このプロトコルでは、CdフリーのInP/ZnS量子ドット(QD)の合成が詳細に説明されています。InPベースの量子ドットは、ナノ粒子の分解によって放出される可能性のあるCd2+イオンの毒性により、人気を集めています。合成後、QDは両親媒性ポリマーを使用して水に可溶化され、生物医学用途で使用されます。
このプロトコルでは、CdフリーのInP/ZnS量子ドット(QD)の合成が詳細に説明されています。InPベースの量子ドットは、ナノ粒子の分解によって放出される可能性のあるCd2+イオンの毒性により、人気を集めています。合成後、QDは両親媒性ポリマーを使用して水に可溶化され、生物医学用途で使用されます。
蛍光ナノ結晶、特に量子ドットは、多くの生物医学的応用にとって有用なツールとなっています。生体システムへの利用を成功させるためには、量子ドットは蛍光性が高く、サイズが小さく、単分散である必要があります。一般的に使用されるカドミウムベースの量子ドットはこれらの特性を備えていますが、ナノ粒子の分解によってCd2+イオンが放出される可能性があるため、潜在的に毒性があります。インジウムベースの量子ドット、特にInP/ZnSは、蛍光特性とサイズが比較的類似していることから、カドミウムベースの量子ドットに代わる有力な選択肢として最近研究されています。ここで紹介する合成は、効果的なナノ粒子成長のための標準的なホットインジェクション技術を使用しています。しかし、ナノ粒子のサイズ、発光波長、発光強度などの特性は、反応条件のわずかな変化によって大きく変化することがあります。したがって、温度、反応時間、前駆体濃度などの反応条件を正確に維持して、再現性のある生成物を生成する必要があります。量子ドットは本質的に水溶液に溶けないため、水に溶解するためには表面修飾も行う必要があります。このプロトコルでは、両親媒性ポリマーを使用して、量子ドット表面上の疎水性配位子とバルク溶媒水分子の両方と相互作用します。ここでは、生物医学アプリケーションでの使用に適した高蛍光InP/ZnS量子ドットの合成に関する詳細なプロトコールを提供します。
量子ドット(QD)は、光1を照射すると蛍光特性を示すナノ結晶を半導体されています。それらの小さな多くのより大きな生体分子に類似しているサイズ(2-5 nm)で、および生体機能化の容易さに、QDは、生物医学的応用のための非常に魅力的なツールです。それらは、生物学的標識での使用、単一分子の生細胞イメージング、薬物送達、 生体内イメージング、病原体の検出、および細胞追跡に 、多くの他の用途の中で2-8を発見しました 。
CDベースのQDは、最も一般的には、それらの強い蛍光と狭い発光ピーク幅9の生物医学的用途に使用されてきました。しかし、懸念が原因で、ナノ粒子の分解によって放出されてもよいのCd 2+イオン 10の潜在的な毒性のために提起されています。彼らは多くの蛍光特性を維持するため、近年、InP系量子ドットは、CDベースのQDの代替として検討されていますCD-ROMベースのQDの、より生体適合性の11とすることができます。 CDベースの量子ドットのみが48時間11の後に、10ピコモルという低い濃度で、in vitroアッセイにおけるInP系量子ドットよりも有意に毒性であることが見出されています。
量子ドットの蛍光発光色は、サイズ調整可能な1です。すなわち、QDのサイズが大きくなるように、蛍光発光は、赤方偏移です。 QD製品のサイズおよびサイズ分散度は、反応12中の温度、反応時間、又は前駆体濃度の条件を変えることによって変更することができます。 InP量子ドットの発光ピークは、典型的には、より広いとCDベースのQD未満激しいが、InPの量子ドットは、スペクトルの重複を避けるために設計された色の多種多様てなされたものであり、ほとんどの生物医学的ア プリケーション12のために十分に強いであることができます。このプロトコルで詳述合成を600nmを中心とする赤色発光ピークを有する量子ドットを生成します。
いくつかのステップは、AF取られますQDコアのター合成は、量子ドットの光学的整合性を維持し、生物学的用途に適合させるために。 QDコアの表面が急冷引き起こす可能性があり、酸化や表面欠陥から保護されなければなりません。従って、ZnSシェルは、のInP / ZnS(コア/シェル)13を量子ドットを製造するためにコアの上にコーティングされています。このコーティングは、QD物のフォトルミネッセンスを保護することが示されています。 InPのQD合成中の亜鉛イオンの存在は、表面欠陥、ならびに減少サイズ分布12を制限することが示されています。でも反応媒体中のZn 2+の存在と、InZnPの合成は、12非常に低いです。コーティングした後、得られたInP / ZnSの量子ドットは、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)またはオレイルアミン12,14のような疎水性リガンドでコーティングされています。両親媒性ポリマーは、水溶性15を付与するためにQD表面上の疎水性リガンドと同様にバルク水分子と相互作用することができます。炭と両親媒性ポリマーキシレート化学基は、さらに量子ドットを官能化するために「化学ハンドル」として使用することができます。
このプロトコルは、非常に強い蛍光発光と比較的小さなサイズ-分散と水溶性のInP / ZnSの量子ドットの合成と機能化を詳しく説明します。これらのQDは、潜在的に一般的に使用されたCdSe / ZnSの量子ドットよりも毒性が低いです。ここで、InPの/ ZnSの量子ドットの合成は、生物医学的応用のためのCD-ROMベースのQDへの実用的な代替手段を提供します。
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インジウムリン/硫化亜鉛(のInP / ZnSの)量子ドットの1の合成
2.水両親媒性ポリマーを使用したInP / ZnSの量子ドットの可溶化
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コーティングされていないのInPコアは目でかなりの可視蛍光を示すものではありません。しかしのInP / ZnS(コア/シェル)量子ドットは、UV照射下で目で明るく蛍光を発するように見えます。 InP / ZnSの量子ドットの蛍光は、蛍光分光法を用いて特徴付けました。ヘキサン中の量子ドットの蛍光スペクトル73ナノメートルの半値全幅(FWHM)を用いて600nmで中心一つの主要ピークを示しているnmの533で励起された (図1)。吸光度(0.2) 図1のオフセットは、光を散乱量子ドットを意味するもので、これにより集約QDの存在、分析( 下記参照)を点滅することもできますが、ほとんどの量子ドットは、量子ドットの単一の、または非常に小さい基であることを示しています。両親媒性ポリマーPMAL-dでコーティングした後、のInP / ZnSの量子ドットの量子収率は、標準的な17としてローダミンBとQDの統合された蛍光強度を比較することにより調...
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このプロトコルは、多くの生物学的システムで使用することができ、高度に蛍光のInP / ZnSの量子ドットの合成を詳述します。ここで合成されたQD製品は、他の前述の合成12に匹敵する73ナノメートルのFWHMで600nmで( 図1)を中心とする単一の蛍光発光ピークを示しました。反応時間および反応温度は、QD合成の品質および再現性に対するそれらの深刻な影響のために非常に重要なステップです。水に可溶化した後、量子ドットは、約6%の量子収率を有すると決定されました。反応時間、温度、又は前駆体濃度の変化は、マルチスペクトルの用途に使用することができる、QDの大きさと発光波長の調整を可能にします。
サイズと表面電荷は、生体系におけるナノ粒子を使用する際に考慮すべき非常に重要な要因です。標的生体分子の乱れを最小限に抑えるために、QDは小さな、月を維持する必要がありますodisperseサイズ。さらに、溶液中の量子ドットの表面電荷は、意図しない標的に向かって非特異的結合を減少させるために修飾することができます。ここで提示QDの合成は、TEM(...
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著者らは、開示することは何もありません。
作者は感謝して、このプロジェクトの彼らのサポートのためにミズーリ州立大学化学科と大学院大学を認めます。また、それらの透過電子顕微鏡および炭素被覆グリッドの使用については、がん研究のためのフレデリック国立研究所の電子顕微鏡研究室を認めます。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| オレイラミン | アクロス | 129540010 | |
| 塩化亜鉛(II) | シグマ | 030-003-00-2 | |
| 塩化インジウム(III) ケ | ムインペックス | 24560 | |
| トリス(ジメチルアミノ)ホスフィン | エンコンパス | 50-901-10500 | |
| 1-ドデカンチオール | アクロス | 117625000 | |
| ヘキサン | フィッシャー サイ | H292-4 | |
| アセトン | TransChemical | UN 1090 | |
| 亜鉛ステアリン酸Aldrich | の化学 | 307564-1KG | |
| テトラヒドロフラン | Acros | 34845-0010 | |
| 分子水 | Fisher | Sci BP2470-1 | |
| (マレイン酸アンヒルドライド-alt-1-テトラデセン)、3-(ジメチルアミノ)-1-プロピルアミン誘導体 | シグマ | 90771-1G | |
| ホウ酸 | フィッシャー | Sci BP168-500 | |
| 四ホウ酸ナトリウム十水和物 | フィッシャー Sci | BP175-500 | |
| ローダミン B | アルドリッチ 化学 | R95-3 | |
| 窒素ガス | エアガス | UN1066 | |
| トリパン ブルー | サーモ サイ | SV30084.01 | |
| 3 ml プラスチック ルアーロック シリンジ | BD | 309657 | |
| ルアーロック ニードル | エアタイト | 8300014471 | 4 インチ 22 ゲージ |
| 50 ml ポリプロピエン 遠心分離管 | ファルコン | 352098 | |
| 250 ml 遠心分離瓶 | Thermo Sci | 05-562-23 | Nalgene PPCO |
| 5 ml 遠心分離管 | Argos-Tech | T2076 | |
| 1.5 ml 微量遠心分離管 | Bio Plas | 4150 | |
| 0.1 μm シリンジ フィルター | Whatman | 6786-1301 | Puradisc 13 mm ナイロン フィルター |
| Slide-A-Lyzer MINI 透析ユニット | Thermo Sci | 69590 | 20,000 MWCO |
| ロータリー エバポレーター | ハイドルフ | ||
| 遠心分離機 5072 | エッペンドルフ | スイング バケット 50 mlチューブアダプター | |
| ラムダ 650 UV/VIS 分光計 | パーキン・エルマー | UV-Vis分光光度計 | |
| LS 55 蛍光分光計 | パーキン・エルマー | 蛍光光度計 | |
| Axio Observer.A1 | ツァイス | 落射蛍光顕微鏡 | |
| アクシオカム MRm | ツァイス | CCDカメラ | |
| テクナイ TF20 顕微鏡 | FEI | Transmisison Electron Miscroscope | |
| TEM Eagle CCD | FEI | TEM CCDカメラ | |
| NanoBrook Omni DLS | Brookhaven | Dynamic Light Scattering Instrument |
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許可をリクエスト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