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Chemistry

바이오 메디컬 응용 프로그램에 적합 InP를 /의 ZnS 양자점 CD-자유의 합성

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

양자 도트 (양자점)는 빛 (1) 조사에 형광 특성을 나타내는 나노 결정 반도체된다. 그들의 작은 많은 큰 생체 분자와 비슷합니다 크기 (2-5 ㎚), 및 biofunctionalization의 용이성, 양자점은 생명 의학 애플리케이션을위한 매우 매력적인 도구입니다. 그들은 생물학적 표지의 사용을 발견 한 많은 다른 용도 2-8 사이의 단일 분자 라이브 세포 이미징, 약물 전달, 생체 이미징, 병원체 탐지 및 세포 추적.

CD 기반 양자점 가장 일반적으로 인해 강한 형광 좁은 발광 피크 폭 (9)의 생의학 분야에 사용되어왔다. 그러나 우려 인해 카드뮴의 잠재적 인 독성 제기되고있다 2+ 나노 입자의 분해를 통해 공개 할 수있다 (10)를 이온. 그들은 많은 형광 특성을 유지하기 때문에, 최근의 InP 계 양자점 CD 기반 양자점 대안으로 탐구되어왔다의 양자점을 CD 기반과 11 개의 생체 적합성 수있다. CD 기반 양자점은 48 시간 11 후 10 오후의 낮은 농도에서 시험 관내 분석에서의 InP 기반의 양자점보다 훨씬 더 독성이 밝혀졌다.

양자점의 형광 방출 색상은 가변 크기 일 것이다. 즉 QD 크기가 증가, 형광 방출은 적색 편이된다. QD 상품의 크기 및 크기 분산은 반응 12시 온도, 반응 지속 시간, 또는 전구체 농도 조건을 변경함으로써 변경 될 수있다. InP의 양자점의 발광 피크는 일반적으로 넓은 그리고 CD 기반 양자점보다 강한 반면, InP를 양자점은 스펙트럼 중첩을 방지하기위한 수많은 색상 다양한 이루어진 것으로, 대부분 생물 의학 응용 (12)을 충분히 강렬 할 수있다. 이 프로토콜에 설명 합성은 600 nm에서 중심 적색 발광 피크 양자점을 산출한다.

몇 가지 단계가 AF 촬영QD 코어 터 합성은 양자점의 광학 무결성을 유지하고 생물 애플리케이션에 호환되도록 할 수 있습니다. QD 코어의 표면은 담금질의 원인이 산화 또는 표면 결함으로부터 보호되어야한다 따라서, 쉘은 ZnS의 InP /의 ZnS (코어 / 쉘) 13 양자점을 제조 코어 위에 코팅된다. 이 코팅은 QD 상품의 광 발광을 보호하는 것으로 나타났다. InP의 QD 합성 중에 아연 이온의 존재는 표면 결함의 감소뿐만 아니라 입도 분포 (12)를 제한하는 것으로 나타났다. 비록 반응 매질에서 아연 2+의 존재와 InZnP의 합성 12 희박하다. 코팅 후, 결과의 InP /의 ZnS 양자점은 이러한 트리 옥틸 포스 핀 옥사이드 (TOPO) 또는 올레 일 아민 (12, 14)과 같은 소수성 리간드에 코팅된다. 양쪽 성 중합체는 수용성을 부여하는 15 QD 표면의 소수성 리간드뿐만 아니라 대량의 물 분자와 상호 작용할 수있다. 침탄와 양친 매성 고분자xylate 화학 기는 상기 양자점을 기능화 "화학 핸들"로서 사용될 수있다.

이 프로토콜은 매우 강렬한 형광 방출과 상대적으로 작은 크기 분산과 합성 수용성의 InP /의 ZnS 양자점의 작용을 자세히 설명합니다. 이러한 양자점은 잠재적으로 일반적으로 사용의 CdSe /의 ZnS 양자점보다 독성이 낮음. 여기서, InP를 /의 ZnS 양자점의 합성은 생물 의학 응용 프로그램에 대한 CD 기반 양자점에 대한 실질적인 대안을 제공합니다.

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Protocol

인듐 인화물 / 황화 아연 (InP를 /의 ZnS) 양자 점의 1. 합성

  1. 인듐 포스 파이드 (InP)와 같은 반도체 양자점 코어의 합성
    1. 12 인치 응축기 100 ㎖ 둥근 바닥 3 목 플라스크에 장착한다. 올레 일 아민 30 ㎖ (OLA), 0.398 g의 인듐 (III) 클로라이드 (3 포함), 0.245 g의 아연 (II) 클로라이드 (ZnCl 2)를 첨가하고 1 시간 동안 진공을 사용하여 RT에서 배기하면서 교반한다. 이 솔루션은 흰색 침전물과 무색 나타납니다.
    2. 열전쌍 및 비례 적분 미분 (PID) 온도 제어기로 가열 맨틀을 사용하여, 120 ° C까지 용액의 온도를 증가시킨다. 코어의 성장에 영향을 미칠 수있는 저비점 불순물을 제거하고 20 분 동안 진공 하에서 용액 대피.
      주의 : 가열 맨틀을 사용하여 모래 욕 및 온도계를 사용할 수 있고 PID가 반응 생성물의 균일 성 및 재현성을 향상 동안.
    3. 불활성 가스에서 (예를 들어,, N 2) 용액을 환류하에 15 분 동안 220 ℃까지 온도를 증가시킨다. 포함 3 ZnCl 2 완전히 담황색 용액 결과 녹인다. 온도가 10 분 동안 안정화 할 수 있습니다.
    4. 일회용 3 ㎖ 플라스틱 주사기 및 4 인치, 질소 가스를 22 G 바늘을 제거. 주사기를 사용하여 신속하게 포함 3 용액에 0.5 ㎖의 트리스 (디메틸 아미노) 포스 핀 (TDMAP)를 제공한다. 용액의 온도가 약간 감소하고 220 ° C까지 돌아갑니다. 투명에서 솔루션을 변경, 블랙, 불투명 한 노란색 창백.
    5. 온도가 200 ° C 이하로 감소 될 때까지 9.5 분 후, 가열 맨틀로부터 반응 플라스크를 제거한다. InP의 코어의 무결성을 보호하기 위해 단계 1.2.1에서의 ZnS 코팅에 직접 진행합니다.
  2. 황화 아연 (의 ZnS) 양자 도트 쉘의 합성
    1. 가열 맨틀에 단계 1.1.5에서 반응 플라스크를 놓고 t을 안정200 ° C에서 럼 온. 천천히 InP를 양자점을 함유하는 용액에 15 초에 걸쳐 3.58 g의 도데 칸 티올 (DDT)을 추가한다. 용액을 1 시간 동안 반응 할 수 있습니다.
      참고 인 ZnS 쉘 두께를 증가 시키거나 단계 1.2.4 첨가 아연 스테아 레이트의 양을 감소시킴으로써 변화 될 수있다. 단계 1.1.1 및 1.2.1에 ZnCl 2의 양을 변경하거나 도데 상당히 반응 속도를 변화시킴으로써 양자점의 품질에 영향을 미칠 수있다.
      1. 그 후, 가열 맨틀로부터 반응 플라스크를 제거하고, 용액을 약 60 ℃로 냉각 할 수있다.
    2. InP의 / 인 ZnS 용액 이르면 ~ 60 ° C 10 ml의 헥산을 부가하고 50 ㎖ 폴리 프로필렌 원심 분리 튜브에 약 45 ㎖의 전체 용액 옮긴다. 미 반응 고체 전구체를 제거하기 위해 샘플 (10 분 동안 3,000 XG)를 원심 분리기.
    3. 조심스럽게 (원심 분리기 3,000 X를 솔루션을 250 ml의 폴리 프로필렌 원심 분리기 병에 뜨는을 전송 200ml의 아세톤을 추가하고,10 분)에 대한 g을 InP를 /의 ZnS 양자점을 침전합니다. 필요한 로터 / 액세서리 원심 분리기를 사용할 수없는 경우이 볼륨은 원심 분리에 대해 사 50 ㎖ 튜브에 균등하게 분할 할 수 있습니다. 뜨는을 가만히 따르다 및 아세톤을 제거하기 위해 질소 가스로 완전히 QD 펠렛을 건조.
    4. 초음파 처리를 사용하여 20 ㎖ OLA에 재현 탁 양자점을 50 ㎖ 둥근 바닥 3 목 플라스크에 0.474 g 함유 아연 스테아 레이트 및 교반 옮긴다. 실온에서 20 분 동안 진공 솔루션을 대피.
    5. 질소 하에서 180 ℃까지 온도를 증가시키고, 반응을 3 시간 동안 수행 할 수있다. 반응 중에 발생하는 반응 액에 띄는 시각적 변화가 없지만 스테아린산 아연을 첨가하여 이렇게 양자점 (12)의 표면 보호를 개선 QY 증가의 ZnS 쉘 두께를 증가시킨다. 상기 반응이 완료되면, 가열 맨틀로부터 플라스크를 제거 상기 용액을 약 60 ℃로 냉각 할 수있다.
    6. InP를 /의 ZnS soluti 번에 도달 ~ 60 ° C 20 ml의 헥산을 부가하고 50 ㎖ 폴리 프로필렌 원심 분리 튜브로 옮긴다. 미 반응의 아연 스테아 레이트를 제거하기 위해 샘플 (10 분 동안 3,000 XG)를 원심 분리기.
    7. 조심스럽게, 250 ml의 폴리 프로필렌 원심 분리기 병에 뜨는을 전송 InP를 /의 ZnS 양자점을 침전 200ml의 아세톤, 원심 분리 용액 (10 분 3,000 XG)를 추가합니다. 조심스럽게 뜨는을 가만히 따르다 및 아세톤을 제거하기 위해 질소 가스로 완전히 건조.
    8. 30 ml의 헥산의 InP /의 ZnS QD 펠렛을 녹인다. 소용돌이와는 완전한 분산을 보장하기 위해 잠시 솔루션을 초음파 처리.
    9. 반복 정제를 초과하는 유기 리간드의 철저한 제거를 보장하기 위해 1.2.6-1.2.8 두 번 더 반복합니다. 양친 매성 고분자 단계 1.2 QD 사이의 상호 작용이 과잉의 리간드의 존재 하에서 저하 될 수있다.
    10. 시에 의해 설명 계산, 등. (16), UV-마주 분광학 사용하여 합성 된 InP를 /의 ZnS 양자점의 크기와 농도를 결정한다.

2. 물양친 매성 고분자를 사용하여 InP를 /의 ZnS 양자점의 가용화

  1. 물 가용화
    1. 단계 1.2.10에서의 InP / 양자점은 ZnS를 사용하여 1 μM 양자점 1 ㎖를 수득 헥산으로 양자점의 일부를 희석.
      1. 원심 분리 관에서 각 튜브에 0.25 mL의의 InP / 양자점은 ZnS 옮긴다. 원심 분리기 튜브와 원심 분리기 (10 분 3,000 XG)에 1 ml의 아세톤 또는 메탄올을 추가합니다. 조심스럽게 상층 액을 제거하고 1 ml의 테트라 하이드로 퓨란 (THF)에 각각의 침전물을 용해.
      2. 100ml의 둥근 바닥 플라스크에 THF에 용해 InP를 /의 ZnS 양자점을 전송하고 16 ML의 THF로 희석. 용액의 응집체의 수를 감소 5-10 분 동안 초음파 처리 양자점한다.
    2. 10 ㎖의 분자량 등급 물에 30 mg의 폴리 (말레 andhydride- ALT -1- 옥타 데센), 3- (디메틸 아미노) -1- 프로필 아민 (PMAL-D)를 녹인다. 용액이 투명해질 때까지 수조에서 초음파 또는 부드러운 교반은 중합체를 완전히 용해하기에 충분하다. 그만큼소용돌이 나 격렬한 교반 사용 QD로 중합체의 상호 작용을 방해하는 많은 거품을 생성 할 수있다. 라운드 THF에서의 InP /의 ZnS 양자점을 포함하는 바닥 플라스크 100 ㎖에 10 ml의 폴리머 솔루션을 추가합니다.
    3. 회전 증발기를 사용 QD / 중합체 용액으로부터 THF를 증발시켰다. 중합체 및 QD 사이의 상호 작용을 용이하게하기 위해 증착 동안 얼음 용기에 플라스크를 배치. 진공의 강도에 따라, 대부분의 THF 10 분 후에 증발시키고, 용액을 혼탁 나타난다.
      1. 용액을 10 ㎖로 증발되면, 회전식 증발기에서 제거하고, 플라스크를 30 ㎖을 분자 수준의 물을 첨가 하였다. 회전 증발기에 플라스크를 돌려 2 ml의 증발을 계속합니다. 이 최종 증발 단계는 많은 시간이 걸릴 수 있습니다; 얼음 목욕이 유지되어 있는지 확인합니다.
    4. 피펫 둥근 바닥 플라스크에서 수용성의 InP /의 ZnS 양자점을 제거합니다. 0.1㎛의 나일론 SY 부착 3 ㎖ 플라스틱 주사기를 사용 QD 용액 필터ringe는 5 ML의 원심 분리기 튜브에 필터링 할 수 있습니다.
    5. 20,000 MWCO 막 투석 장치에 양자점을 놓고 여분의 중합체를 제거하기 위해 0.05 M 붕산 완충액 pH 8.5에 대해 투석. (pH가이 붕산 완충액을 8.5가 될 때까지 천천히 격렬한 교반과 함께, 0.05 M 붕산 0.05 M 소듐 테트라 보레이트 십수화물을 추가한다.) 진공 농축기를 사용하여 1 ml의 보레이트 완충액에 양자점을 농축시킨다.
    6. 저장을 위해, 파라 필름으로 밀봉하기 전에 질소 가스 퍼지 용액. 수용성의 InP /의 ZnS 양자점은 어둠 속에서 4 ° C에서 최소 4 개월 동안 안정하다.

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Representative Results

코팅의 InP 코어는 눈으로 상당한 보이는 형광을 보여주지 않습니다. 그러나, InP를 /의 ZnS (코어 / 쉘) 양자점은 UV 조사에서 눈으로 밝은 형광을 보인다. InP를 /의 ZnS 양자점의 형광은 형광 분광법을 사용하여 분석되었다. 헥산 양자점의 형광 스펙트럼 73 나노 미터의 절반 최대 (FWHM)에서 전체 폭이 600 nm에서 중심으로 한 주요 피크를 보여줍니다 nm의 533에서 여기 (그림 1). 그림 1의 오프셋 (offset) 흡광도 (0.2) 이렇게 집계 된 양자점의 존재, 분석 (보라 인프라를) 깜박이를 빛을 산란 양자점을 의미하고, 수 있지만 대부분의 양자점이 양자점의, 그룹 단일, 또는 매우 작은 것을 나타냅니다. 양친 매성 고분자 PMAL-D로 도포 후, InP의 / 양자점은 ZnS의 양자 수율은 표준 로다 민 B (17)와 통합 된 양자점의 형광 강도를 비교하여 조사 하였다. 헥산 양자점의 양자 수율 거라고했다평균 7.96 % (2 측정, 7.69 % 및 8.22 %)과 평균에 물에 6.03 % (2 측정, 5.98 % 및 6.08 %)을 할 etermined.

수용성의 InP / 인 ZnS 양자점의 크기는 투과 전자 현미경 (TEM) 및 동적 광산란 (DLS)를 모두 사용하는 것을 특징으로한다. 단지 표면에 나노 결정 코어 쉘 파이드 (InP / 인 ZnS) 유기 리간드하지 시각화 TEM 이미지가, 150,000X 공칭 배율로 촬영 하였다. 이미지 피지 ImageJ에 18를 사용하여 분석하고, 임계치는 이진 이미지를 제공하도록 조절 하였다. 최소 및 최대의 Feret 지름이 수용성 양자점의 직경을 결정하기 위해 평균 하였다. 이 데이터는 2.74 ± 0.72 나노 미터 (도 2A & B)의 평균 직경이 작고 상대적으로 단 분산 양자점을 보여 주었다. PMAL 차원 캡슐화 pH가 7 중의 양자점의 유효 유체 역학적 직경은 DLS를 사용하여 측정 하였다. 그것은해야한다DLS를 통한 효과적인 유체 역학적 직경은 유기 리간드 및 중합체 QD의 표면뿐만 아니라, 이들과 상호 작용하는 물 분자를 포함하는 용 매화 된 QD를 측정하는 것을 밝혔다. 따라서, DLS 측정은 일반적 TEM 실험에서 얻어진 측정치보다 훨씬 크다. 이 측정에있어서, 양자점은 구형 인 것으로 가정하고, 30 측정의 총 BIC 부분 솔루션 소프트웨어를 사용하여 부피 유효 직경을 계산하는 포착 하였다. 이러한 값은 14.8 ± 6.0 nm의 (도 2C)의 평균 직경을 제공 평균화 하였다.

합성의 InP /의 ZnS 양자점은 단일 분자 이미징에 적합한한다면 위해 분석 표면 형광 현미경 (8)를 사용하여 수행 하였다 깜박 결정합니다. 이는 광 현미경, "ON"으로의 분석을 이용하여 각각의 양자점을 볼 수없는 반면 "OFF"형광 발광 상태는 (S)을 식별하는 데 사용될 수있다형광 이미지에서 화롯불 양자점 puncta에. 하나 깜박 양자점을 나타내는 puncta의는 "오프"상태에서 차별화 "에"상태를 나타낸다. (탈 이온수에 약 100 시까 희석) 깜박이는 양자점의 영화는 63X, 적절한 필터 큐브와 CCD 카메라로 표면 형광 현미경에 장착 1.4 NA, 오일 침지 목표를 사용하여 캡처했다. 이미지는 500 프레임 연속 30 밀리 초 노출로 촬영되었다. 깜박임 분석 ImageJ에 19 (도 3a)을 사용하여 각각의 프레임에서 하나의 puncta의 (약 4 화소)의 평균 농도를 분석하여 수행 하였다. "의"우리 양자점의 "오프"상태 사이에 뚜렷한 차이는 단일 분자 영상 (그림 3B)에 대한 자신의 잠재력을 보여줍니다.

세포의 InP /의 ZnS 양자점의 상호 작용은 또한 독성 및 세포 내면화 모두를 통해 조사 하였다. 에 대한두 연구 마우스 신경 모세포종 (N2A) 세포를 사용하고, 모든 실험은 (10 % 소 태아 혈청 및 항생제 / 항진균제 보충 50/50 D-MEM /하는 Opti-MEM) 세포 배지에서 행 하였다. 트리 판 블루 독성 분석 20 양자점의 다양한 농도로 24 시간 동안 48 N2A 세포를 배양함으로써 수행 하였다. 결과는 1-5 nm의 (그림 4) 사이의 QD 농도에서 N2A 세포의 무시할 수 독성을 보여줍니다. QD의 내재화를 관찰하기 위해 N2A 세포는 5, 10 두 nm에서 12 시간 동안 수용성의 InP /의 ZnS 양자점으로 배양 하였다. 이러한 양자점으로 배양 된 세포의 이미지는 나노 입자 (21)의 다른 내재화 결과와 일치한다 12 시간 (그림 5), 후 양자점의 리소좀 지역화를 보여주기 위해 나타납니다.

그림 1
그림 1. 흡광도와의 형광 특성 InP를 /의 ZnS 양자점. 흡광도 600 nm에서 최대 흡광도를 73 nm의 FWHM을 보여주는 533 nm에서 여기 헥산의 InP /의 ZnS의 수정 형광 방출 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
물에 고분자 코팅의 InP /의 ZnS 양자점의 그림 2. 크기 분석. 물에 용해의 InP /의 ZnS 양자점의 (A) 전송 전자 현미경 (스케일 바 = 50 ㎚). TEM의 (B) 입자 크기 분포의 히스토그램은 2.74 ± 0.72 nm의 평균 직경 초래한다. 14.8 ± 6.0 nm의 평균 직경의 유체를 나타내는 (C) 물에서의 InP / 양자점은 ZnS의 동적 광산란 분석.large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. InP를 /의 ZnS 양자점의 깜박임 분석. "의"별개의 존재를 자세히 단일 형광 puncta의 분석과 "오프"(A) 460 nm의 ± 25 nm의 여기 필터를 사용하여 물에 InP를 /의 ZnS 양자점의 깜박이는 프로파일을 통해 상태 500 nm의 긴 패스 방출 필터 및 475 nm의 이색 거울, (B) 한 QD 깜박 프로필에서 픽셀 강도의 바이 모달 분포를 나타내는 히스토그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
그림 5. InP를 /의 ZnS 양자점의 내면화 N2A 세포.에서의 InP /의 ZnS 양자점의 국제화를 보여주는 형광 현미경 12 시간 후 0 nM의 제어 (A) DIC (B) QD 및 (C) 오버레이 배양 12 시간 후 5 nM의 양자점 (D) DIC (E) QD과 (와 배양 (G) DIC (H) QD 및 (I) 오버레이 배양 12 시간 후. 스케일 바 = 10 μm의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

이 프로토콜은 많은 생물학적 시스템에서 사용할 수있는 매우 형광체의 InP / 인 ZnS 양자점의 합성 세부. 여기에 합성 QD 제품은 전술 한 다른 비교 합성 12 내지 73 (도 1)의 FWHM, 600 nm에서 중심 단일 형광 발광 피크를 나타내었다. 반응 시간과 반응 온도 QD 합성 품질 및 재현성에 미치는 큰 영향으로 인해 매우 중요한 단계이다. 물에 용해 후, 양자점은 약 6 %의 양자 수율을하기로 결정했다. 반응 시간, 온도, 또는 전구 물질의 농도 변화는 멀티 스펙트럼 애플리케이션에서 사용될 수있다 QD 크기 및 방출 파장의 조정을 허용한다.

크기 및 표면 전하 생물학적 시스템에서 나노 입자를 사용할 때 고려해야 할 매우 중요한 요소입니다. 표적 생체 분자의 교란을 최소화하기 위해 양자점 작은 월을 유지해야odisperse 크기입니다. 또한 용액 양자점의 표면 전하가 의도 대상으로 비특이적 감소하도록 수정 될 수있다. 여기서 제시 양자점의 합성 (표시 만 코어와 쉘) TEM에 의해 2.74 ± 0.72 nm의 직경을 갖는 양자점을 제조 (도 2A 및 2B). 수용성 양자점 현재 생물학적 연구 (22)에 사용되는 CD 기반 양자점에 필적 14.8 ± 6.0 nm의 유체의 유효 직경을 갖는 것으로 밝혀졌다. 수성 양자점의 표면 전하 및 기능은 양친 매성 중합체의 카복실 기의 화학 반응에 의해 추가로 변형 될 수있다.

깜박임 분석은 단일 분자 영상 연구를위한 이들의 InP /의 ZnS의 적합성을 조사하기 위해 사용되었다. 이 광학 현미경을 사용하여 개별 양자점을 시각화하는 것은 불가능하기 때문에, 개개의 양자점의 깜박임 단일 입자를 식별 할 수있다. 이 깜박이는 현상은 개별 &의 사이에 교대입니다"형광이 시간이 지남에 따라 하나의 형광 QD의 puncta의 평균 픽셀 강도를 사용하여 조사 할 수있다 (23), 상태의 InP /의 ZnS 양자점 puncta의의 형광 흔적 특성을 보여줍니다."오프에 "와"( "와"꺼짐 "상태에 # 34 도 3a). 또한, "의"단일 입자 8을 구별하기 위해 이전의 연구에서 사용 된 단일 puncta에 (그림 3B)의 "꺼짐"상태 사이에 중복이 없습니다.

또한 실험은 세포 연구에 대해 다음의 InP /의 ZnS 양자점의 적합성을 조사하기 위해 사용되었다. 트리 판 블루 독성 분석법의 InP / 양자점은 ZnS의 생체 적합성을 평가하기 위해 수행 하였다. InP를 /의 ZnS 양자점 (11)에 대한 독성 연구에 필적 1-5 nm의에서 무시할 독성이 관찰되었다 (그림 4)에 이르기까지 QD 농도에서 48 시간까지 24 시간 동안 배양 한 후. 상당한 독성 벨을 보이지 않았다아우 25 nM의; 이 농도는 많은 생물 의학 응용 프로그램에 필요한 것보다 훨씬 더 높다. 예를 들어, 단일 분자 영상 연구들은 표면에 결합 된 세포 수용체 (24)의 대표 번호를 라벨 QD 프로브의 오후 농도를 필요로한다. 또한, 5 nM의 또는 휴대 매체에서 12 시간 동안 10 nm에서 양자점과 함께 배양 N2A 세포는 양자점은 즉, 양자점은 세포 내에서 반점이 얼룩 패턴을 보여, 엔도 시토 시스를 통해 (그림 5) 내장되어 있음을 나타냅니다. 이러한 결과는 세포 과정을 조사하는 이들의 InP /의 ZnS 양자점의 적합성을 나타냅니다.

이 프로토콜은 합성과 강렬한 형광 방출, 상대적으로 작은 크기 분산, 생물학적 호환성 수용성의 InP /의 ZnS 양자점의 작용을 자세히 설명합니다. 이러한 QD 제품의 높은 품질은 그들이 단일 molecul 적합 함을 입증 형광 현미경 단일 양자점의 시각화에 의해 표시된다전자 영상. 이들 CD-무료 양자점은 잠재적으로 훨씬 적은 독성 연구 생물학적 시스템뿐만 아니라 그들을 공부 연구자 것으로 예상된다. 따라서, 생물 의학 응용 프로그램에 대해 다음에서 기반 양자점의 사용은 CD 기반 양자점에 대한 신중한 대안입니다.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgments

저자는 기꺼이이 프로젝트의 그들의 지원을 위해 미주리 주립 대학에서 화학학과 및 대학원 대학을 인정합니다. 우리는 또한, 투과 전자 현미경 탄소 코팅 된 그리드의 사용 암 연구 프레드릭 국립 연구소 전자 현미경 실험을 인정한다.

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

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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).

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화학 문제 (108) 양자 도트 합성 인듐 인화물 세포 이미징 나노 입자 형광

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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.

바이오 메디컬 응용 프로그램에 적합 InP를 /의 ZnS 양자점 CD-자유의 합성
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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).

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