$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Kropki kwantowe (QD) to półprzewodnikowe nanokryształy, które wykazują właściwości fluorescencyjne po napromieniowaniu światłem1. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary (2-5 nm), które są podobne do wielu większych biomolekuł, oraz łatwość biofunkcjonalizacji, QD są niezwykle atrakcyjnym narzędziem do zastosowań biomedycznych. Znalazły zastosowanie między innymi w znakowaniu biologicznym, obrazowaniu pojedynczych cząsteczek żywych komórek, dostarczaniu leków, obrazowaniu in vivo, wykrywaniu patogenów i śledzeniu komórek, a także w wielu innych zastosowaniach2-8.
Płyty QD oparte na Cd są najczęściej używane w zastosowaniach biomedycznych ze względu na ich intensywną fluorescencję i wąskie szerokości pików emisji9. Pojawiły się jednak obawy ze względu na potencjalną toksyczność jonów Cd2+ 10, które mogą być uwalniane w wyniku degradacji nanocząstki. Ostatnio QD oparte na InP zostały zbadane jako alternatywa dla QD opartych na Cd, ponieważ zachowują wiele cech fluorescencyjnych QD opartych na Cd i mogą być bardziej biokompatybilne11. Stwierdzono, że odstępy QD oparte na Cd są znacznie bardziej toksyczne niż QD na podstawie InP w testach in vitro w stężeniach tak niskich, jak 10 pM, już po 48 godzinach11.
Kolor emisji fluorescencji QD jest regulowany rozmiarem1. Oznacza to, że wraz ze wzrostem wielkości odstępu czasu reakcji emisja fluorescencji jest przesunięta ku czerwieni. Wielkość i dyspersyjność wielkości produktów QD można modyfikować poprzez zmianę temperatury, czasu trwania reakcji lub warunków stężenia prekursora podczas reakcji12. Podczas gdy szczyt emisji QD InP jest zazwyczaj szerszy i mniej intensywny niż QD na bazie Cd, QD InP może być wykonany w dużej różnorodności kolorów, zaprojektowanych tak, aby uniknąć nakładania się widm i są wystarczająco intensywne dla większości zastosowań biomedycznych12. Synteza szczegółowo opisana w tym protokole daje QD z czerwonym pikiem emisyjnym wyśrodkowanym na 600 nm.
Po syntezie rdzeni QD podejmuje się kilka kroków, aby zachować integralność optyczną rdzeni QD i uczynić je kompatybilnymi dla zastosowań biologicznych. Powierzchnia rdzenia QD musi być chroniona przed utlenianiem lub wadami powierzchniowymi, które mogą powodować hartowanie; w związku z tym powłoka ZnS jest powlekana na rdzeniu w celu wytworzenia InP/ZnS (rdzeń/powłoka) QD13. Wykazano, że powłoka ta chroni fotoluminescencję produktu QD. Wykazano, że obecność jonów podczas syntezy InP QD ogranicza defekty powierzchniowe, a także zmniejsza rozkład wielkości12. Nawet przy obecności Zn2+ w środowisku reakcyjnym synteza InZnP jest bardzo mało prawdopodobna12. Po pokryciu, powstałe InP/ZnS QD są powlekane hydrofobowymi ligandami, takimi jak tlenek trioktylofosfiny (TOPO) lub oleiloamina12,14. Polimer amfifilowy może wchodzić w interakcje z hydrofobowymi ligandami na powierzchni QD, a także z masowymi cząsteczkami wody, aby nadać rozpuszczalność w wodzie15. Amfifilowe polimery z karboksylowymi grupami chemicznymi mogą być używane jako "uchwyty chemiczne" do dalszej funkcjonalizacji QD.
Ten protokół szczegółowo opisuje syntezę i funkcjonalizację rozpuszczalnych w wodzie InP/ZnS QD o bardzo intensywnej emisji fluorescencji i stosunkowo małej dyspersji rozmiaru. Te QD są potencjalnie mniej toksyczne niż powszechnie stosowane QD CdSe/ZnS. W tym przypadku synteza QD InP/ZnS stanowi praktyczną alternatywę dla QD opartych na Cd do zastosowań biomedycznych.