל 220 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות. כולל 3 ו ZnCl 2 להתמוסס לחלוטין, וכתוצאה מכך פתרון צהוב בהיר. אפשר הטמפרטורה לייצב במשך 10 דקות.
    4. טהר מזרק פלסטיק חד פעמי, 3 מיליליטר ו -4 אינץ ', 22 G מחט עם גז חנקן. באמצעות מזרק, מספקים במהירות 0.5 מ"ל טריס (dimethylamino) phosphine (TDMAP) לפתרון כולל 3. טמפרטורת הפתרון יורדת מעט וחוזר 220 מעלות צלזיוס. שינויי הפתרון מ שקופים, צהובים חיוורים כדי אטום, שחורים.
    5. אחרי 9.5 דקות, להסיר את בקבוק התגובה מן מעטפת החימום עד לטמפרטורה יורד מתחת ל -200 מעלות צלזיוס. כדי להגן על היושרה של ליבות InP, להמשיך ישירות הציפוי ZnS בשלב 1.2.1.
  2. סינתזה של סולפיד האבץ (ZnS) כיורים נקודה קוונטית
    1. מניח את בקבוק התגובה משלב 1.1.5 על מעטפת חימום ולייצב את temperature ב- C 200 °. לאט לאט מוסיפים 3.58 גרם dodecanethiol (DDT) במשך 15 שניות אל תמיסה המכילה QDs InP. אפשר פתרון להגיב למשך שעה 1.
      הערה: עובי הקליפה ZnS ניתן לשנות על ידי הגדלת או הקטנת כמות stearate אבץ הוסיף בשלב 1.2.4. לשנות את כמות ZnCl 2 או dodecanethiol בצעדים 1.1.1 1.2.1 יכול להשפיע על איכות QDs משמעותי על ידי שינוי קינטיקה התגובה.
      1. לאחר מכן, להסיר את בקבוק התגובה מן מעטפת החימום ולאפשר הפתרון להתקרר כ -60 מעלות צלזיוס.
    2. לאחר פתרון InP / ZnS מגיע ~ 60 מעלות צלזיוס, להוסיף 10 מ"ל hexanes ולהעביר את הפתרון כולו של בערך 45 מ"ל לצינור צנטריפוגות 50 מ"ל פוליפרופילן. צנטריפוגה מדגם (3,000 XG במשך 10 דקות) כדי להסיר מבשרים מוצקים unreacted.
    3. להעביר בזהירות את supernatant בקבוק צנטריפוגות פוליפרופילן 250 מ"ל, להוסיף 200 מ"ל אצטון, צנטריפוגות הפתרון (3,000 xגרם במשך 10 דקות) כדי לזרז QDs InP / ZnS. נפח זה יכול להיות גם שווה בשווה לארבעה 50 מ"ל צינורות עבור צנטריפוגה אם בצנטריפוגה עם הרוטור / אבזרים נדרש אינם זמינים. למזוג supernatant ומייבשים גלולה QD ביסודיות עם גז חנקן להסיר אצטון.
    4. Resuspend את QDs ב 20 מ"ל OLA באמצעות sonication, מעבירים תחתית עגולה 50 מ"ל, 3-צוואר, המכיל בקבוק 0.474 גרם stearate אבץ, ומערבבים. לפנות הפתרון תחת ואקום במשך 20 דקות ב RT.
    5. תחת גז חנקן, להעלות את הטמפרטורה ל -180 מעלות צלזיוס ולאפשר התגובה להמשיך במשך 3 שעות. אמנם אין שינויים חזותיים מורגש לפתרון התגובה המתרחשים במהלך התגובה הזו, הוספת stearate אבץ מגביר עובי הקליפה ZnS, ובכך להגדיל QY ידי שיפור פסיבציה פני QDs 12.. לאחר התגובה היא תושלם, להסיר את הבקבוק מן המעטפת חימום ולאפשר הפתרון להתקרר כ -60 מעלות צלזיוס.
    6. לאחר soluti InP / ZnSעל בדרגים ~ 60 מעלות צלזיוס, להוסיף hexanes 20 מ"ל ולהעביר צינור צנטריפוגות פוליפרופילן 50 מ"ל. צנטריפוגה מדגם (3,000 XG במשך 10 דקות) כדי להסיר stearate אבץ unreacted.
    7. להעביר בזהירות את supernatant בקבוק צנטריפוגות פוליפרופילן 250 מ"ל, להוסיף 200 מ"ל אצטון, צנטריפוגות הפתרון (3,000 XG במשך 10 דקות) כדי לזרז InP / ZnS QDs. בזהירות למזוג supernatant ולייבש היטב עם גז חנקן להסיר אצטון.
    8. ממיסים את גלולה QD InP / ZnS ב 30 מ"ל הקסאן. וורטקס ו sonicate הפתרון בקצרה על מנת להבטיח פיזור מלא.
    9. טיהור חוזרת על שלבי 1.2.6-1.2.8 פעמים נוספות על מנת להבטיח הסרה יסודית של הליגנדים אורגניים עודפים. אינטראקציות בין פולימר amphiphilic ואת QD בשלב 1.2 ניתנות לפריצה בנוכחות הליגנדים עודפים.
    10. בעזרת חישובים מפורטים על ידי שיה, et al. 16, לקבוע את גודל וריכוז של QDs InP / ZnS מסונתז באמצעות UV-Vis ספקטרוסקופיה.

2. מיםSolubilization של InP / ZnS Quantum Dots שימוש פולימר amphiphilic

  1. מי solubilization
    1. שימוש QDs InP / ZnS משלב 1.2.10, לדלל חלק QDs עם hexanes להשיג 1 מ"ל של 1 מיקרומטר QDs.
      1. בתוך צינור צנטריפוגות, להעביר 0.25 מ"ל InP / ZnS QDs לתוך צינור אחד. הוסף 1 מ"ל אצטון או מתנול אל הצינור צנטריפוגות צנטריפוגות (3,000 XG במשך 10 דקות). מוציאים בזהירות את supernatant ו לפזר כל המשקע ב 1 מ"ל tetrahydrofuran (THF).
      2. מעבירים את QDs InP / ZnS מומס THF לתוך 100 מ"ל עגול הבקבוק התחתון לדלל עם 16 מ"ל THF. כדי לצמצם את מספר אגרגטים בתמיסה, sonicate QDs למשך 5-10 דקות.
    2. ממיסים 30 פולי מ"ג (alt andhydride- maleic -1-octadecene), 3 (dimethylamino) -1-propylamine (PMAL-ד) ב 10 מ"ל מים כיתה מולקולרית. sonication באמבט מים או ערבוב עדין עד הפתרון הוא שקוף מספיק כדי לפזר את הפולימר לחלוטין.שימוש מערבולת או בחישה נמרצת יכול לייצר בועות רבות, אשר מעכבים אינטראקציה של פולימר עם QD. מוסיפים את פתרון פולימר 10 מ"ל ל 100 מ"ל עגול הבקבוק התחתון המכיל InP / ZnS QDs ב THF.
    3. להתאדות THF מפתרון QD / פולימר באמצעות המאייד רוטרי. מניחים את הבקבוק באמבט קרח תוך מתאדים כדי להקל על האינטראקציה בין פולימר QD. בהתאם לעוצמת של ואקום, רוב THF הוא התאדה לאחר 10 דקות והפתרון נראה עכור.
      1. לאחר הפתרון הוא התאדה עד 10 מיליליטר, להסיר את הבקבוק מן המאייד הסיבובי ולהוסיף 30 מ"ל מי כיתה מולקולריות. מחזירים את הבקבוק אל המאייד סיבובית וממשיכים לאדות עד 2 מ"ל. צעד אידוי סופי פעולה זו עשויה להימשך שעות רבות; להבטיח נשמרה באמבטית הקרח.
    4. הסר את QDs המסיס במי InP / ZnS מהבקבוק התחתי העגול עם טפטפת. סנן הפתרון QD באמצעות מזרק פלסטיק 3 מ"ל מצורף סאי ניילון 0.1 מיקרומטרRinge לסנן לתוך צינור צנטריפוגות 5 מ"ל.
    5. מניחים את QDs ליחידה דיאליזה קרום 20,000 MWCO ו dialyze נגד 0.05 M pH חיץ borate 8.5 להסיר פולימר עודף. (להוסיף לאט 0.05 M נתרן tetraborate decahydrate 0.05 חומצה M בור, עם ערבוב נמרץ, עד pH הוא 8.5 לעשות פתרון חיץ borate זה.) באמצעות concentrator ואקום, לרכז את QDs במאגר borate עד 1 מ"ל.
    6. עבור אחסון, לטהר את הפתרון עם גז חנקן לפני שהוא סגר עם Parafilm. QDs המסיס במים InP / ZnS יציב במשך 4 חודשים לפחות ב 4 ° C בחושך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ליבות InP הציפוי לא להפגין קרינה גלויה משמעותית לפי עין. עם זאת, InP / ZnS נקודות קוונטיות (ליבה / מעטפת) נראות לזרוח באור בהיר של עין תחת קרינת UV. הקרינה של QDs InP / ZnS התאפיינה באמצעות ספקטרוסקופיית הקרינה. הספקטרום של הקרינה QDs ב hexanes (האיור 1) נרגש 533 ננומטר מדגים שיא גדול אחד מרוכז ב 600 ננומטר עם רוחב חצי מקסימום (FWHM) של 73 ננומטר. בעוד ספיגת (0.2) לקזז באיור 1 יכול לרמוז QDs פיזור האור, ובכך בנוכחות QDs מצטברים, מהבהב ניתוח (אינפרא vide) מצביעים על כך שמרבית QDs רווקים, או קטן מאוד קבוצות, של QDs. לאחר ציפוי עם PMAL-ד פולימר amphiphilic, תשואה הקוונטי של QDs InP / ZnS נחקר על ידי השוואת עוצמת הקרינה המשולבת של QDs עם Rhodamine B כמו 17 סטנדרטיים. התשואה הקוונטי של QDs ב hexanes היה דetermined להיות 7.96% בממוצע (2 מדידות, 7.69% ו 8.22%) ו 6.03% במים בממוצע (2 מדידות, 5.98% ו 6.08%).

גודלו של QDs מסיסים במים InP / ZnS התאפיינה הן באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) ו פיזור אור דינאמי (DLS). תמונות TEM, אשר רק לדמיין את ליבת ננו הפגז (InP / ZnS), לא הליגנדים אורגניים על פני שטח, נתפסו בהגדלה נומינלית של 150,000X. התמונות נותחו באמצעות פיג'י ImageJ 18 ועל סף הותאם לתת תמונות בינאריות. בקטרים ​​של המינימום והמקסימום Feret היו בממוצע לקבוע את בקטרים ​​של QDs המסיס במים אלה. נתונים אלה הפגינו קטן, QDs monodisperse יחסית בקוטר ממוצע של 2.74 ± 0.72 ננומטר (איורים 2A & B). הקוטר הידרודינמית היעיל של QDs במים ב- pH 7, גלום PMAL-ד, נמדד משימוש DLS. זה צריך להיותציין כי קוטר הידרודינמית יעיל באמצעות DLS מודד את QD solvated, כולל ליגנדים ופולימרים אורגניים על פני השטח של QD, וכן מולקולות מים כי אינטראקציה איתם. לכן, מדידות DLS הן בדרך כלל הרבה יותר גדול מאשר מדידות שהתקבלו בניסויי TEM. במדידה זו, QDs שניטל להיות כדורי וכן סך של 30 מדידות נתפסו לחשב את הקוטר היעיל על ידי עוצמת קול באמצעות תוכנת פתרונות חלקיות BIC. ערכים אלה היו בממוצע, מתן קוטר ממוצע של 14.8 ± 6.0 ננומטר (איור 2 ג).

על מנת לקבוע אם QDs InP / ZnS המסונתז היו מתאים הדמית מולקולה בודדת, מהבהב הניתוח בוצע באמצעות epifluorescence מיקרוסקופיה 8. אמנם זה לא ניתן לראות QDs בודדים באמצעות מיקרוסקופ אור, ניתוח של "על" ו "off" מדינות פליטת הקרינה שניתן להשתמש בהם כדי לזהות single QDs puncta בתמונות הקרינה. Puncta המייצג נקודה קוונטית מהבהב יחיד ותערוכות מדינה "על" כי הוא מובחן מהמדינה "off". סרט של QDs המהבהב (מדולל ל כ 100 PM ב מים ללא יונים) נלכד באמצעות 63X, 1.4 NA, מטרת טבילת שמן מצויד על מיקרוסקופ epifluorescence עם קוביית מסנן מתאימה מצלמת CCD. תמונות נתפס עם 30 חשיפת msec ברציפות 500 מסגרות. ניתוח מהבהב בוצע על ידי ניתוח העוצמה הממוצעת של puncta יחיד (כ 4 פיקסלים) בכל מסגרת באמצעות ImageJ 19 (איור 3 א). הפער הבולט בין "על" ו "off" מצבי QDs שלנו להראות את הפוטנציאל שלהם הדמית מולקולה בודדת (איור 3 ב).

האינטראקציה של QDs InP / ZnS עם תאים גם נחקרה דרך הוא רעיל והפנמה הסלולר. לבשני המחקרים, נוירובלסטומה העכבר (N2a) התאים שימשו וכל הניסויים בוצעו במדיום הסלולרי (50/50 D-MEM / Opti-MEM השלימו עם סרום 10% שור עוברית אנטיביוטי / antimycotic). Assay הרעילה trypan הכחולה 20 בוצעה על ידי דוגרי תאי N2a עבור 24 ו -48 שעות עם ריכוזים שונים של QDs. התוצאות מראות רעילות זניחה של תאי N2a בריכוזי QD בין 1-5 ננומטר (איור 4). כדי להתבונן הפנמת QD, תאי N2a הודגרו עם QDs מסיס במי InP / ZnS במשך 12 שעות בשני 5 ו -10 ננומטר. תמונות של תאים מודגרות עם QDs אלו מופיעים להפגין לוקליזציה ליזוזומלית של QDs לאחר 12 שעות (איור 5), אשר עולים בקנה אחד עם תוצאות הפנמה אחרות של חלקיקים 21.

איור 1
איור 1. ספיגת פלואורסצנטי אפיון QDs InP / ZnS. ספיגת ספקטרום פליטת הקרינה מתוקן של InP / ZnS ב hexanes נרגשים 533 ננומטר, מראה ספיגת מקסימום ב 600 ננומטר ו FWHM של 73 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
ניתוח גודל איור 2. של פולימר מצופה InP / ZnS QDs במים. (א) הילוכים אלקטרונים מיקרוסקופ של QDs InP / ZnS מומס במים (בסולם בר = 50 ננומטר). (ב) גודל חלקיקים היסטוגרמה חלוקת TEM תוצאות עם קוטר ממוצע של 2.74 ± 0.72 ננומטר. (ג) ניתוח דינמי פיזור אור של InP / ZnS QDs במים, מראה בקוטר הידרודינמית ממוצע של 14.8 ± 6.0 ננומטר.large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. מהבהבת הניתוח של InP / ZnS QDs. ניתוח puncta ניאון יחיד המפרט בנוכחות ברורה "על" ו "off" קובע דרך (א) פרופיל מהבהב של InP / ZnS QDs במים באמצעות 460 ננומטר ± 25 ננומטר עירור מסנן , 500 מסנן פליטה ארוך לעבור ננומטר, ועל המראה dichroic 475 ננומטר, ו (ב) היסטוגרמה מציג את התפלגות bimodal של עוצמת פיקסל מהפרופיל מהבהב אחד QD. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5. הפנמה של InP / ZnS QDs ב N2a תאים. מיקרוסקופ פלואורסצנטי מראה את הפנמת InP / ZnS QDs לאחר 12 שעות של דגירה עם 0 שליטה ננומטר (א) דסק"ש (B) QD, ו- (ג) כיסוי, לאחר 12 שעות הדגירה עם 5 ננומטר QDs (D) דסק"ש (E) QD, ו ( (G) דסק"ש (H) QD, ו (אני) כיסוי. סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה מפרט את הסינתזה של QDs InP / ZnS פלורסנט מאוד שיכול לשמש במערכות ביולוגיות רבות. מוצרי QD מסונתזים כאן הציגו שיא פליטת קרינה יחיד מרוכז ב 600 ננומטר עם FWHM של 73 ננומטר (איור 1), אשר ניתן להשוות סינתזות אחרות שתוארו לעיל 12. זמני תגובת טמפרטורת תגובה הן צעדים חיוניים מאוד בשל ההשפעה עמוקה על איכות דירות סינתזת QD. לאחר solubilization במים, QDs הייתה כל כך נחושה יש תשואה הקוונטי של כ -6%. וריאציה של זמן תגובה, טמפרטורה, או מבשר הריכוז מאפשרת כוונון של גודל QD ו אורך גל פליטה, אשר עשויה לשמש ביישומים רבים-ספקטרלי.

גודל ולחייב משטח הם גורמים חשובים מאוד לשקול בעת שימוש חלקיקים במערכות ביולוגיות. כדי למזער הפרעה של ביומולקולות היעד, QDs צריך לשמור על קטן, monגודל odisperse. בנוסף, תשלום השטח של QDs בתמיסה יכול להיות שונה כדי להקטין ספציפי מחייב כלפי מטרות מכוונות. הסינתזה של QDs המוצג כאן המיוצר QDs בקוטר של 2.74 ± 0.72 ננומטר על ידי TEM (רק ליבה והפצצה גלויה) (2A דמויות 2B). נמס במים QDs נמצא כבעלים בקוטר הידרודינמית יעיל של 14.8 ± 6.0 ננומטר, אשר ניתן להשוות QDs המבוסס Cd משמש כיום מחקרים ביולוגיים 22. האישום המשטח והפונקציונלי של QDs המימי ניתן לשנות על ידי תגובה נוספת של הקבוצות הכימיות carboxylate של פולימר amphiphilic.

ניתוח מהבהב שימש לחקור את התאמתו של InP / ZnS אלה בדיקות הדמיה מולקולה בודדת. מאז זה לא ניתן לדמיין QDs הבודד באמצעות מיקרוסקופ אור, מצמוץ של QDs הבודד יכול לשמש כדי לזהות חלקיקים יחידים. תופעה מהבהבת זהו לסירוגין בין של דיסקרטי &# 34; על "ו" off "הקרינה קובע 23, אשר ניתן לחקור באמצעות עוצמת פיקסל הממוצע של puncta QD פלורסנט בודד לאורך זמן עקבות הקרינה של puncta InP / ZnS QD להפגין מאפיין." על מדינות "ו" off "( איור 3 א). יתר על כן, אין חפיפה בין "על" ו "off" מדינות של puncta יחיד (איור 3B), אשר שימש במחקרים קודמים להבחין חלקיקים יחיד 8.

ניסויים נוספים שימשו לחקור את התאמתו של QDs InP / ZnS אלה ללימודי הסלולר. Assay רעילות trypan כחול בוצעה על מנת להעריך את biocompatibility של QDs InP / ZnS. לאחר דגירה במשך 24 שעות עד 48 שעות בריכוזי QD הנעים בין 1-5 ננומטר, רעילויות זניחות נצפו (איור 4), אשר ניתן להשוות מחקרים רעילים עבור InP / ZnS QDs 11. רעילות משמעותית לא נצפתה below 25 ננומטר; ריכוז זה גבוה בהרבה מנדרש עבור יישומים ביו רב. לדוגמה, בדיקות הדמיה מולקולה בודדת לעיתים קרובות דורשים ריכוזי PM של החללית QD לתייג מספר מייצג של קולטני התאים הנכנס משטח 24. בנוסף, תאים N2a מודגרות עם QDs ב 5 ננומטר או 10 ננומטר במשך 12 שעות במדיה הסלולרית עולה כי QDs הן הפנימו באמצעות אנדוציטוזה, כלומר, QDs להדגים דפוס מכתים punctate בתוך התאים (איור 5). תוצאות אלו מצביעות על התאמתו של אלה QDs InP / ZnS לחקירת תהליכים תאיים.

פרוטוקול זה מפרט את הסינתיזה functionalization של QDs המסיס במים InP / ZnS עם פליטת קרינה אינטנסיבית,-dispersity גודל הקטן יחסית, תאימות ביולוגית. האיכות הגבוהה של המוצרים QD אלה מסומן על ידי ויזואליזציה של QDs אחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי, אשר מוכיח כי הם מתאימים חד moleculהדמית דואר. זה צפוי כי QDs Cd-חינם אלה הם פוטנציאל הרבה פחות רעיל למערכות ביולוגיות למד, כמו גם החוקרים לומדים אותם. ככזה, שימוש QDs המבוסס אלה עבור יישומי ביו היא אלטרנטיבה נבונה QDs המבוסס Cd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים אין לי מה לחשוף.

Acknowledgments

המחברים בתודה להכיר מהמחלקה לכימיה במכללה בוגר באוניברסיטת מיזורי סטייט על תמיכתם בפרויקט זה. אנחנו גם הכיר המעבדה המיקרוסקופית האלקטרונים במעבדה לאומית פרדריק לחקר הסרטן לשימוש של מיקרוסקופ אלקטרוני ההילוכים שלהם ורשתות מצופות פחמן.

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

כימיה גיליון 108 נקודות קוונטיות סינתזה זרח אינדיום נייד הדמיה חלקיקים קרינה

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.

סינתזה של Cd-חינם InP / ZnS Quantum Dots מתאים עבור יישומים ביו
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