Name: 镉免费的InP /硫化锌量子点的合成适合生物医学应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: 学习合成无镉InP/ZnS量子点用于生物医学应用的方法。该方案使用氯化铟和氯化锌在油胺中反应，通过热注入法制备高质量水溶性纳米粒子，可在一天内完成，适用于细胞成像等生物系统研究。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者衷心感谢密苏里州立大学化学系和研究生院对本项目的支持。我们还感谢弗雷德里克国家癌症研究实验室电子显微镜实验室提供透射电子显微镜和碳支持膜铜网的使用。

1. 磷化铟/硫化锌（InP/ZnS）量子点的合成
<ol>
	<li>磷化铟（InP）量子点核的合成
	<ol>
		<li>将100 ml圆底三颈烧瓶配装12英寸冷凝管。加入30 ml油胺（OLA）和0.398 g氯化铟（III）（InCl₃）3)，0.245 g 氯化锌（ZnCl₂2）并在室温下用真空泵抽真空搅拌1小时。溶液应呈无色，并伴有白色沉淀。</li>
		<li>使用带有热电偶和比例-积分-微分（PID）温度控制器的加热套，将溶液温度升至120 °C。在真空条件下对溶液抽气20分钟，以去除可能影响核生长的低沸点杂质。 
		注意：虽然可以使用沙浴和温度计，但使用加热套和PID控制器可提高反应产物的均匀性和可重复性。</li>
		<li>在惰性气体条件下（例如， N2），回流溶液并将温度升至220 °C，持续15分钟。InCl3 和 ZnCl2 完全溶解，形成淡黄色溶液。静置10分钟使温度稳定。</li>
		<li>用氮气吹扫一次性3 ml塑料注射器和4英寸、22 G针头。使用该注射器迅速将0.5 ml三(二甲氨基)膦（TDMAP）加入InCl3 溶液温度略有下降，随后回升至220 °C。溶液由透明淡黄色变为不透明黑色。</li>
		<li>9.5 分钟后，将反应烧瓶从加热套中取出，直至温度降至 200 °C 以下。为保护 InP 核的完整性，请直接进入步骤 1.2.1 进行 ZnS 包覆。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>硫化锌（ZnS）量子点壳层的合成
	<ol>
		<li>将1.1.5步骤中的反应烧瓶置于加热套上，将温度稳定在200 °C。在15秒内缓慢向含InP量子点的溶液中加入3.58 g十二烷基硫醇（DDT）。使溶液反应1小时。 
		注意：通过增加或减少步骤1.2.4中添加的硬脂酸锌的量，可调节ZnS壳层的厚度。改变ZnCl₂的用量2 在步骤1.1.1和1.2.1中使用十二烷硫醇可能通过改变反应动力学显著影响量子点的质量。
		<ol>
			<li>随后，将反应烧瓶从加热套中取出，使溶液冷却至约 60 °C。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>当 InP/ZnS 溶液温度降至约 60 °C 时，加入 10 ml 己烷，并将总体积约为 45 ml 的溶液全部转移至 50 ml 聚丙烯离心管中。离心样品（3,000 × g，10 分钟），以去除未反应的固体前驱物。</li>
		<li>小心将上清液转移至一个250 ml的聚丙烯离心管中，加入200 ml丙酮，离心（3,000 × g，10 min）以沉淀InP/ZnS量子点。若无配备合适转子/配件的离心机，也可将此体积均分为四份，分别装入四个50 ml离心管中进行离心。倾去上清液，用氮气彻底吹干量子点沉淀，以去除丙酮。</li>
		<li>将量子点用20 ml OLA通过超声重悬，转移至含有0.474 g硬脂酸锌的50 ml圆底三颈烧瓶中，搅拌。在室温下抽真空20 min。</li>
		<li>在氮气氛围下，将温度升至 180 °C，反应持续 3 小时。尽管反应过程中反应溶液无明显视觉变化，但添加硬脂酸锌可增加 ZnS 壳层厚度，从而通过改善量子点的表面钝化提高量子产率。12.反应完成后，将烧瓶从加热套上取下，使溶液冷却至约 60 °C。</li>
		<li>当 InP/ZnS 溶液温度降至约 60 °C 时，加入 20 ml 己烷，并转移至 50 ml 聚丙烯离心管中。将样品在 3,000 × g 条件下离心 10 分钟，以去除未反应的硬脂酸锌。</li>
		<li>小心地将上清液转移至一个250 ml聚丙烯离心管中，加入200 ml丙酮，混匀后离心（3,000 × g，10 min）以沉淀InP/ZnS量子点。小心倾去上清液，并用氮气充分吹干以去除丙酮。</li>
		<li>将InP/ZnS量子点颗粒溶解于30 ml己烷中。涡旋并短暂超声处理溶液，以确保完全分散。</li>
		<li>重复步骤 1.2.6–1.2.8 两次，以确保充分去除过量的有机配体。在步骤 1.2 中，过量配体的存在可能影响两亲性聚合物与量子点（QD）之间的相互作用。</li>
		<li>根据 Xie 详述的计算方法， 等16采用紫外-可见分光光度法测定所合成的InP/ZnS量子点的尺寸和浓度。 
		注意：本分析的重要光谱特征是吸收峰的肩峰。该肩峰的最大值所对应的波长和吸光度值分别用于计算量子点的尺寸和浓度。该反应通常可生成约5 μmol的量子点，其发射峰位于600 nm。若要合成不同颜色的量子点，可改变反应时间或反应温度。延长反应时间或提高溶液温度会导致发射峰发生红移。例如，将反应温度升至240 °C并保持反应时间为10 min，可获得最大发射峰为680 nm的量子点。同样，将反应时间缩短至2 min并使氯化锌用量加倍，可获得最大发射峰为470 nm的量子点。这些InP/ZnS量子点在惰性气体保护、避光及4 °C条件下至少可稳定保存一个月。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 使用两亲性聚合物实现InP/ZnS量子点的水溶化
<ol>
	<li>水相增溶化
	<ol>
		<li>使用步骤1.2.10中获得的InP/ZnS量子点，取部分量子点用正己烷稀释，得到1 ml浓度为1 μM的量子点溶液。
		<ol>
			<li>在离心管中，每管加入0.25 ml InP/ZnS量子点。向离心管中加入1 ml丙酮或甲醇，混匀后离心（3,000 × g，10分钟）。小心移除上清液，并将每份沉淀溶解于1 ml四氢呋喃（THF）中。</li>
			<li>将溶于THF的InP/ZnS量子点转移至100 ml圆底烧瓶中，并用16 ml THF稀释。为减少溶液中的聚集体，对量子点进行超声处理5–10分钟。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将30 mg聚（马来酸酐-alt-1-十八烯）-3-(二甲氨基)-1-丙胺（PMAL-d）溶解于10 ml分子级水中。通过水浴超声或轻柔搅拌至溶液呈半透明状态，即可完全溶解该聚合物。避免使用涡旋振荡或剧烈搅拌，以免产生大量气泡，从而阻碍聚合物与量子点的相互作用。将10 ml聚合物溶液加入含有溶于THF的InP/ZnS量子点的100 ml圆底烧瓶中。</li>
		<li>使用旋转蒸发仪从量子点/聚合物溶液中除去THF。蒸发过程中将烧瓶置于冰浴中，以促进聚合物与量子点之间的相互作用。根据真空强度的不同，大部分THF在10分钟内被蒸发，溶液逐渐变浑浊。
		<ol>
			<li>当溶液体积蒸发至10 ml时，将烧瓶从旋转蒸发仪中取出，加入30 ml分子级水。再将烧瓶放回旋转蒸发仪，继续蒸发至2 ml。此最终蒸发步骤可能需要数小时，请确保持续维持冰浴条件。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>用移液器将水溶性InP/ZnS量子点从圆底烧瓶中转移出来。使用连接有0.1 μm尼龙注射式滤器的3 ml塑料注射器过滤量子点溶液，收集至5 ml离心管中。</li>
		<li>将量子点置于20,000 MWCO透析膜透析装置中，对0.05 M硼酸盐缓冲液（pH 8.5）进行透析，以去除过量聚合物。（配制该硼酸盐缓冲液时，将0.05 M十水合四硼酸钠缓慢加入0.05 M硼酸溶液中，边加边剧烈搅拌，直至pH达到8.5。）使用真空浓缩仪将硼酸盐缓冲液中的量子点浓缩至1 ml。</li>
		<li>储存时，先用氮气吹扫溶液，再用Parafilm密封。水溶性InP/ZnS量子点在4 °C避光条件下至少可稳定保存4个月。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semicondictor+clusters%2C+nanocrystals%2C+and+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Semicondictor clusters, nanocrystals, and quantum dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li>
<li>Michalet, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+dots+for+live+cells%2C+in+vivo+imaging%2C+and+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics.</a> Science. 307 (5709), 538-544 (2005).</li>
<li>Jaiswal, J. K., Mattoussi, H., Mauro, J. M., Simon, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+multiple+color+imaging+of+live+cells+using+quantum+dot+bioconjugates%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Long-term multiple color imaging of live cells using quantum dot bioconjugates.</a> Nat. Biotechnol. 21 (1), 47-51 (2009).</li>
<li>Deerinck, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+application+of+fluorescent+quantum+dots+to+confocal%2C+multiphoton%2C+and+electron+microscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol.+Pathol%22%5BJournal%5D)">The application of fluorescent quantum dots to confocal, multiphoton, and electron microscopic imaging.</a> Toxicol. Pathol. 36 (1), 112-116 (2008).</li>
<li>Smith, A. M., Duan, H., Mohs, A. M., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioconjugated+quantum+dots+for+in+vivo+molecular+and+cellular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Bioconjugated quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (11), 1226-1240 (2008).</li>
<li>Jamieson, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+applications+of+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biological applications of quantum dots.</a> Biomaterials. 28 (31), 4717-4732 (2007).</li>
<li>Lidke, D. S., Arndt-Jovin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+takes+a+quantum+leap%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology%22%5BJournal%5D)">Imaging takes a quantum leap.</a> Physiology. 19, 322-325 (2004).</li>
<li>Fichter, K. M., Flajolet, M., Greengard, P., Vu, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+G-protein-couple+receptor+endosomal+trafficking+pathways+revealed+by+single+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Kinetics of G-protein-couple receptor endosomal trafficking pathways revealed by single quantum dots.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (43), 18658-18663 (2010).</li>
<li>Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+luminescent+quantum+dots+for+in+vitro+molecular+and+cellular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Engineering luminescent quantum dots for in vitro molecular and cellular imaging.</a> Ann. Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).</li>
<li>Derfus, A. M., Chan, W. C. W., Bhatia, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+cytotoxicity+of+semiconductor+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots.</a> Nano Lett. 4 (1), 11-18 (2004).</li>
<li>Brunetti, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((InP%2FZnS+as+a+safer+alternative+to+CdSe%2FZnS+core%2Fshell+quantum+dots%3A+in+vitro+and+in+vivo+toxicity+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">InP/ZnS as a safer alternative to CdSe/ZnS core/shell quantum dots: in vitro and in vivo toxicity assessment.</a> Nanoscale. 5 (1), 307-317 (2013).</li>
<li>Song, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amine-derived+synthetic+approach+to+color-tunable+InP%2FZnS+quantum+dots+with+high+fluorescent+qualities%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanopart.+Res%22%5BJournal%5D)">Amine-derived synthetic approach to color-tunable InP/ZnS quantum dots with high fluorescent qualities.</a> J. Nanopart. Res. 15 (1750), (1750).</li>
<li>Dabbousi, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%28CdSe%29ZnS+core-shell+quantum+dots%3A+Synthesis+and+characterization+of+a+size+series+of+highly+luminescent+nanocrystallites%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">(CdSe)ZnS core-shell quantum dots: Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites.</a> J. Phys. Chem. B. 101 (46), 9463-9475 (1997).</li>
<li>Micic, O. I., Curtis, C. J., Jones, K. M., Sprague, J. R., Nozik, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+InP+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of InP quantum dots.</a> J. Phys. Chem. 98 (19), 4966-4969 (1994).</li>
<li>Qi, L., Gao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+dot-amphipol+nanocomplex+for+intracellular+delivery+and+realtime+imaging+of+siRNA%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Quantum dot-amphipol nanocomplex for intracellular delivery and realtime imaging of siRNA.</a> ACS Nano. 2 (7), 1403-1410 (2008).</li>
<li>Xie, R., Zheng, L., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleation+kinetics+vs+chemical+kinetics+in+the+initial+formation+of+semiconductor+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Nucleation kinetics vs chemical kinetics in the initial formation of semiconductor nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (42), 15457-15466 (2009).</li>
<li>Williams, A. T. R., Winfield, S. A., Miller, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relative+fluorescence+quantum+yields+using+a+computer-controlled+luminescence+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Relative fluorescence quantum yields using a computer-controlled luminescence spectrometer.</a> Analyst. 108, 1067-1071 (1983).</li>
<li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+An+open-source+platform+for+biological-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: An open-source platform for biological-image analysis.</a> Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>Schnieder, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIH+image+to+ImageJ%3A+25+years+of+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">NIH image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nat. Methods. 9, 671-675 (2012).</li>
<li>Jin, Y., Kannan, S., Wu, M., Zhao, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toxicity+of+luminescent+silica+nanoparticles+to+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Res.+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells.</a> Chem. Res. Toxicol. 20 (8), 1126-1133 (2007).</li>
<li>Corazzari, I., Gilardino, A., Dalmazzo, S., Fubini, B., Lovisolo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localization+of+CdSe%2FZnS+quantum+dots+in+the+lysosomal+acidic+compartment+of+cultured+neurons+and+its+impact+on+viability%3A+potential+role+of+ion+release%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol.+In+Vitro%22%5BJournal%5D)">Localization of CdSe/ZnS quantum dots in the lysosomal acidic compartment of cultured neurons and its impact on viability: potential role of ion release.</a> Toxicol. In Vitro. 27 (2), 752-759 (2013).</li>
<li>Pons, T., Uyeda, H. T., Medintz, I., Mattoussi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+dimensions%2C+electrophoretic+mobility%2C+and+stability+of+hydrophilic+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic dimensions, electrophoretic mobility, and stability of hydrophilic quantum dots.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (41), 20308-20316 (2006).</li>
<li>Durisic, N., Wiseman, P., Grutter, P., Heyes, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+common+mechanism+underlies+the+dark+fraction+formation+and+fluorescence+blinking+of+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">A common mechanism underlies the dark fraction formation and fluorescence blinking of quantum dots.</a> ACS Nano. 3 (5), 1167-1175 (2009).</li>
<li>Vermehren-Schmaedick, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneous+intracellular+trafficking+dynamics+of+brain-derived+neurotropic+factor+complexes+in+the+neuronal+soma+revealed+by+single+quantum+dot+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotropic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking.</a> PLoS ONE. 9 (4), e95113(2014).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本方案详细描述了可用于多种生物系统的高荧光性InP/ZnS量子点的合成方法。所合成的量子点产物表现出单一的荧光发射峰，中心波长为600 nm，半高宽（FWHM）为73 nm（图1），与其他已有报道的合成方法相当12。反应时间和反应温度是极为关键的步骤，因其对量子点合成的质量和可重复性具有显著影响。在水中溶解后，测得量子点的量子产率约为6%。通过调节反应时间、温度或前驱体浓度，可调控量子点的尺寸和发射波长，从而适用于多光谱应用。
在生物系统中使用纳米颗粒时，尺寸和表面电荷是需要考虑的两个极为重要的因素。为了尽量减少对目标生物分子的干扰，量子点应保持较小且单分散的尺寸。此外，还可以通过调节量子点在溶液中的表面电荷，以降低其与非目标物质之间的非特异性结合。本研究中所制备的量子点，透射电镜（TEM）测得其直径为 2.74 ± 0.72 nm（仅可见核壳结构）（图 2A 和 2B）。水溶性量子点的有效水动力学直径为 14.8 ± 6.0 nm，与目前用于生物学研究的镉基量子点相当22</sup...

A correction was made to: <a href="http://www.jove.com/video/53684/synthesis-cd-free-inpzns-quantum-dots-suitable-for-biomedical" target="_blank">Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications</a>. There was an error with an author's given name. The author's name was corrected to:
Katye M. Fichter
from:
Kathryn M. Fichter

A correction was made to: <a href="http://www.jove.com/video/53684/synthesis-cd-free-inpzns-quantum-dots-suitable-for-biomedical" target="_blank">Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications</a>.

Erratum: Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

量子点（QDs）是一类半导体纳米晶体，在光照下会表现出荧光特性1。由于其尺寸较小（2–5 nm），与许多较大的生物大分子相近，且易于进行生物功能化修饰，因此量子点在生物医学应用中具有极高的吸引力。它们已被广泛应用于生物标记、单分子活细胞成像、药物递送、体内成像、病原体检测以及细胞示踪等多种领域2–8。
基于镉的量子点（Cd-based QDs）由于其强烈的荧光和较窄的发射峰宽度，已被广泛应用于生物医学领域9。然而，由于纳米颗粒降解后可能释放出Cd2+离子，存在潜在毒性问题，已引起关注10。近年来，基于磷化铟（InP-based QDs）的量子点被探索作为基于镉的量子点的替代品，因其保持了基于镉量子点的许多荧光特性，并可能具有更好的生物相容性11。在体外（in vitro）实验中，浓度低至10 pM、仅作用48小时后，基于镉的量子点已被发现比基于磷化铟的量子点具有显著更高的毒性11。
量子点（QDs）的荧光发射颜色具有尺寸可调性1。也就是说，随着量子点尺寸的增大，其荧光发射波长发生红移。通过改变反应过程中的温度、反应时间或前驱体浓度条件，可以调控所制备量子点的尺寸及其尺寸分布12。尽管InP量子点的发射峰通常比镉基量子点更宽且强度较低，但InP量子点可制备出多种颜色，设计上可避免光谱重叠，并且其发光强度足以满足大多数生物医学应用的需求12。本实验方案中详述的合成方法所得到的量子点，其红色发射峰中心位于600 nm。
量子点核合成后需采取多个步骤，以保持其光学完整性并使其适用于生物应用。必须保护量子点核的表面，防止发生氧化或产生可能导致荧光淬灭的表面缺陷；因此，需在核外包裹一层ZnS壳层，形成InP/ZnS（核/壳）量子点13。研究表明，该包覆层可有效保护量子点产物的光致发光性能。在InP量子点合成过程中引入锌离子已被证明可减少表面缺陷，并降低粒径分布的多分散性12。即使反应体系中存在Zn2+，生成InZnP的可能性仍然极低12。包覆完成后，所得InP/ZnS量子点表面通常结合有三辛基氧化膦（TOPO）或油胺等疏水性配体12,14。两亲性聚合物可与量子点表面的疏水性配体相互作用，同时与大量水分子作用，从而赋予量子点水溶性15。带有羧酸根化学基团的两亲性聚合物可用作&#34;化学手柄&#34;，以进一步对量子点进行功能化修饰。
本方案详细介绍了水溶性 InP/ZnS 量子点的合成与功能化方法，所制备的量子点具有极强的荧光发射和相对较小的尺寸分散性。这些量子点的潜在毒性低于常用的 CdSe/ZnS 量子点。本文所述的 InP/ZnS 量子点合成方法为基于镉的量子点在生物医学应用中提供了实用的替代方案。

<table><tbody><tr><td>油胺</td><td>Acros</td><td>129540010</td><td></td></tr><tr><td>氯化锌(II)</td><td>Sigma</td><td>030-003-00-2</td><td></td></tr><tr><td>氯化铟(III)</td><td>Chem-Impex</td><td>24560</td><td></td></tr><tr><td>三(二甲氨基)膦</td><td>Encompass</td><td>50-901-10500</td><td></td></tr><tr><td>1-十二烷硫醇</td><td>Acros</td><td>117625000</td><td></td></tr><tr><td>己烷</td><td>Fisher Sci</td><td>H292-4</td><td></td></tr><tr><td>丙酮</td><td>TransChemical</td><td>UN 1090</td><td></td></tr><tr><td>硬脂酸锌</td><td>Aldrich Chem</td><td>307564-1KG</td><td></td></tr><tr><td>四氢呋喃</td><td>Acros</td><td>34845-0010</td><td></td></tr><tr><td>分子水</td><td>Fisher Sci</td><td>BP2470-1</td><td></td></tr><tr><td>聚(马来酸酐-&lt;em&gt;alt&lt;/em&gt;-1-十四碳烯)，3-(二甲氨基)-1-丙胺衍生物</td><td>Sigma</td><td>90771-1G</td><td></td></tr><tr><td>硼酸</td><td>Fisher Sci</td><td>BP168-500</td><td></td></tr><tr><td>十水合四硼酸钠</td><td>Fisher Sci</td><td>BP175-500</td><td></td></tr><tr><td>罗丹明B</td><td>Aldrich Chem</td><td>R95-3</td><td></td></tr><tr><td>氮气</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>台盼蓝</td><td>Thermo Sci</td><td>SV30084.01</td><td></td></tr><tr><td>3 ml 塑料鲁尔锁扣注射器</td><td>BD</td><td>309657</td><td></td></tr><tr><td>鲁尔锁扣针头</td><td>Air-Tite</td><td>8300014471</td><td>4 英寸，22 号</td></tr><tr><td>50 ml 聚丙烯离心管</td><td>Falcon</td><td>352098</td><td></td></tr><tr><td>250 ml 离心瓶</td><td>Thermo Sci</td><td>05-562-23</td><td>Nalgene PPCO</td></tr><tr><td>5 ml 离心管</td><td>Argos-Tech</td><td>T2076</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml 微量离心管</td><td>Bio Plas</td><td>4150</td><td></td></tr><tr><td>0.1 &amp;mu;m 注射器滤器</td><td>Whatman</td><td>6786-1301</td><td>Puradisc 13 mm 尼龙滤膜</td></tr><tr><td>Slide-A-Lyzer MINI 透析装置</td><td>Thermo Sci</td><td>69590</td><td>20,000 MWCO</td></tr><tr><td>旋转蒸发仪</td><td>Heidolph</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge 5072</td><td>Eppendorf</td><td></td><td>带 50&amp;nbsp;ml 管适配器的摆桶转子</td></tr><tr><td>Lambda 650 紫外/可见光光谱仪</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>紫外-可见分光光度计</td></tr><tr><td>LS 55 荧光光谱仪</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>荧光计</td></tr><tr><td>Axio Observer.A1</td><td>Zeiss</td><td></td><td>倒置荧光显微镜</td></tr><tr><td>AxioCam MRm</td><td>Zeiss</td><td></td><td>CCD 相机</td></tr><tr><td>Tecnai TF20 透射电子显微镜</td><td>FEI</td><td></td><td>透射电子显微镜</td></tr><tr><td>TEM Eagle CCD</td><td>FEI</td><td></td><td>透射电镜 CCD 相机</td></tr><tr><td>NanoBrook Omni DLS</td><td>Brookhaven</td><td></td><td>动态光散射仪</td></tr></tbody></table>

适用于生物医学应用的无镉inp/zns量子点的合成

Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

荧光纳米晶体，特别是量子点，已成为多种生物医学应用中的有用工具。为了在生物系统中成功应用，量子点应具有高荧光性，并且尺寸小且单分散。尽管常用的镉基量子点具备这些特性，但由于纳米颗粒降解过程中可能释放 Cd2+ 离子，因而具有潜在毒性。基于铟的量子点，特别是 InP/ZnS，因其荧光特性和尺寸与镉基量子点相对相似，近年来被探索作为镉基量子点的可行替代品。本文所介绍的合成方法采用标准的热注入技术以实现有效的纳米颗粒生长；然而，纳米颗粒的性质（如尺寸、发射波长和发射强度）可能因反应条件的微小变化而发生显著改变。因此，必须精确控制温度、反应时间及前驱体浓度等反应条件，以获得可重复的产品。由于量子点本身不溶于水溶液，还必须对其进行表面修饰以赋予其在水中的溶解性。在本方案中，采用一种两亲性聚合物来同时与量子点表面的疏水配体及体相溶剂水分子相互作用。本文提供了一种详细的合成高荧光 InP/ZnS 量子点的实验方案，适用于生物医学应用。

未包覆的InP核通过肉眼观察未显示出明显的可见荧光。然而，InP/ZnS（核/壳）量子点在紫外照射下肉眼可见明显荧光。采用荧光光谱法对InP/ZnS量子点的荧光特性进行了表征。在己烷中的量子点荧光光谱（图1在533 nm激发下，表现出一个中心位于600 nm的主要发射峰，半高全宽（FWHM）为73 nm。尽管吸光度存在（0.2）偏移 图1 可能表明量子点散射光，从而存在聚集的量子点，因此需进行闪烁分析（见下文) 表明大多数量子点为单个或极小的量子点聚集体。在使用两亲性聚合物PMAL-d包覆后，通过将InP/ZnS量子点的荧光强度积分值与标准物质罗丹明B进行比较，测定了其量子产率。17在己烷中，量子点的量子产率平均为7.96%（2次测量结果分别为7.69%和8.22%），在水中平均为6.03%（2次测量结果分别为5.98%和6.08%）。
采用透射...

本方案详细介绍了无镉InP/ZnS量子点（QDs）的合成方法。由于基于Cd2+的纳米颗粒在降解过程中可能释放有毒离子，InP基量子点因此受到越来越多关注。合成后，采用两亲性聚合物将量子点溶解于水中，以便用于生物医学应用。

适用于生物医学应用的无镉InP/ZnS量子点的合成

荧光纳米晶体，特别是量子点，已成为多种生物医学应用中的有用工具。为了在生物系统中成功应用，……

本实验的总体目标是合成适用于生物医学应用的高荧光性磷化铟-硫化锌量子点。该方法通过展示实现高质量量子点的关键步骤，有助于阐明量子点纳米颗粒合成中的核心问题。该技术的主要优势在于能够制备出高质量且水溶性的量子点。适用于可在不到一天时间内合成的生物系统。开始合成时，将一个100毫升圆底三颈烧瓶装配一个12英寸冷凝管。加入0.398克氯化铟、30毫升油胺（OLA）和0.245克氯化锌。使用真空泵在室温下抽真空并同时搅拌一小时。溶液应呈现无色，并伴有白色沉淀。使用带有热电偶和PID温度控制器的加热套将溶液温度升至120摄氏度。使用加热套和PID控温可提高反应产物的均匀性和可重复性。在真空条件下抽气20分钟，以去除可能影响核生长的低沸点杂质。在惰性气体保护下，将溶液回流并升温至223摄氏度，保持15分钟。氯化铟和氯化锌完全溶解，形成淡黄色溶液。让温度稳定10分钟。接下来，用氮气吹洗一次性的3毫升塑料注射器和4英寸22号针头。TDMAP的注入是该实验过程中的关键步骤，因为注入方式会显著影响所生成磷化铟量子点的分散性。使用注射器，迅速将0.5毫升TDMAP加入氯化铟溶液中。溶液温度略有下降，随后恢复至220摄氏度，同时溶液颜色由透明的淡黄色变为不透明的黑色。加热九分半钟后，将反应烧瓶从加热套中移开，直至温度降至200摄氏度以下。为保护磷化铟核的完整性，请立即进行硫化锌包覆。将含有磷化铟量子点的反应烧瓶置于加热套上，并将温度稳定在200摄氏度。在15秒内缓慢向溶液中加入3.58克DDT。让溶液反应一小时后，将反应烧瓶从加热套上取下，使溶液冷却至约60摄氏度。当磷化铟锌硫溶液温度降至约60摄氏度时，加入10毫升己烷。然后，将约45毫升的全部溶液转移至一个50毫升的聚丙烯离心管中。离心样品以去除未反应的固体前体。小心移除上清液，并加入200毫升丙酮。将所得溶液均分为四份，分别加入四个15毫升离心管中。然后离心溶液，使磷化铟锌硫量子点沉淀。倾去上清液，并用氮气充分干燥量子点沉淀，以去除丙酮。然后，使用超声处理将量子点悬浮于20毫升OLA中。接着，将重悬的量子点转移至含有0.474克硬脂酸锌的50毫升圆底三颈烧瓶中，并进行搅拌。在室温下对溶液进行真空抽气处理20分钟。在氮气氛围下，将温度升至180摄氏度，使反应持续进行三小时。反应完成后，将烧瓶从加热套上取下，使溶液冷却至约60摄氏度。当磷化铟锌硫溶液温度降至约60摄氏度时，加入20毫升己烷。然后，将样品转移至一个50毫升聚丙烯离心管中，离心以去除未反应的硬脂酸锌。离心后，向上清液中加入200毫升丙酮，并采用与之前相同的步骤进行离心。用氮气充分干燥沉淀以去除丙酮后，将磷化铟锌硫量子点沉淀溶解于30毫升己烷中。涡旋并短暂超声处理溶液，以确保完全分散。去除过量配体是本实验步骤中的关键环节。若未充分去除，将对后续使用PMAL-d将量子点转移至水相溶液的效率产生不利影响。重复上述纯化步骤两次，以确保彻底清除多余的有机配体。过量配体的存在可能会影响两亲性聚合物与量子点之间的相互作用。纯化后，使用紫外-可见分光光度法测定合成的磷化铟硫化锌量子点的尺寸和浓度。取部分合成的磷化铟硫化锌量子点，用正己烷稀释，得到1毫升浓度为1微摩尔的量子点溶液。在离心管中，将0.25毫升的磷化铟锌硫量子点转移至每根管中。向离心管中加入1毫升丙酮或薄荷醇，并进行离心。小心移去上清液，将每份沉淀物溶解于1毫升四氢呋喃或THF中。接下来，将溶解在 THF 中的磷化铟锌硫量子点转移至 100 毫升圆底烧瓶中，并用 16 毫升 THF 稀释。为减少溶液中聚集体的数量，将量子点超声处理 5 到 10 分钟。然后，溶解 30 毫克 PMAL-d 和 10 毫升分子生物学级水。将水加入聚合物中，通过超声处理或轻柔搅拌，直至溶液变为半透明，可有效完全溶解该聚合物。使用涡旋振荡或剧烈搅拌会产生大量气泡，从而阻碍聚合物与量子点的相互作用。随后，将10毫升聚合物溶液加入含有磷化铟锌硫量子点和四氢呋喃的100毫升圆底烧瓶中。将量子点聚合物溶液置于冰浴中的圆底烧瓶内，使用旋转蒸发仪蒸发除去四氢呋喃（THF），以促进聚合物与量子点之间的相互作用。当溶液浓缩至10毫升时，从旋转蒸发仪上取下烧瓶，并加入30毫升分子生物学级水。将烧瓶重新放回旋转蒸发仪，继续蒸发至体积为2毫升。最后的蒸发步骤可能需要数小时。确保维持冰浴。用移液管将水溶性磷化铟锌硫量子点从圆底烧瓶中取出。使用连接有0.1微米尼龙注射式滤器的3毫升塑料注射器，将量子点溶液过滤至5毫升离心管中。将量子点置于20,000分子量截断的透析膜透析装置中，用0.5摩尔硼酸盐缓冲液（pH 8.5）透析，以去除过量聚合物。使用真空浓缩仪将量子点和硼酸盐缓冲液浓缩至1毫升。储存时，先用氮气吹扫溶液，再用封口膜密封。水溶性磷化铟锌硫量子点在4摄氏度避光条件下至少可稳定保存四个月。图中显示了在533纳米激发下的磷化铟锌硫量子点和己烷的吸收光谱及校正后的荧光发射光谱，其最大吸收波长为600纳米，半峰全宽为73纳米。此处展示的是溶于水中的磷化铟锌硫量子点的透射电子显微镜（TEM）图像。根据TEM结果绘制的粒径分布直方图显示，平均直径为2.74 ± 0.72纳米。单个荧光点分析揭示了磷化铟锌硫量子点在水溶液中存在明显的“开启”和“关闭”状态，表现为典型的闪烁特征。该直方图展示了单个量子点闪烁轮廓的像素强度双峰分布。此处的图表描述了N2a细胞在含1至25纳摩尔的磷化铟锌硫量子点的培养基中孵育24或48小时后的细胞活力。在五纳摩尔以下观察到的毒性可忽略不计。一旦掌握，该技术若操作得当，可在12小时内完成。观看本视频后，您应能够充分理解如何合成用于生物医学应用的高荧光量子点。请注意，烯丙胺是一种危险的腐蚀性有机化合物。进行此操作时，应始终采取预防措施，如佩戴护目镜、手套和实验服。

synthesis-cd-free-inpzns-quantum-dots-suitable-for-biomedical

Research

科研

JoVE Journal

Chemistry

化学

镉免费的InP /硫化锌量子点的合成适合生物医学应用

半导体量子点（QDs）等纳米颗粒可用于制备光活化试剂，以用于抗菌或抗癌应用。本技术展示了如何使碲化镉（CdTe）量子点水溶化，将其与抗生素偶联，并基于生长曲线和平板计数进行细菌抑制实验。...

量子点的溶解与生物偶联及通过生长曲线和菌落计数进行的细菌毒性检测

我们描述了一种制备具有最小流体动力学尺寸的胶体量子点的方法，用于单分子荧光成像。与传统量子点相比，这些纳米粒子的尺寸与球状蛋白质相似，并在单分子亮度、抗光降解稳定性以及抵抗与蛋白质和细胞的非特异性结合方面进行了优化。...

用于单分子成像的紧凑型量子点

本文介绍了一种用于合成由CdS和CdSe组成的棒状和四足状多组分纳米结构的种子诱导生长法。...

CdSe/CdS棒状和四足体纳米晶的种子法合成

我们提供了利用特定长度的硫代磷酸酯DNA制备单价靶向量子点（mQDs）的详细步骤。DNA缠绕反应产率高，因此产物无需纯化。我们展示了如何利用SNAP标签将mQDs靶向至细胞表面受体，用于活细胞成像应用。...

单价量子点的制备与靶向

通过首先沉积硫化银壳层，并将银阳离子置换为锌或镉阳离子，实现对均匀金纳米颗粒进行硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）半导体壳层的包覆合成。...

杂化金/硫化镉和金/硫化锌核/壳纳米粒子的合成、表征与功能化

本文介绍一种基于独特硫共聚物的无配体硫化镉（CdS）纳米颗粒的合成方法。该硫共聚物在纳米颗粒合成过程中充当高温溶剂和硫源，并在反应结束后稳定纳米颗粒。...

在硫共聚物基质中合成无配体CdS纳米颗粒

本文中，我们制备并表征了一种新型的树状分级ZnO/CdSSe纳米结构，其中CdSSe分支生长在垂直排列的ZnO纳米线上。所获得的纳米树结构在太阳能转换及其他光电设备中具有潜在应用价值。...

分级ZnO/CdSSe异质结构纳米树的合成

本文介绍了一种采用自氧化铝阴极制备高性能纯蓝色ZnCdS/ZnS基量子点发光二极管的方案。...

通过引入部分氧化铝阴极增强纯蓝量子点发光二极管的电子注入与激子限制

本文介绍了一种合成In37P20(O2C14H27)51团簇并将其转化为磷化铟量子点的实验方案。...

In37P20(O2CR)51 纳米团簇的合成及其向InP量子点的转化

本文描述了一种可靠且易于重复的方法，用于制备可功能化、近红外发射的光致发光金纳米簇，并通过流式细胞术和共聚焦激光扫描显微镜直接检测其在HeLa细胞内的存在。...

近红外发光金纳米簇的合成及其生物应用

本文介绍了一种量子点纳米微球（QDNB）的制备方法，以及利用基于QDNB的侧向层析免疫检测试纸条检测疾病生物标志物的方案。检测结果可在15分钟内通过紫外光照射进行定性判读，或使用荧光试纸条读数仪进行定量测定。...

基于量子点纳米珠的荧光侧向流免疫分析法

学习合成无镉InP/ZnS量子点用于生物医学应用的方法。该方案使用氯化铟和氯化锌在油胺中反应，通过热注入法制备高质量水溶性纳米粒子，可在一天内完成，适用于细胞成像等生物系统研究。

适用于生物医学应用的无镉InP/ZnS量子点的合成

探索更多视频