Name: Synthese von Cd-frei InP / ZnS-Quantenpunkte Geeignet für biomedizinische Anwendungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: Lernen Sie die Synthese von Cd-freien InP/ZnS-Quantenpunkten für biomedizinische Anwendungen. Diese Methode ermöglicht die Herstellung hochwertiger, wasserlöslicher Nanopartikel mit geringer Toxizität.

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Die Autoren danken dem Institut für Chemie und das Graduiertenkolleg in Missouri State University für ihre Unterstützung dieses Projektes. Wir erkennen auch die Elektronenmikroskopie-Labor an der Friedrich National Laboratory for Cancer Research für die Nutzung ihrer Transmissionselektronenmikroskop und kohlenstoffbeschichtetes Gitter.

1. Synthese von Indium-Phosphid / Zinksulfid (InP / ZnS) Quantum Dots <ol><li> Synthese von Indiumphosphid (InP) Quantum Dot Cores <ol><li> Setzen Sie einen 100 ml Rundkolben, 3-Hals-Kolben mit einem 12-Zoll-Kondensator. Mit einem Vakuum für 1 Stunde 30 ml Oleylamin (OLA), 0,398 g Indium (III) chlorid (InCl 3), 0,245 g Zink (II) chlorid (ZnCl 2) und rühren während bei RT zu evakuieren. Die Lösung sollte mit einem weißen Niederschlag farblos erscheinen. </li><li> Unter Verwendung eines Heizmantels mit einem Thermoelement und proportional-integral-derivative (PID) Temperaturregler, erhöhen die Temperatur der Lösung auf 120 ° C. Evakuieren die Lösung unter Vakuum für 20 min mit niedrigem Siedepunkt, um Verunreinigungen zu entfernen, die Kernwachstum auswirken können. Anmerkung: Es ist zwar möglich, ein Sandbad und Thermometer zu verwenden, unter Verwendung eines Heizmantels und PID erhöht die Homogenität und Reproduzierbarkeit der Reaktionsprodukte. </li><li> Unter Schutzgas (zB, N 2), die Lösung unter Rückfluss und die Temperatur auf 220 ° C für 15 min erhöhen. Die InCl 3 und ZnCl 2 vollständig aufzulösen, wodurch eine blassgelbe Lösung. Lassen Sie die Temperatur für 10 min zu stabilisieren. </li><li> Spülen Sie eine Einweg, 3 ml Kunststoffspritze und 4 Zoll, 22 G-Nadel mit Stickstoffgas. Unter Verwendung der Spritze, liefern schnell 0,5 ml Tris (dimethylamino) phosphin (TDMAP) an die InCl &amp; sub3; -Lösung. Die Temperatur der Lösung sinkt leicht und kehrt zu 220 ° C. Die Lösung ändert sich von transparent, hellgelb bis opak, schwarz. </li><li> Nach 9,5 min, der Reaktionskolben aus dem Heizmantel entfernen, bis die Temperatur unter 200 ° C sinkt. Um die Integrität der InP-Kerne schützen, gehen direkt an die ZnS-Beschichtung in Schritt 1.2.1. </li></ol></li><li> Synthese von Zinksulfid (ZnS) Quantum Dot Shells <ol><li> Setzen Sie den Reaktionskolben aus Schritt 1.1.5 auf einem Heizpilz und stabilisieren die temperatur bei 200 ° C. Langsam 3,58 g Dodecanthiol (DDT) im Verlauf von 15 sec auf die Lösung, die InP-Quantenpunkte hinzuzufügen. Lassen Sie die Lösung für 1 Stunde zu reagieren. Anmerkung: ZnS Schalendicke kann durch Erhöhen oder Verringern der Menge an Zinkstearat in Schritt 1.2.4 hinzugefügt variiert werden. Die Veränderung der Menge an ZnCl 2 oder Dodecanthiol in Schritten 1.1.1 und 1.2.1 kann erheblich die Qualität der Quantenpunkte beeinflussen, indem sie die Reaktionskinetik zu ändern. <ol><li> Danach entfernen die Reaktionskolben aus dem Heizmantel und die Lösung auf etwa 60 ° C zu kühlen. </li></ol></li><li> Sobald die InP / ZnS Lösung erreicht ~ 60 ° C, 10 ml Hexan und übertragen die gesamte Lösung von etwa 45 ml bis 50 ml-Polypropylen-Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie die Probe (3.000 × g für 10 min) nicht umgesetzten festen Vorläufer zu entfernen. </li><li> übertragen Sie vorsichtig den Überstand in ein 250-ml-Polypropylen-Zentrifugenflasche, 200 ml Aceton und Zentrifuge die Lösung (3.000 xg für 10 min) InP / ZnS QDs auszufällen. Dieses Volumen kann auch gleichmäßig in vier 50-ml-Röhrchen für die Zentrifugation aufgespalten werden, wenn eine Zentrifuge mit den notwendigen Rotor / Zubehör, das nicht zur Verfügung steht. Dekantieren des Überstandes und trocknen Sie die QD Pellet gründlich mit Stickstoffgas Aceton zu entfernen. </li><li> Resuspendieren der Quantenpunkte in 20 ml OLA Beschallung verwenden, übertragen auf einen 50 ml Rundboden, 3-Hals-Kolben mit 0,474 g Zinkstearat und umrühren. Evakuieren die Lösung unter Vakuum für 20 min bei RT. </li><li> Unter Stickstoffgas, die Temperatur auf 180 ° C erhöht und damit die Reaktion 3 Stunden ablaufen. Zwar gibt es keine merklichen visuellen Änderungen zu der Reaktionslösung, die bei dieser Reaktion auftreten, erhöht Dicke ZnS Schale Zinkstearat Hinzufügen somit QY Erhöhung durch Oberflächenpassivierung QD 12 zu verbessern. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, die Kolben aus dem Heizmantel entfernen und die Lösung auf etwa 60 ° C zu kühlen. </li><li> Sobald die InP / ZnS solutiauf Lauf ~ 60 ° C, in den ein 50 ml Polypropylenzentrifugenröhrchen 20 ml Hexan und übertragen. Zentrifugieren Sie die Probe (3.000 × g für 10 min) auf nicht umgesetzte Zinkstearat entfernen. </li><li> übertragen Sie vorsichtig den Überstand in ein 250-ml-Polypropylen-Zentrifugenflasche, 200 ml Aceton und Zentrifuge die Lösung (3000 g für 10 min) InP / ZnS-QDs zu fällen. Dekantieren Sie vorsichtig den Überstand und gründlich mit Stickstoffgas trocken Aceton zu entfernen. </li><li> Man löst den InP / ZnS QD Pellet in 30 ml Hexan. Vortex und beschallen die Lösung kurz vollständige Dispersion zu gewährleisten. </li><li> Wiederholen Reinigungsschritte 1.2.6-1.2.8 zwei weitere Male gründliche Entfernung von überschüssigem organischen Liganden zu gewährleisten. Wechselwirkungen zwischen dem amphiphilen Polymer und dem QD in Schritt 1.2 kann in Gegenwart von überschüssigem Liganden beeinträchtigt werden. </li><li> Mit Berechnungen von Xie detailliert, et al. 16, bestimmen die Größe und Konzentration der synthetisierten InP / ZnS-QDs mit UV-Vis-Spektroskopie. <br/&gt; Anmerkung: Die wichtige spektrale Charakteristik für diese Analyse ist die Schulter des Absorptionspeaks. Die Wellenlänge und Absorptionswert des Maximums dieser Schulter dient dazu, die Größe und die Konzentration der Quantenpunkte zu berechnen, respectively. Diese Reaktion ergibt typischerweise etwa 5 &amp; mgr; mol QD mit einem Emissionspeak bei 600 nm. Bis QD der verschiedenen Farben synthetisieren, die Dauer und / oder Temperatur der Reaktion kann geändert werden. Eine längere Reaktionszeit und / oder höhere Temperatur der Lösung führt zu einer Rotverschiebung Emissionspeak. Zum Beispiel, Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 240 ° C und Aufrechterhalten Reaktionszeit von 10 min wird in QD mit einem 680 nm höchstens Emissionen Spitze führen. Ebenso reduziert die Reaktionszeit auf 2 Minuten und verwendet Zinkchlorid Verdoppelung in QD mit einem 470 nm maximale Emissionsspitze führen. Diese InP / ZnS-QDs sind stabil für mindestens einen Monat bei 4 ° C im Dunkeln unter Schutzgas. </li></ol></li></ol> 2. WasserSolubilisierung von InP / ZnS-Quantenpunkte unter Verwendung eines amphiphilen Polymers <ol><li> Wasser Solubilisierungsmethode <ol><li> Unter Verwendung der InP / ZnS QD aus Schritt 1.2.10, verdünnte einen Teil der Quantenpunkte mit Hexan von 1 uM QD zu erhalten 1 ml. <ol><li> In einem Zentrifugenröhrchen, übertragen 0,25 ml InP / ZnS-QDs in jedes Röhrchen. 1 ml Aceton oder Methanol zu dem Zentrifugenröhrchen und Zentrifuge (3.000 × g für 10 min). Den Überstand sorgfältig entfernen und jeder Niederschlag in 1 ml Tetrahydrofuran (THF) lösen. </li><li> Übertragen Sie die InP / ZnS-QDs in THF in einen 100-ml-Rundkolben und verdünnt mit 16 ml THF. Um die Anzahl der Aggregate in der Lösung reduzieren, beschallen die Quantenpunkte für 5-10 min. </li></ol></li><li> Man löst 30 mg Poly (Maleinsäureanhydrid andhydride- alt -1-Octadecen), 3- (Dimethylamino) -1-propylamin (pMAL-d) in 10 ml Molekularreinem Wasser. Wasserbad Beschallung oder leichtem Rühren, bis die Lösung durchscheinend ist ausreichend, um das Polymer vollständig aufzulösen. DasVerwendung von Wirbel oder kräftigem Rühren kann viele Blasen erzeugen, die Wechselwirkung des Polymers mit dem QD behindert. In den 10 ml Polymerlösung auf den 100-ml-Rundkolben, der InP / ZnS-QDs in THF. </li><li> Verdampfen THF aus dem QD / Polymerlösung mit einem Rotationsverdampfer. Der Kolben wird in einem Eisbad während Eindampfen der Wechselwirkung zwischen dem Polymer und QD zu erleichtern. Je nach Stärke des Vakuums wird das meiste THF nach 10 min verdampft und die Lösung wird trüb. <ol><li> Sobald die Lösung auf 10 ml eingedampft wird, der Kolben vom Rotationsverdampfer entfernen und 30 ml molekularen Grad Wasser. Bringen Sie den Kolben am Rotationsverdampfer und weiter bis 2 ml zu verdampfen. Dieser letzte Verdampfungsschritt kann viele Stunden dauern; sicherzustellen, das Eisbad aufrechterhalten wird. </li></ol></li><li> Entfernen Sie die wasserlöslichen InP / ZnS-QDs aus dem Rundkolben mit einer Pipette. Filtern Sie die QD-Lösung mit einer 3 ml-Kunststoffspritze an einem 0,1 um Nylon syringe filtriert in ein 5 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Legen Sie die Quantenpunkte in einer 20.000 MWCO-Membran Dialysestation und Dialyse gegen 0,05 M Boratpuffer pH 8,5, um überschüssige Polymer entfernen. (Langsam 0,05 M Natriumtetraborat-Decahydrat und 0,05 M Borsäure, unter starkem Rühren, bis der pH 8.5 ist diese Boratpufferlösung zu machen.) Einen Vakuumkonzentrator Verwendung konzentrieren sich die Quantenpunkte in Boratpuffer auf 1 ml. </li><li> Für die Lagerung, Säuberung der Lösung mit Stickstoffgas vor mit Parafilm versiegelt. Die wasserlöslichen InP / ZnS QD sind stabil für mindestens 4 Monate bei 4 ° C im Dunkeln. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Dieses Protokoll beschreibt die Synthese hochFluoreszenz InP / ZnS QD, die in vielen biologischen Systemen verwendet werden können. Die QD-Produkte hier synthetisiert zeigte einen einzelnen Peak Fluoreszenzemission bei 600 nm mit einer FWHM von 73 nm (Abbildung 1) zentriert ist, die zu anderen zuvor beschriebenen Synthesen 12 vergleichbar ist. Die Reaktionszeit und Reaktionstemperatur sind sehr wichtige Schritte wegen ihrer tiefgreifende Wirkung auf QD Synthesequalität und Reproduzierbarkeit....

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Katye M. Fichter
from:
Kathryn M. Fichter

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

Quantum Dots (QD) sind halbleitende Nanokristalle, die fluoreszierende Eigenschaften aufweisen, wenn sie mit Licht bestrahlt ein. Aufgrund ihrer geringen Größe (2-5 nm), die viele größere Biomoleküle ähnlich ist, und eine einfache Biofunktionalisierung, QD sind ein äußerst attraktives Werkzeug für biomedizinische Anwendungen. Sie haben Verwendung in der biologischen Kennzeichnung, Einzelmolekül-Lebendzell-Imaging, Arzneimittelabgabe, in-vivo-Bildgebung, Erregernachweis und Zellverfolgung, unter vielen anderen Anwendungen gefunden 08.02. CD-basierten Quantenpunkte wurden am häufigsten in biomedizinischen Anwendungen verwendet, wegen ihrer intensiven Fluoreszenz und schmale Emissionspeakbreiten 9. Allerdings haben Bedenken wegen der möglichen Toxizität von Cadmium angehoben worden 2+ -Ionen 10, die durch den Abbau des Nanopartikel freigesetzt werden können. Vor kurzem InP-basierten Quantenpunkte wurden als Alternative zu CD-basierten Quantenpunkte untersucht, weil sie viele Fluoreszenzeigenschaften beibehaltenvon CD-basierten Quantenpunkte und kann biokompatibler 11 sein. CD-basierten Quantenpunkte wurden signifikant toxisch zu sein als InP-basierten Quantenpunkte in in vitro-Tests in Konzentrationen so niedrig wie 10 Uhr, nach nur 48 Stunden 11 gefunden. Die Fluoreszenzemissionsfarbe von QD ist größen abstimmbaren 1. Das heißt, wenn die Größe der QD zunimmt, nimmt die Fluoreszenzemission der roten verschoben. Die Größe und Größen Dispersität der QD-Produkte können durch Ändern der Temperatur, Reaktionsdauer, oder Vorläuferkonzentrationsbedingungen während der Reaktion 12 modifiziert werden. Während die Emissionsspitze von InP QD ist typischerweise breiter und weniger intensiv als CD-basierte QD, InP Quantenpunkte können in einer Vielzahl von Farben hergestellt werden entworfen spektrale Überlappung zu vermeiden, und 12 für die meisten Anwendungen ausreichend intensiven biomedizinischen sind. Die Synthese in diesem Protokoll detailliert ergibt QD mit einer roten Emissionsspitze bei 600 nm zentriert ist. Sind mehrere Schritte af genommenter Synthese der QD-Kerne, die optische Integrität der Quantenpunkte zu erhalten und sie für biologische Anwendungen kompatibel zu machen. Die Oberfläche des Kern QD müssen vor Oxidation oder Oberflächenfehler geschützt werden, die dazu führen können Abschrecken; Daher wird ein ZnS Schale über den Kern beschichtet InP / ZnS (core / shell) QDS 13 zu erzeugen. Diese Beschichtung wurde die Photolumineszenz des QD Produkt zu schützen gezeigt. Die Gegenwart von Zinkionen während InP QD-Synthese wurde 12 gezeigt, um Oberflächenfehler zu begrenzen, sowie Abnahme Größenverteilung. Selbst bei der Anwesenheit von Zn 2+ in dem Reaktionsmedium, Synthese von InZnP sind höchst unwahrscheinlich 12. Nach der Beschichtung, was InP / ZnS-QDs in hydrophoben Liganden, wie Trioctylphosphinoxid (TOPO) oder Oleylamin 12,14 beschichtet. Ein amphiphiles Polymer mit hydrophoben Liganden auf der Oberfläche QD sowie Schüttwassermolekülen interagieren, um Wasserlöslichkeit 15 verleihen. Amphiphile Polymere mit carboxylate chemischen Gruppen können als &quot;chemische Griffe&quot; verwendet werden, um die QD funktionalisieren. Dieses Protokoll beschreibt die Synthese und Funktionalisierung von wasserlöslichen InP / ZnS QD mit sehr intensiven Fluoreszenzemission und relativ geringe Größe-Dispersität. Diese Quantenpunkte sind möglicherweise weniger toxisch als häufig verwendete CdSe / ZnS-Quantenpunkte. Hierin stellt die Synthese von InP / ZnS-QDs eine praktische Alternative zum CD-basierten Quantenpunkte für biomedizinische Anwendungen.

<table><tbody><tr><td>Oleylamin</td><td>Acros</td><td>129540010</td><td></td></tr><tr><td>Zink(II)-chlorid</td><td>Sigma</td><td>030-003-00-2</td><td></td></tr><tr><td>Indium(III)-chlorid</td><td>Chem-Impex</td><td>24560</td><td></td></tr><tr><td>Tris(dimethylamino)phosphin</td><td>Encompass</td><td>50-901-10500</td><td></td></tr><tr><td>1-Dodecanthiol</td><td>Acros</td><td>117625000</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hexane Fisher Sci</td><td>H292-4</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>TransChemical</td><td>UN 1090</td><td></td></tr><tr><td>Zinkstearat</td><td>Aldrich Chem</td><td>307564-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>Acros</td><td>34845-0010</td><td></td></tr><tr><td>Molecular Water</td><td>Fisher Sci</td><td>BP2470-1</td><td></td></tr><tr><td>Poly(maleic anhyrdride-alt-1-tetradecen), 3-(Dimethylamino)-1-propylaminderivat</td><td>Sigma</td><td>90771-1G</td><td></td></tr><tr><td>Borsäure</td><td>Fisher Sci</td><td>BP168-500</td><td></td></tr><tr><td>Natriumtetraborat-Decahydrat</td><td>Fisher Sci</td><td>BP175-500</td><td></td></tr><tr><td>Rhodamin B</td><td>Aldrich Chem</td><td>R95-3</td><td></td></tr><tr><td>Stickstoffgas</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>Trypanblau</td><td>Thermo Sci</td><td>SV30084.01</td><td></td></tr><tr><td>3 ml Luer-Lock-Spritze aus Kunststoff</td><td>BD</td><td>309657</td><td></td></tr><tr><td>Luer-Lock-Nadel</td><td>Air-Tite</td><td>8300014471</td><td>4 Zoll, 22 Gauge</td></tr><tr><td>50 ml Polypropyen-Zentrifugenröhrchen</td><td>Falcon</td><td>352098</td><td></td></tr><tr><td>250 ml Zentrifugenflasche</td><td>Thermo Sci</td><td>05-562-23</td><td>Nalgene PPCO</td></tr><tr><td>5 ml Zentrifugenröhrchen</td><td>Argos-Tech</td><td>T2076</td><td></td></tr><tr><td>1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen</td><td>Bio Plas</td><td>4150</td><td></td></tr><tr><td>0,1 &mu; m Spritzenvorsatzfilter</td><td>Whatman</td><td>6786-1301</td><td>Puradisc 13 mm Nylonfilter</td></tr><tr><td>Slide-A-Lyzer MINI Dialysegerät</td><td>Thermo Sci</td><td>69590</td><td>20.000 MWCO</td></tr><tr><td>Rotationsverdampfer</td><td>Heidolph</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge 5072</td><td>Eppendorf</td><td></td><td>Schwingschaufel mit 50&nbsp; ml Tube Adapter</td></tr><tr><td>Lambda 650 UV/VIS Spektrometer</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>UV-Vis Spektralphotometer</td></tr><tr><td>LS 55 Fluoreszenzspektrometer</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>Fluorometer</td></tr><tr><td>Axio Observer.A1</td><td>Zeiss</td><td></td><td>Epifluoreszenzmikroskop</td></tr><tr><td>AxioCam MRm</td><td>Zeiss</td><td></td><td>CCD Kamera</td></tr><tr><td>Tecnai TF20 Mikroskop</td><td>FEI</td><td></td><td>Transmisison Electron Miscroscope</td></tr><tr><td>TEM Eagle CCD</td><td>FEI</td><td></td><td>TEM CCD Kamera</td></tr><tr><td>NanoBrook Omni DLS</td><td>Brookhaven</td><td></td><td>Dynamisches Lichtstreuinstrument</td></tr></tbody></table>

synthese von cd-frei inp / zns-quantenpunkte geeignet für biomedizinische anwendungen

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

Fluoreszierende Nanokristalle, insbesondere Quantenpunkte, waren ein nützliches Werkzeug für viele biomedizinische Anwendungen. Für einen erfolgreichen Einsatz in biologischen Systemen sollten Quantenpunkte stark fluoreszierend und klein/monodispers groß sein. Während häufig verwendete Quantenpunkte auf Cadmiumbasis diese Eigenschaften besitzen, sind sie aufgrund der möglichen Freisetzung von Cd2+-Ionen durch den Abbau von Nanopartikeln potenziell toxisch. Indiumbasierte Quantenpunkte, insbesondere InP/ZnS, wurden kürzlich aufgrund ihrer relativ ähnlichen Fluoreszenzeigenschaften und -größe als praktikable Alternative zu cadmiumbasierten Quantenpunkten untersucht. Die hier vorgestellte Synthese verwendet Standard-Heißinjektionstechniken für ein effektives Nanopartikelwachstum; Die Eigenschaften von Nanopartikeln wie Größe, Emissionswellenlänge und Emissionsintensität können sich jedoch aufgrund kleiner Änderungen der Reaktionsbedingungen drastisch ändern. Daher sollten Reaktionsbedingungen wie Temperatur, Reaktionsdauer und Vorläuferkonzentration genau beibehalten werden, um reproduzierbare Produkte zu erhalten. Da Quantenpunkte in wässrigen Lösungen nicht von Natur aus löslich sind, müssen sie auch einer Oberflächenmodifikation unterzogen werden, um ihre Löslichkeit in Wasser zu erhöhen. In diesem Protokoll wird ein amphiphiles Polymer verwendet, um sowohl mit hydrophoben Liganden auf der Quantenpunktoberfläche als auch mit Lösungsmittel-Wassermolekülen zu interagieren. Hier wird ein detailliertes Protokoll für die Synthese von hochfluoreszierenden InP/ZnS-Quantenpunkten bereitgestellt, die für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen geeignet sind.

Die unbeschichteten InP Kerne zeigen keinen wesentlichen sichtbare Fluoreszenz mit dem Auge. Allerdings InP / ZnS (core / shell) Quantenpunkte erscheinen hell unter UV-Bestrahlung von Auge zu fluoreszieren. Die Fluoreszenz von InP / ZnS-QDs wurde mit Fluoreszenz-Spektroskopie charakterisiert. Das Fluoreszenzspektrum von QD in Hexanen (Abbildung 1) bei 533 nm angeregt wird mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von 73 nm bei 600 nm zentriert einen Hauptpeak zeigt. Während Extin...

In diesem Protokoll wird die Synthese von Cd-freien InP/ZnS-Quantenpunkten (QDs) detailliert beschrieben. InP-basierte QDs werden aufgrund der Toxizität von Cd2+-Ionen, die durch den Abbau von Nanopartikeln freigesetzt werden können, immer beliebter. Nach der Synthese werden QDs unter Verwendung eines amphiphilen Polymers in Wasser solubilisiert, um sie in biomedizinischen Anwendungen einzusetzen.

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

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, ...

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.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

Nanopartikel wie Halbleiter-Quantenpunkten (QP) verwendet werden, um photoaktivierbare Agenten für anti-mikrobiellen oder Anti-Krebs-Anwendungen zu erstellen. Diese Technik zeigt, wie Wasser-löslich zu Cadmium-Tellurid (CdTe) QDs, konjugieren sie gegen ein Antibiotikum, und führen Sie einen bakteriellen Hemmtest auf Wachstumskurven und die Keimzahl basiert.

Solubilisierung und Bio-Konjugation von Quantenpunkten und bakterielle Toxizitätstests von Wachstumskurve und Keimzahl

Wir beschreiben die Herstellung von kolloidalen Quantenpunkten mit minimierter hydrodynamische Größe für Einzel-Molekül-Fluoreszenz-Imaging. Im Vergleich zu herkömmlichen Quantenpunkte sind diese Nanopartikel in der Größe ähnlich zu globularen Proteinen und sind für Einzel-Molekül-Helligkeit, Stabilität gegen Photodegradation und Beständigkeit gegen unspezifische Bindung an Proteine ​​und Zellen optimiert.

Compact Quantum Dots für Einzelmolekül-Imaging

Es wird ein Protokoll für die Seeding-Synthese von stäbchenförmigen und tetrapodenförmigen Mehrkomponenten-Nanostrukturen, bestehend aus CdS und CdSe, vorgestellt.

Gesetzt Synthese von CdSe / CdS-Nanokristalle Rod und Tetrapod

Wir stellen detaillierte Anweisungen für die Herstellung von monovalenten zielgerichteten Quantenpunkten (mQDs) aus Phosphorthioat-DNA definierter Länge zur Verfügung. Die DNA-Umhüllung erfolgt bei hoher Ausbeute, so dass die Produkte nicht gereinigt werden müssen. Wir demonstrieren die Verwendung des SNAP-Tags, um mQDs für Anwendungen zur Bildgebung lebender Zellen an Rezeptoren auf der Zelloberfläche zu richten.

Produktion und Targeting von Monovalenter Quantenpunkte

Die Synthese von einheitlichen Goldnanopartikeln, die mit Halbleiterschalen aus CdS oder ZnS beschichtet sind, wird durchgeführt. Die Halbleiterbeschichtung erfolgt durch die Abscheidung einer Silbersulfidhülle und den Austausch der Silberkationen gegen Zink- oder Cadmiumkationen.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Hierin stellen wir eine Methode zur Synthese ligandenfreier Cadmiumsulfid (CdS) Nanopartikel vor, die auf einem einzigartigen Schwefelcopolymer basieren. Das Schwefel-Copolymer fungiert während der Nanopartikelsynthese als Hochtemperaturlösungsmittel und Schwefelquelle und stabilisiert die Nanopartikel nach der Reaktion.

Synthese von Ligand freien CdS-Nanopartikel innerhalb eines Schwefel-Copolymer-Matrix

Hier bereiten wir und zu charakterisieren neuartige baumartige hierarchische ZnO / CdSSe Nanostrukturen, wo CdSSe Zweige auf vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte wachsen. Die resultierenden nanotrees sind ein potentielles Material für die Umwandlung von Solarenergie und andere optoelektronische Geräte.

Synthese von Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostruktur Nanotrees

Ein Protokoll wird für die Herstellung von Hochleistungs-, reine blau ZnCdS/ZnS-basierte Quantum Dots Leuchtdioden durch den Einsatz einer Autoxidized Aluminium Kathode vorgestellt.

Verbesserte Elektroneninjektion und Exciton Entbindung für reine blaue Quantenpunkt-Leuchtdioden durch die Einführung von teilweise oxidierte Aluminium Kathode

Es wird ein Protokoll zur Synthese von In37P 20 (O2 C 14H27)51 Clustern und deren Umwandlung in indiale Phosphor-Quantenpunkte vorgestellt.

Synthese vonIn 37P20(O2CR)51 Clustern und deren Umwandlung in InP Quantum Dots

Beschrieben wird eine zuverlässige und leicht reproduzierbare Methode zur Herstellung funktionalisierbarer, nahininiert emittierender photolumineszierender Gold-Nanocluster und deren direkter Detektion in HeLa-Zellen durch Durchflusszytometrie und konfokale Laserscanmikroskopie.

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Fluoreszierender Lateral-Flow-Immunoassay auf Basis von Quantenpunkt-Nanokügelchen

Lernen Sie die Synthese von Cd-freien InP/ZnS-Quantenpunkten für biomedizinische Anwendungen. Diese Methode ermöglicht die Herstellung hochwertiger, wasserlöslicher Nanopartikel mit geringer Toxizität.

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

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