Compactas pontos quânticos para uma única molécula de imagem

Resumo

Descreve-se a preparação de pontos quânticos coloidais com minimizada tamanho hidrodinâmico para uma única molécula de imagens de fluorescência. Em comparação com os pontos convencionais quântica, estas nanopartículas são semelhantes em tamanho às proteínas globulares e são optimizadas para uma única molécula de brilho, estabilidade contra a fotodegradação, e resistência a ligação não específica a proteínas e células.

Resumo

Única molécula-imagem é uma ferramenta importante para a compreensão dos mecanismos da função biomolecular e para visualizar a heterogeneidade espacial e temporal de comportamentos moleculares subjacentes à biologia celular ^1-4. A imagem de uma molécula individual de interesse, é tipicamente conjugado com um marcador fluorescente (corante, proteína, grânulo, ou quantum dot) e observadas com epifluorescência ou por reflexão total interna microscopia de fluorescência (TIRF). Embora os corantes fluorescentes e de proteínas têm sido o esteio de imagens de fluorescência ao longo de décadas, a fluorescência é instável sob elevados fluxos de fótons necessárias para observar as moléculas individuais, obtendo-se apenas de alguns segundos de observação antes de completa perda de sinal. Esferas de látex e os grânulos de corantes marcados proporcionar estabilidade melhorada do sinal, mas à custa de maior tamanho hidrodinâmico drasticamente, o que pode alterar prejudicialmente a difusão e o comportamento da molécula em estudo. ntent "pontos quânticos (QDs>) oferecem um equilíbrio entre estes dois regimes problemáticos. Estas nanopartículas são compostos de materiais semicondutores e podem ser projetados com um tamanho compacto hidrodinamicamente com excepcional resistência à fotodegradação ^5. Assim, nos últimos anos QDs têm sido fundamentais na viabilização observação a longo prazo do comportamento complexo macromolecular no nível única molécula. No entanto, estas partículas têm sido ainda encontrados para exibir difusão prejudicada em ambientes aglomerados moleculares, tais como o citoplasma celular e a fenda sináptica neuronal, onde os tamanhos são ainda demasiado grande ^{de 4,6 , 7.}

Recentemente, temos os núcleos de engenharia e revestimentos de superfície de QDs para minimizar tamanho hidrodinâmico, enquanto equilibra as compensações para a estabilidade coloidal, fotoestabilidade, brilho e ligação inespecíficos que têm dificultado a utilidade de QDs compactos no ^8,9 passado. O objetivo deste artigo é demonstrara síntese, modificação e caracterização destes nanocristais optimizado, composto por uma liga Hg _{x 1-x} Cd núcleo Se revestidas com um isolante _y Zn Cd _1-y shell S, ainda revestidos com um ligante de polímero multidentado modificada com polietilenoglicol curto ( cadeias PEG) (Figura 1). Comparado com nanocristais CdSe convencionais, Hg _{x CD} ligas _{1-X SE} oferecer maiores rendimentos quânticos de fluorescência, com comprimentos de onda de vermelho e de infravermelho próximo para reforço de sinal-para-ruído de células, de excitação e de não citotóxicas comprimentos de onda visíveis. Os revestimentos de polímero multidentados se ligar à superfície de nanocristais de uma conformação fechada e plana para minimizar o tamanho hidrodinâmico, e PEG neutraliza a carga de superfície para minimizar a ligação não específica de células e biomoléculas. O resultado final é um nanocristais brilhantemente fluorescentes com emissão entre 550-800 nm e um tamanho hidrodinâmico quase total 12 nm. Isto é, no same gama de dimensões, como muitas proteínas globulares solúveis em células, e substancialmente mais pequenas do que as convencionais QDs peguilado (25-35 nm).

Protocolo

Os procedimentos de síntese a seguir envolvem padrões de ar livres de técnicas e a utilização de um colector de vácuo / gás inerte; metodologia detalhada pode ser encontrada nas referências 10 e 11. MSDS para todas as substâncias potencialmente tóxicas e inflamáveis ​​deve ser consultado antes do uso e compostos de todos inflamáveis ​​e / ou ar-lábil deve ser aliquotado em septo fechados frascos em uma caixa de luva ou saco de luvas.

1. Síntese de Mercúrio seleneto de cádmio (Cd Hg _{x 1-X} SE) Quantum Núcleos Dot

1. Prepare uma solução 0,4 M de selênio em trioctylphosphine (TOP). Adicionar selénio (0,316 g, 4 mmol) a um b....

Resultados

A Figura 2 representa a absorção representante e espectros de fluorescência de nanocristais de CdSe, _x Hg Cd nanocristais _{1-X SE} depois de troca de cátions e Hg _x CD _1-X SE / Cd _y Zn _1-y S nanocristais após crescimento shell. Os nanocristais CdSe núcleo ter um rendimento quântico de fluorescência perto de 15% (incluindo o comprimento de onda de emissão de armadilha de profundidade), mas este rendimento cai para menos de 1% depois da troca.......

Discussão

Em relação ao convencional pontos quânticos de CdSe, ternário liga Hg _{x CD} nanocristais _{1-X SE} pode ser ajustado em tamanho e comprimento de onda de fluorescência de forma independente. O tamanho é primeiro seleccionado durante a síntese de núcleos CdSe nanocristais, e o comprimento de onda de fluorescência é escolhido de um passo secundário de troca de catiões de mercúrio, o que não altera substancialmente o tamanho dos nanocristais ^9. É importante para permitir que o Hg purificado nano.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo	Comentários (opcional)
Selênio	Sigma-Aldrich	229865
Tri-n-octylphosphine	Strem	15-6655	97% puro, instável em ar
Óxido de cádmio	Sigma-Aldrich	202894	Altamente tóxico: uso cautela
Tetradecylphosphonic ácido	Síntese PCI	4671-75-4
Octadeceno	Alfa Aesar	L11004	Grau técnico
Hexadecilamina	Sigma-Aldrich	H7408
Difenilfosfina	Sigma-Aldrich	252964	Pirofórico
Acetato de mercúrio	Sigma-Aldrich	456012	Altamente tóxico: uso cautela
1-Octanethiol	Sigma-Aldrich	471836	Odor forte
Ácido oléico	Sigma-Aldrich	W281506
Acetato de zinco	Alfa Aesar	35792
Cádmio hidratar acetato	Sigma-Aldrich	229490	Altamente tóxico: uso cautela
Oleilamina	Fisher Scientific	AC12954	Instável, em ar
Enxofre	Sigma-Aldrich	344621
Trioctylphosphine óxido	Strem	15-6661	99%
Piridina	VWR	EM-PX2012-6	Anidro
Tioglicerol	Sigma-Aldrich	M1753	Odor forte
Trietilamina	Sigma-Aldrich	471283	Anidro
Tubagem de diálise	Espectro Labs	131342	20 kDa de corte
Filtro centrífugo	Millipore	UFC801024	10 kDa de corte
Monoamino-PEG	Rapp Polymere	12 750-2	Da 750
DMTMM, 4 - (4,6-dimetoxi-1 ,3,5-triazina-2-il)-4-hidrato de cloreto de methylmorpholinium	Alfa Aesar	H26333
AKTAprime Cromatografia Plus Sistema	GE HealthCare
Superose 6 10/300 GL coluna de cromatografia	GE HealthCare	17-5172-01
Agarose, OmniPur	VWR	EM-2120
			Apêndice Síntese de mercúrio octanethiolate: Adicionar lentamente uma solução de metanol de acetato de mercúrio (1 eq.) A uma solução em agitação de 1-octanethiol (3 eq.) E hidróxido de potássio (3 eq.) Em metanol à temperatura ambiente. Isolar o mercúrio precipitado octanethiolate (II) por meio de filtração, lava-se duas vezes com metanol e uma vez com éter e, em seguida, seco sob vácuo. Síntese de polímero multidentado: Dissolver o ácido poliacrílico (1 g, 1773 Da), em 25 ml de dimetilformamida (DMF) num balão de 150 ml de três tubuladuras e de bolha com árgon, durante 30 min. Adicionar uma solução anidra de cisteamina (374 mg, 4,87 mmol) em 10 ml de DMF. À temperatura ambiente, com agitação vigorosa, adiciona-se lentamente diisopropilcarbodiimida anidro (DIC, 736 mg, 5,83 mmol) ao longo de 30 min, seguido de trietilamina (170 ul, 1,22 mmol), e deixar a reacção prosseguir durante 72 horas a 60 ° C. Adicionar mercaptoetanol (501 mg, 6,41 mmol) para extinguir a reacção e agitou-se durante 2 horas à temperatura ambiente. Remover DMF por meio de evaporação rotativa e isolar o polímero, com a adição de uma mistura 2:1 de gelo-acetona fria: clorofórmio, seguido de centrifugação. Dissolve-se o polímero em ~ 5 ml de DMF anidro, filtra-se precipitar novamente com éter dietílico, e de repetição. Seca-se o produto sob vácuo e armazenamento sob atmosfera de árgon. Determinação de CdSe diâmetro do núcleo: A partir do espectro de absorção no UV-Vis determinar o comprimento de onda do primeiro pico exciton (λ, em nm), o que é o pico mais longo comprimento de onda (por exemplo, cerca de 498 nm para CdSe na Figura 2a), e usar o dimensionamento curva de Mulvaney e colaboradores 12: Determinação da concentração de nanocristais CdSe: A partir de um fundo-subtraído do espectro de UV-Vis de uma solução opticamente clara de nanocristais CdSe, determinar a absorção a 350 nm de comprimento de onda. Diluições em série pode ser utilizado para determinar se a absorção óptica está dentro do intervalo linear da Lei de Beer. A concentração dos nanocristais (QD, em M) pode ser determinada ligando o diâmetro dos nanocristais (D, em nm), o valor de absorção óptica (A 3SA), e o comprimento do percurso da cuvete (l, em cm) para a equação seguinte a partir de a correlação empírica de Bawendi e colaboradores 13: