Name: Synteza bezkadgingowych kropek kwantowych InP/ZnS odpowiednich do zastosowań biomedycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: Poznaj metodę syntezy wysokiej jakości kropek kwantowych InP/ZnS wolnych od kadmu, nadających się do zastosowań biomedycznych. Technika ta umożliwia produkcję wodnych nanocząstek w ciągu jednego dnia.

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

playerTrialDesktop

Autorzy dziękują Wydziałowi Chemii i Graduate College na Uniwersytecie Stanowym Missouri za wsparcie tego projektu. Dziękujemy również Laboratorium Mikroskopii Elektronowej w Frederick National Laboratory for Cancer Research za korzystanie z transmisyjnego mikroskopu elektronowego i siatek pokrytych węglem.

1. Synteza kropek kwantowych fosforku indu/siarczku (InP/ZnS)
<ol>
	<li>Synteza rdzeni z fosforku indu (InP) z kropkami kwantowymi
	<ol>
		<li>Pasuje do kolby o pojemności 100 ml z okrągłym dnem i 3 szyjkami z 12-calowym kondensatorem. Dodać 30 ml oleylaminy (OLA), 0,398 g chlorku indu(III) (InCl3), 0,245 g chlorku (II) (ZnCl2) i mieszać podczas ewakuacji w temperaturze pokojowej przy użyciu próżni przez 1 godzinę. Roztwór powinien wydawać się bezbarwny z białym osadem.</li>
		<li>Używając płaszcza grzewczego z termoparą i regulatorem temperatury proporcjonalnej pochodnej całkującej (PID), zwiększyć temperaturę roztworu do 120 °C. Opróżnić roztwór pod próżnią przez 20 minut, aby usunąć zanieczyszczenia o niskiej temperaturze wrzenia, które mogą wpływać na wzrost rdzenia. 
		Uwaga: Chociaż możliwe jest użycie kąpieli piaskowej i termometru, zastosowanie płaszcza grzewczego i PID zwiększa jednorodność i odtwarzalność produktów reakcji.</li>
		<li>Pod wpływem gazu obojętnego (np. N2) przepłukać roztwór i zwiększyć temperaturę do 220 °C na 15 minut. InCl3 i ZnCl2 całkowicie się rozpuszczają, w wyniku czego powstaje bladożółty roztwór. Pozwól temperaturze ustabilizować się przez 10 minut.</li>
		<li>Jednorazową plastikową strzykawkę o pojemności 3 ml i igłę o pojemności 22 g należy przepłukać azotem o średnicy 22 g. Za pomocą strzykawki szybko dostarczyć 0,5 ml tris(dimetyloamino)fosfiny (TDMAP) do roztworu InCl3. Temperatura roztworu nieznacznie spada i powraca do 220 °C. Roztwór zmienia się z przezroczystego, bladożółtego na nieprzezroczysty,.</li>
		<li>Po 9,5 minutach wyjąć kolbę reakcyjną z płaszcza grzewczego do momentu, gdy temperatura spadnie poniżej 200 °C. Aby chronić integralność rdzeni InP, przejdź bezpośrednio do powłoki ZnS w kroku 1.2.1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza powłok kwantowych z siarczku (ZnS)
	<ol>
		<li>Umieścić kolbę reakcyjną opisaną w kroku 1.1.5 na płaszczu grzewczym i ustabilizować temperaturę na poziomie 200 °C. Powoli dodawać 3,58 g dodekanetiolu (DDT) w ciągu 15 sekund do roztworu zawierającego InP QD. Pozostawić roztwór do reakcji przez 1 godz. 
		Uwaga: Grubość powłoki ZnS można zmieniać, zwiększając lub zmniejszając ilość stearynianu dodawanego w kroku 1.2.4. Zmiana ilości ZnCl2 lub dodekanetiolu w krokach 1.1.1 i 1.2.1 może znacząco wpłynąć na jakość QD poprzez zmianę kinetyki reakcji.
		<ol>
			<li>Następnie wyjąć kolbę reakcyjną z płaszcza grzewczego i pozostawić roztwór do ostygnięcia do temperatury około 60 °C.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Gdy roztwór InP/ZnS osiągnie temperaturę ~60 °C, dodaj 10 ml heksanów i przenieś cały roztwór o objętości około 45 ml do probówki wirówkowej z polipropylenu o pojemności 50 ml. Odwirować próbkę (3 000 x g przez 10 minut) w celu usunięcia nieprzereagowanych stałych prekursorów.</li>
		<li>Ostrożnie przenieść supernatant do 250 ml polipropylenowej butelki wirówkowej, dodać 200 ml acetonu i odwirować roztwór (3 000 x g przez 10 minut) w celu wytrącenia InP/ZnS QD. Objętość tę można również podzielić równomiernie na cztery probówki o pojemności 50 ml do odwirowania, jeśli wirówka z niezbędnym rotorem/akcesoriami nie jest dostępna. Zdekantować supernatant i dokładnie wysuszyć osad QD gazowym azotem w celu usunięcia acetonu.</li>
		<li>Zawiesić QD w 20 ml OLA za pomocą sonikacji, przenieść do 50 ml kolby z okrągłym dnem, 3-szyjkową, zawierającą 0,474 g stearynianu i wymieszać. Opróżnij roztwór pod próżnią przez 20 minut w temperaturze pokojowej.</li>
		<li>Pod wpływem azotu gazowego zwiększyć temperaturę do 180 °C i pozostawić reakcję do 3 godzin. Chociaż nie ma zauważalnych zmian wizualnych w roztworze reakcyjnym, które zachodzą podczas tej reakcji, dodanie stearynianu zwiększa grubość powłoki ZnS, zwiększając w ten sposób QY poprzez poprawę pasywacji powierzchniowej QDs12. Po zakończeniu reakcji zdjąć kolbę z płaszcza grzewczego i pozostawić roztwór do ostygnięcia do temperatury około 60 °C.</li>
		<li>Gdy roztwór InP/ZnS osiągnie temperaturę ~60 °C, dodaj 20 ml heksanów i przenieś do probówki wirówkowej z polipropylenu o pojemności 50 ml. Odwirować próbkę (3 000 x g przez 10 minut) w celu usunięcia nieprzereagowanego stearynianu.</li>
		<li>Ostrożnie przenieść supernatant do polipropylenowej butelki wirówkowej o pojemności 250 ml, dodać 200 ml acetonu i odwirować roztwór (3 000 x g przez 10 minut) w celu wytrącenia InP/ZnS QD. Ostrożnie zdekantować supernatant i dokładnie osuszyć gazowym azotem w celu usunięcia acetonu.</li>
		<li>Rozpuść osad InP/ZnS QD w 30 ml heksanu. Zwirować i krótko poddać sonikacji roztwór, aby zapewnić całkowitą dyspersję.</li>
		<li>Powtórzyć etapy oczyszczania 1.2.6-1.2.8 jeszcze dwa razy, aby zapewnić dokładne usunięcie nadmiaru ligandów organicznych. Interakcje między polimerem amfifilowym a QD w kroku 1.2 mogą być zakłócone w obecności nadmiaru ligandów.</li>
		<li>Z obliczeniami szczegółowo opisanymi przez Xie i wsp.16, określ wielkość i stężenie zsyntetyzowanych InP / ZnS QD za pomocą spektroskopii UV-VIS. 
		Uwaga: Ważną cechą spektralną dla tej analizy jest ramię piku absorpcji. Długość fali i wartość absorbancji maksimum tego ramienia są wykorzystywane do obliczenia odpowiednio wielkości i stężenia QD. W wyniku tej reakcji zwykle powstaje około 5 μmoli QD ze szczytem emisji przy 600 nm. Aby zsyntetyzować QD o różnych kolorach, można zmienić czas trwania i/lub temperaturę reakcji. Dłuższy czas reakcji i/lub wyższa temperatura roztworu powoduje pik emisji przesunięty ku czerwieni. Na przykład zwiększenie temperatury reakcji do 240 °C i utrzymanie czasu reakcji na poziomie 10 minut spowoduje skrócenie czasu reakcji o maksymalnej wartości szczytowej emisji 680 nm. Podobnie, skrócenie czasu reakcji do 2 minut i podwojenie użytego chlorku spowoduje, że QD osiągnie maksymalny szczyt emisji 470 nm. Te QD InP/ZnS są stabilne przez co najmniej jeden miesiąc w temperaturze 4 °C w ciemności w gazie obojętnym.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Solubilizacja w wodzie kropek kwantowych InP/ZnS przy użyciu polimeru amfifilowego
<ol>
	<li>Solubilizacja wody
	<ol>
		<li>Korzystając z QD InP/ZnS z kroku 1.2.10, rozcieńczyć część QD heksanami, aby uzyskać 1 ml QD 1 μM.
		<ol>
			<li>W probówce wirówkowej przenieś 0,25 ml InP/ZnS QD do każdej probówki. Dodać 1 ml acetonu lub metanolu do probówki wirówkowej i odwirować (3 000 x g przez 10 minut). Ostrożnie usunąć supernatant i rozpuścić każdy osad w 1 ml tetrahydrofuranu (THF).</li>
			<li>Przenieść QD InP/ZnS rozpuszczone w THF do kolby okrągłodennej o pojemności 100 ml i rozcieńczyć 16 ml THF. Aby zmniejszyć liczbę agregatów w roztworze, należy sonikować QD przez 5-10 minut.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Rozpuścić 30 mg poli(maleiny i wodorku-alt-1-oktadecenu), 3-(dimetyloamino)-1-propyloaminy (PMAL-d) w 10 ml wody o czystości cząsteczkowej. Kąpiel wodna, sonikacja lub delikatne mieszanie, aż roztwór stanie się przezroczysty, jest wystarczające do całkowitego rozpuszczenia polimeru. Użycie wiru lub energicznego mieszania może wytworzyć wiele pęcherzyków, co utrudnia interakcję polimeru z QD. Dodać 10 ml roztworu polimeru do 100 ml kolby okrągłodennej zawierającej InP/ZnS QD w THF.</li>
		<li>Odparować THF z roztworu QD/polimeru za pomocą wyparki obrotowej. Umieścić kolbę w łaźni lodowej podczas odparowywania, aby ułatwić interakcję między polimerem a QD. W zależności od siły próżni, większość THF odparowuje po 10 minutach, a roztwór wydaje się mętny.
		<ol>
			<li>Po odparowaniu roztworu do 10 ml wyjąć kolbę z wyparki obrotowej i dodać 30 ml wody o czystości cząsteczkowej. Umieścić kolbę z powrotem w wyparce obrotowej i kontynuować odparowywanie do objętości 2 ml. Ten ostatni etap parowania może zająć wiele godzin; Upewnij się, że łaźnia lodowa jest konserwowana.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Usunąć rozpuszczalne w wodzie QD InP/ZnS z kolby okrągłodennej za pomocą pipety. Przefiltrować roztwór QD za pomocą plastikowej strzykawki o pojemności 3 ml podłączonej do nylonowego filtra strzykawkowego 0,1 μm do probówki wirówkowej o pojemności 5 ml.</li>
		<li>Umieść QD w membranowym urządzeniu do dializy o mocy 20 000 MWCO i dializuj z 0,05 M buforem boranowym o pH 8,5 w celu usunięcia nadmiaru polimeru. (Powoli dodawać 0,05 M dekahydratu tetraboranu sodu do 0,05 M kwasu borowego, energicznie mieszając, aż pH osiągnie 8,5, aby uzyskać ten roztwór buforowy boranu.) Za pomocą koncentratora próżniowego zagęścić QD w buforze boranowym do 1 ml.</li>
		<li>Do przechowywania przepłukać roztwór gazowym azotem przed uszczelnieniem za pomocą Parafilm. Rozpuszczalne w wodzie głębokości narządu krwi InP/ZnS są stabilne przez co najmniej 4 miesiące w temperaturze 4 °C w ciemności.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół ten szczegółowo opisuje syntezę wysoce fluorescencyjnych InP/ZnS QD, które mogą być stosowane w wielu systemach biologicznych. Zsyntetyzowane tutaj produkty QD wykazywały pojedynczy pik emisji fluorescencji wyśrodkowany na 600 nm z FWHM 73 nm (Rysunek 1), co jest porównywalne z innymi wcześniej opisanymi syntezami12. Czas reakcji i temperatura reakcji są niezwykle istotnymi etapami ze względu na ich głęboki wpływ na jakość i powtarzalność syntezy QD. Po sorozpuszczeniu w wodzie stwier...

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

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.

<table><tbody><tr><td>Oleylamine</td><td>Acros</td><td>129540010</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek(II)</td><td>Sigma</td><td>030-003-00-2</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek indu(III)</td><td>Chem-Impex</td><td>24560</td><td></td></tr><tr><td>Tris(dimetyloamino)fosfiny</td><td>Encompass</td><td>50-901-10500</td><td></td></tr><tr><td>1-dodekanetiol</td><td>Acros</td><td>117625000</td><td></td></tr><tr><td>Hexanes</td><td>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>Stearynian</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>Woda molekularna</td><td>Fisher Sci</td><td>BP2470-1</td><td></td></tr><tr><td>Poli(anhyrdride-< maleinowy>alt-1-tetradecen), pochodna 3-(dimetyloamino)-1-propyloaminy</td><td>Sigma</td><td>90771-1G</td><td></td></tr><tr><td>Kwas borowy</td><td>Fisher Sci</td><td>BP168-500</td><td></td></tr><tr><td>Tetraboran sodu Dekahydrat</td><td>Fisher Sci</td><td>BP175-500</td><td></td></tr><tr><td>Rodamina B</td><td>Aldrich Chem</td><td>R95-3</td><td></td></tr><tr><td>Azot gazowy</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>Błękit trypanowy</td><td>Thermo Sci</td><td>SV30084.01</td><td></td></tr><tr><td>3 ml plastikowa strzykawka Luer-lock</td><td>BD</td><td>309657</td><td></td></tr><tr><td>Igła Luer-lock</td><td>Air-Tite</td><td>8300014471</td><td>4 cale, 22 mm</td></tr><tr><td>50 ml polipropyenowa probówka wirówkowa</td><td>Falcon</td><td>352098</td><td></td></tr><tr><td>250 ml</td><td>Thermo Sci</td><td>05-562-23</td><td>Nalgene PPCO</td></tr><tr><td>5 ml probówki wirówkowe</td><td>Argos-Tech</td><td>T2076</td><td></td></tr><tr><td>1,5 ml probówki do mikrowirówek</td><td>Bio Plas</td><td>4150</td><td></td></tr><tr><td>0,1 &mu; m Filtr strzykawkowy</td><td>Whatman</td><td>6786-1301</td><td>Puradisc 13 mm filtr nylonowy</td></tr><tr><td>Slide-A-Lyzer MINI Dializa Thermo</td><td>Sci</td><td>69590</td><td>20 000 MWCO</td></tr><tr><td>Parownik obrotowy</td> Wirówka <td>Heidolph</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5072</td><td>Wiadro wahadłowe Eppendorf</td><td></td><td>z 50&nbsp; ml adaptery probówek</td></tr><tr><td>Lambda 650 Spektrometr UV/VIS</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>Spektrofotometr UV-Vis</td></tr><tr><td>LS 55 Spektrometr fluorescencyjny</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>Fluorometr</td></tr><tr><td>Axio Observer.A1</td><td>Mikroskop epifluorescencyjny</td><td>Zeiss</td><td></td></tr><tr><td>AxioCam MRm</td><td>Kamera CCD</td><td>Zeiss</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop Tecnai TF20</td><td>FEI</td><td></td><td>Transmisison Elektron Miscroscope</td></tr><tr><td>TEM Eagle CCD</td><td>FEI</td><td></td><td>TEM Kamera CCD</td></tr><tr><td>NanoBrook Omni DLS</td><td>Brookhaven</td><td></td><td>Dynamiczny instrument rozpraszania światła</td></tr></tbody></table>

synteza bezkadgingowych kropek kwantowych inp/zns odpowiednich do zastosowań biomedycznych

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

Fluorescencyjne nanokryształy, a konkretnie kropki kwantowe, były użytecznym narzędziem dla wielu zastosowań biomedycznych. Aby możliwe było skuteczne zastosowanie w systemach biologicznych, kropki kwantowe powinny być wysoce fluorescencyjne i małe/monodyspersyjne. Chociaż powszechnie stosowane kropki kwantowe na bazie kadmu posiadają te cechy, są one potencjalnie toksyczne ze względu na możliwe uwalnianie jonów Cd2+ w wyniku degradacji nanocząstek. Kropki kwantowe na bazie indu, w szczególności InP/ZnS, zostały ostatnio zbadane jako realna alternatywa dla kropek kwantowych na bazie kadmu ze względu na ich stosunkowo podobną charakterystykę fluorescencji i rozmiar. Przedstawiona tutaj synteza wykorzystuje standardowe techniki wtryskiwania na gorąco w celu efektywnego wzrostu nanocząstek; Jednak właściwości nanocząstek, takie jak rozmiar, długość fali emisji i intensywność emisji, mogą się drastycznie zmienić z powodu niewielkich zmian warunków reakcji. Dlatego warunki reakcji, takie jak temperatura, czas trwania reakcji i stężenie prekursora, powinny być precyzyjnie utrzymane, aby uzyskać powtarzalne produkty. Ponieważ kropki kwantowe nie są z natury rozpuszczalne w roztworach wodnych, muszą również ulec modyfikacji powierzchni, aby nadać im rozpuszczalność w wodzie. W tym protokole polimer amfifilowy jest używany do interakcji zarówno z hydrofobowymi ligandami na powierzchni kropki kwantowej, jak i z cząsteczkami wody w rozpuszczalniku. W tym miejscu przedstawiono szczegółowy protokół syntezy wysoce fluorescencyjnych kropek kwantowych InP/ZnS, które nadają się do zastosowań biomedycznych.

Niepowlekane rdzenie InP nie wykazują znaczącej fluorescencji widocznej gołym okiem. Jednakże kropki kwantowe InP/ZnS (rdzeń/powłoka) wydają się świecić intensywnie pod wpływem promieniowania UV. Fluorescencję kropek kwantowych InP/ZnS zcharakteryzowano za pomocą spektroskopii fluorescencyjnej. Widmo fluorescencji kropek kwantowych w heksanach (Rysunek 1) wzbudzanych przy 533 nm wykazuje jeden główny pik z maksimum przy 600 nm i szerokością połówkową (FWHM) wynoszącą 73 n...

W tym protokole synteza bezcdowych kropek kwantowych InP/ZnS (QD) jest szczegółowa. Płyny QD na bazie InP zyskują na popularności ze względu na toksyczność jonów Cd2+, które mogą być uwalniane w wyniku degradacji nanocząstek. Po syntezie QD są rozpuszczane w wodzie przy użyciu amfifilowego polimeru do zastosowań biomedycznych.

Synteza bezkadgingowych kropek kwantowych InP/ZnS odpowiednich do zastosowań biomedycznych

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

Ogólnym celem tej procedury jest synteza wysoce fluorescencyjnych kropek kwantowych siarczku z fosforku indu, które są odpowiednie do zastosowań biomedycznych. Metoda ta może pomóc w wyjaśnieniu kluczowych pytań dotyczących syntezy nanocząstek kropek kwantowych poprzez pokazanie konkretnych kroków, które są kluczowe dla uzyskania wysokiej jakości kropek kwantowych. Główną zaletą tej techniki jest produkcja wysokiej jakości, rozpuszczalnych w wodzie kropek kwantowych.Nadaje się do stosowania w systemach biologicznych, które można zsyntetyzować w czasie krótszym niż jeden dzień. Aby rozpocząć syntezę, zamontuj 100-mililitrową kolbę okrągłodenną z trzema szyjkami z 12-calowym skraplaczem. 0,398 grama chlorku indu, 30 mililitrów oleiloaminy lub OLA i 0,245 grama chlorku.Mieszać podczas opróżniania w temperaturze pokojowej za pomocą próżni przez godzinę. Roztwór powinien wydawać się bezbarwny z białym osadem. Użyj płaszcza grzewczego z termoparą i regulatorem temperatury PID, aby zwiększyć temperaturę roztworu do 120 stopni Celsjusza.Zastosowanie płaszcza grzewczego i PID zwiększa jednorodność i odtwarzalność produktu reakcji. Opróżnij roztwór pod próżnią przez 20 minut, aby usunąć zani

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Nanocząstki, takie jak półprzewodnikowe kropki kwantowe (QDs), mogą być wykorzystywane do tworzenia agentów fotoaktywowalnych w zastosowaniach przeciwdrobnoustrojowych lub przeciwnowotworowych. Niniejsza technika przedstawia sposób nadawania rozpuszczalności w wodzie kropkom kwantowym z tellurku kadmu (CdTe), ich sprzęganie z antybiotykiem oraz przeprowadzanie testu inhibicji bakteryjnej w oparciu o krzywe wzrostu i liczenie kolonii na płytkach.

Solubilizacja i biokoniugacja kropek kwantowych oraz analizy toksyczności bakteryjnej za pomocą krzywej wzrostu i metody przeliczania kolonii na płytkach

Opisujemy przygotowanie koloidalnych kropek kwantowych o zminimalizowanym rozmiarze hydrodynamicznym do obrazowania fluorescencyjnego pojedynczych cząsteczek. W porównaniu z konwencjonalnymi kropkami kwantowymi, nanocząstki te mają rozmiar zbliżony do białek globularnych i są zoptymalizowane pod kątem jasności pojedynczych cząsteczek, stabilności przeciwko fotodegradacji oraz odporności na nieswoiste wiązanie z białkami i komórkami.

Kompaktowe kropki kwantowe do obrazowania pojedynczych cząsteczek

Przedstawiono protokół do syntezy zasiewów wieloskładnikowych nanostruktur w kształcie pałeczek i czworonogów, składających się z CdS i CdSe.

Zasiewana synteza nanokryształów pręcików i tetrapodów CdSe/CdS

Dostarczamy szczegółowe instrukcje dotyczące przygotowania monowalentnych docelowych kropek kwantowych (mQD) z fosforoazotanu DNA o określonej długości. Owijanie DNA odbywa się z dużą wydajnością, dlatego produkty nie wymagają oczyszczania. Demonstrujemy zastosowanie znacznika SNAP do kierowania mQD do receptorów na powierzchni komórki w zastosowaniach obrazowania żywych komórek.

Produkcja i celowanie w monowalentne kropki kwantowe

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Tutaj prezentujemy metodę syntezy nanocząstek siarczku kadmu bez ligandów (CdS) opartego na unikalnym kopolimerze siarki. Kopolimer siarki działa jako rozpuszczalnik wysokotemperaturowy i źródło siarki podczas syntezy nanocząstek i stabilizuje nanocząstki po reakcji.

Synteza wolnych od ligandów nanocząstek CdS w matrycy kopolimeru siarki

Tutaj przygotowujemy i charakteryzujemy nowe, drzewiaste, hierarchiczne nanostruktury ZnO/CdSSe, gdzie gałęzie CdSSe rosną na pionowo ustawionych nanodrutach ZnO. Powstałe w ten sposób nanodrzewa są potencjalnym materiałem do konwersji energii słonecznej i innych urządzeń optoelektronicznych.

Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

Przedstawiono protokół do produkcji wysokowydajnych, czystych niebieskich diod elektroluminescencyjnych opartych na kropkach kwantowych ZnCdS/ZnS poprzez zastosowanie katody z autooksydowanego aluminium.

Ulepszony wtrysk elektronów i uwięzienie ekscytonów dla czystych niebieskich diod elektroluminescencyjnych z kropkami kwantowymi poprzez wprowadzenie częściowo utlenionej katody aluminiowej

Przedstawiono protokół syntezy klastrów In37P20(O2C14H27)51 i ich konwersji na kropki kwantowe z fosforku indu.

Synteza klastrów In37P20(O2CR)51 i ich konwersja do kropek kwantowych InP

Opisana jest niezawodna i łatwo odtwarzalna metoda przygotowania funkcjonalnych, emitujących światło podczerwone fotoluminescencyjnych nanoklastrów złota i ich bezpośredniego wykrywania wewnątrz komórek HeLa za pomocą cytometrii przepływowej i konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej.

Synteza nanoklastrów złota emitujących promieniowanie bliskiej podczerwieni do zastosowań biologicznych

Tutaj opisujemy protokół przygotowania nanokulek kropek kwantowych (QDNB) i wykrywania biomarkerów choroby za pomocą pasków do testów immunologicznych opartych na przepływie bocznym opartych na QDNB. Wyniki testu można ocenić jakościowo przy oświetleniu światłem UV i zmierzyć ilościowo za pomocą fluorescencyjnego czytnika pasków w ciągu 15 minut.

Fluorescencyjny test immunologiczny przepływu bocznego oparty na nanokulkach kropek kwantowych

Poznaj metodę syntezy wysokiej jakości kropek kwantowych InP/ZnS wolnych od kadmu, nadających się do zastosowań biomedycznych. Technika ta umożliwia produkcję wodnych nanocząstek w ciągu jednego dnia.

Synteza bezkadgingowych kropek kwantowych InP/ZnS odpowiednich do zastosowań biomedycznych

Przeglądaj więcej filmów