Synthese von Cd-frei InP / ZnS-Quantenpunkte Geeignet für biomedizinische Anwendungen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Synthese von hochfluoreszierenden Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkten, die für biomedizinische Anwendungen geeignet sind. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen zur Synthese von Quantenpunkt-Nanopartikeln zu klären, indem sie spezifische Schritte aufzeigt, die entscheidend sind, um qualitativ hochwertige Quantenpunkte zu erzielen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Herstellung von hochwertigen, wasserlöslichen Quantum Dots.

Praktikabel für biologische Systeme, die in weniger als einem Tag synthetisiert werden können. Um mit der Synthese zu beginnen, setzen Sie einen 100-Milliliter-Dreihalskolben mit rundem Boden in einen 12-Zoll-Kondensator ein. 0,398 Gramm Indiumchlorid, 30 Milliliter Oleylamin oder OLA und 0,245 Gramm Zinkchlorid.

Rühren Sie um, während Sie eine Stunde lang bei Raumtemperatur mit einem Vakuum evakuieren. Die Lösung sollte farblos mit einem weißen Niederschlag erscheinen. Verwenden Sie eine Heizhaube mit einem Thermoelement und einem PID-Temperaturregler, um die Temperatur der Lösung auf 120 Grad Celsius zu erhöhen.

Die Verwendung einer Heizhaube und PID erhöht die Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit des Reaktionsprodukts. Evakuieren Sie die Lösung 20 Minuten lang unter Vakuum, um Verunreinigungen mit niedrigem Siedepunkt zu entfernen, die das Kernwachstum beeinträchtigen können. Unter Inertgas die Lösung zurückfließen lassen und die Temperatur 15 Minuten lang auf 223 Grad Celsius erhöhen.

Das Indiumchlorid und das Zinkchlorid lösen sich vollständig auf, was zu einer blassgelben Lösung führt. Lassen Sie die Temperatur 10 Minuten lang stabilisieren. Spülen Sie als Nächstes eine Einweg-Plastikspritze mit drei Millilitern und eine 4-Zoll-Nadel mit 22 Gauge mit Stickstoffgas.

Die Injektion von TDMAP ist ein kritischer Schritt in diesem Verfahren, da die Injektion die Dispersion der resultierenden Indiumphosphid-Quantenpunkte stark beeinflussen kann. Geben Sie mit der Spritze schnell 0,5 Milliliter TDMAP in die Indiumchloridlösung. Die Temperatur der Lösung sinkt leicht ab und kehrt auf 220 Grad Celsius zurück, während die Lösung von transparentem Hellgelb zu undurchsichtigem Schwarz wechselt.

Nach neuneinhalb Minuten nimmt man den Reaktionskolben aus der Heizhaube, bis die Temperatur unter 200 Grad Celsius sinkt. Um die Integrität der Indiumphosphidkerne zu schützen, fahren Sie direkt mit der Zinksulfidbeschichtung fort. Stellen Sie den Reaktionskolben mit den Indiumphosphid-Quantenpunkten auf eine Heizhaube und stabilisieren Sie die Temperatur bei 200 Grad Celsius.

Geben Sie langsam 3,58 Gramm DDT über einen Zeitraum von 15 Sekunden in die Lösung. Nachdem die Lösung eine Stunde lang reagiert hat, wird der Reaktionskolben aus der Heizhaube genommen und die Lösung auf etwa 60 Grad Celsius abkühlen gelassen. Sobald die Indiumphosphid-Zinksulfid-Lösung etwa 60 Grad Celsius erreicht hat, fügen Sie 10 Milliliter Hexane hinzu.

Übertragen Sie dann die gesamte Lösung von etwa 45 Millilitern in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen aus Polypropylen. Die Probe wird zentrifugiert, um nicht umgesetzte feste Vorläufer zu entfernen. Entfernen Sie vorsichtig den Überstand und fügen Sie 200 Milliliter Aceton hinzu.

Teilen Sie die resultierende Lösung gleichmäßig in vier 15-Milliliter-Zentrifugenröhrchen auf. Zentrifugieren Sie dann die Lösung, um die Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte auszufällen. Dekantieren Sie den Überstand und trocknen Sie das Quantum Dot-Pellet gründlich mit Stickstoffgas, um Aceton zu entfernen.

Dann suspendieren wir die Quantum Dots in 20 Millilitern OLA mit Hilfe von Ultraschall. Dann werden die resuspendierten Quantum Dots in einen 50-Milliliter-Dreihalskolben mit rundem Boden mit 0,474 Gramm Zinkstearat umgefüllt und umgerührt. Die Lösung 20 Minuten lang bei Raumtemperatur unter Vakuum evakuieren.

Unter Stickstoffgas die Temperatur auf 180 Grad Celsius erhöhen und die Reaktion drei Stunden lang ablaufen lassen. Nach Beendigung der Reaktion wird der Kolben aus der Heizhaube genommen und die Lösung auf etwa 60 Grad Celsius abkühlen gelassen. Sobald die Indiumphosphid-Zinksulfid-Lösung etwa 60 Grad Celsius erreicht, fügen Sie 20 Milliliter Hexane hinzu.

Übertragen Sie dann die Probe in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen aus Polypropylen, bevor Sie zentrifugieren, um nicht umgesetztes Zinkstearat zu entfernen. Nach dem Zentrifugieren fügen Sie dem Überstand 200 Milliliter Aceton hinzu und zentrifugieren Sie nach dem gleichen Verfahren wie zuvor. Nachdem Sie das Pellet gründlich mit Stickstoffgas getrocknet haben, lösen Sie das Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantum-Dot-Pellet in 30 Millilitern Hexanen auf, um das Aceton zu entfernen.

Die Lösung vortexen und kurz beschallen, um eine vollständige Dispergierung zu gewährleisten. Das Entfernen der überschüssigen Liganden ist ein kritischer Schritt in diesem Verfahren. Andernfalls wirkt sich dies negativ auf die Effizienz des Transfers der Quantum Dots in wässrige Lösungen mit PMAL-d aus. Wiederholen Sie diese Reinigungsschritte noch zwei Mal, um eine gründliche Entfernung überschüssiger organischer Liganden sicherzustellen.

Die Wechselwirkungen zwischen dem amphiphilen Polymer und dem Quantum Dot können in Gegenwart von überschüssigen Liganden beeinträchtigt werden. Bestimmen Sie nach der Aufreinigung die Größe und Konzentration der synthetisierten Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte mithilfe der UV-sichtbaren Spektroskopie. Verdünnen Sie einen Teil der synthetisierten Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte mit Hexanen, um einen Milliliter eines mikromolaren Quantenpunkts zu erhalten.

Übertragen Sie in einem Zentrifugenröhrchen 0,25 Milliliter Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte in jedes Röhrchen. Geben Sie einen Milliliter Aceton oder Menthol in das Zentrifugenröhrchen und zentrifugieren Sie. Entfernen Sie vorsichtig den Überstand und lösen Sie jeden Niederschlag in einem Milliliter Tetrahydrofuran oder THF auf.

Als nächstes werden die in THF gelösten Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte in einen 100-Milliliter-Rundkolben überführt und mit 16 Millilitern THF verdünnt. Um die Anzahl der Aggregate in Lösung zu reduzieren, beschallen Sie die Quantum Dots fünf bis zehn Minuten lang. Lösen Sie dann 30 Milligramm PMAL-d und 10 Milliliter Wasser in molekularer Qualität auf.

Wasser über Beschallung oder sanftes Rühren, bis die Lösung durchscheinend ist, ist effizient, um das Polymer vollständig aufzulösen. Die Verwendung von Vortex oder ein kräftiges Rühren kann viele Blasen erzeugen, die die Wechselwirkung des Polymers mit dem Quantum Dot behindern. Als nächstes wird die 10-Milliliter-Polymerlösung in den 100-Milliliter-Rundkolben gegeben, der Indiumphosphid, Zinksulfid, Quantenpunkte und THF enthält.

Verdampfen Sie das THF aus der Quantum Dot-Polymerlösung mit einem Rotationsverdampfer, wobei der Kolben in einem Eisbad gehalten wird, um die Wechselwirkung zwischen dem Polymer und dem Quantum Dot zu erleichtern. Sobald die Lösung auf 10 Milliliter verdampft ist, nehmen Sie den Kolben aus dem Rotationsverdampfer und fügen Sie 30 Milliliter Wasser in molekularer Qualität hinzu. Den Kolben wieder in den Rotationsverdampfer stellen und weiter auf zwei Milliliter verdampfen.

Dieser letzte Verdampfungsschritt kann viele Stunden dauern. Stellen Sie sicher, dass das Eisbad gepflegt wird. Die wasserlöslichen Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte mit einer Pipette aus dem Rundkolben entfernen.

Filtrieren Sie die Quantum Dot-Lösung mit einer Drei-Milliliter-Kunststoffspritze, die an einem 0,1-Mikron-Nylon-Spritzenvorsatzfilter befestigt ist, in ein Fünf-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Platzieren Sie die Quantum Dots in eine Membrandialyseeinheit mit 20-Tausendstel-Molekulargewicht und dialysieren Sie gegen 05 molare Boratpuffer, PH 8,5, um überschüssiges Polymer zu entfernen. Konzentrieren Sie die Quantum Dots und den Boratpuffer mit einem Vakuumkonzentrator auf einen Milliliter.

Zur Lagerung die Lösung mit Stickstoffgas aufsetzen, bevor Sie sie mit Parafilm versiegeln. Die wasserlöslichen Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte sind im Dunkeln mindestens vier Monate bei vier Grad Celsius stabil. Hier sind die Absorption und die korrigierten Floreszenz-Adkursspektren von Indiumphosphid, Zinksulfid, Quantenpunkten und Hexanen dargestellt, die bei 533 Nanometern angeregt wurden, was eine maximale Absorption bei 600 Nanometern und eine volle Breite bei der Hälfte, maximal 73 Nanometer zeigt.

Hier wird ein TEM- oder Transmissionselektronenmikroskopie-Bild der in Wasser gelösten Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkte gezeigt. Ein Historgramm der Partikelgrößenverteilung des TEM ergibt einen durchschnittlichen Durchmesser von 2,74 plus oder minus 0,72 Nanometern. Die Einzelfluoreszenz-Puncta-Analyse zeigt das Vorhandensein unterschiedlicher Ein- und Aus-Zustände durch ein blinkendes Profil von Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkten in Wasser.

Dieses Histogramm zeigt die bimodale Verteilung der Pixelintensität aus einem Blinkprofil eines Quantenpunkts. Hier zeigt eine Grafik die Lebensfähigkeit von N2a-Zellen nach einer Inkubation mit Indiumphosphid-Zinksulfid-Quantenpunkten für 24 oder 48 Stunden. Mit einem Nanomolar bis 25 nanomolaren Quantum Dots.

Eine vernachlässigbare Toxizität wird unterhalb von fünf Nanomolaren beobachtet. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 12 Stunden abgeschlossen werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man hochfluoreszierende Quantenpunkte für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen synthetisiert.

Beachten Sie, dass Allylamin eine gefährliche, ätzende organische Verbindung ist. Bei der Durchführung dieses Verfahrens sollten immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen einer Brille, Handschuhe und eines Laborkittels getroffen werden.