Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Biyomedikal Uygulamalar için uygundur InP / ZnS Kuantum Noktaları Cd-serbest sentezi

Published: February 6, 2016 doi: 10.3791/53684
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Chemistry, Missouri State University, 2Center for Molecular Microscopy, Leidos Biomedical Research, Inc., Frederick National Laboratory for Cancer Research

ERRATUM NOTICE

Introduction

Kuantum nokta (QD'lerin) ışık 1 ile ışınlanmış zaman floresan özellikleri sergileyen nanokristaller yarıiletken vardır. Nedeniyle kendi küçük birçok büyük biyomoleküllerin benzer büyüklükte (2-5 nm) ve biofunctionalization kolaylığı, QD'lerin biyomedikal uygulamaları için son derece cazip bir araçtır. Bunlar, biyolojik etiketleme kullanım bulmuşlardır, diğer kullanımlar 2-8 arasındaki tek-molekül canlı hücre görüntüleme, ilaç verme, in vivo görüntüleme, patojen tespiti ve hücre takibi.

CD tabanlı QDS en çok nedeniyle şiddetli floresan ve dar emisyon tepe genişlikleri 9 biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Ancak, endişeler sebebiyle Cd potansiyel toksisitesi ortaya atılan 2+ Nanopartikülün bozulması yoluyla serbest bırakılabilir 10 iyonlar. Birçok flüoresan özellikleri korumak için en son, InP tabanlı QDS CD tabanlı QDS alternatif olarak araştırılmıştırve QD'lerin Cd-tabanlı ve 11 daha biyouyumlu olabilir. CD tabanlı QDS sadece 48 saat sonra 11, 10 pM kadar düşük konsantrasyonlarda, in vitro deneylerde InP tabanlı QDS önemli ölçüde daha fazla toksik olduğu tespit edilmiştir.

QDS floresans emisyon renk boyut ayarlanabilir 1'dir. Bu QD boyutu arttıkça, floresans emisyon kırmızı kaydırılır vardır. QD ürün boyutu ve boyut dispersitesi reaksiyon 12 boyunca sıcaklık, reaksiyon süresi, ve ön-madde konsantrasyonu, koşullarını değiştirerek değiştirilebilir. InP QDS emisyon tepe tipik olarak daha geniş ve CD tabanlı QDS daha az yoğun olduğu birlikte, InP QDS spektral çakışmasını önlemek için tasarlanmış bir renk büyük bir çeşitlilik içinde yapılır ve en çok biyomedikal uygulamalar 12 yeterince yoğundur edilebilir. Bu protokol, ayrıntılı bir sentez 600 nm'de odaklanmış olan kırmızı salma tepe QD'lerin verir.

Birkaç adım af alınırQD çekirdeklerinin ter sentezi QDS optik bütünlüğünü korumak ve biyolojik uygulamalar için uyumlu hale getirmek için. QD iç yüzeyi söndürülmesi neden olabilir oksitleme veya yüzey kusurları korunmalıdır; Bu nedenle, bir ZnS kabuğu InP / ZnS (çekirdek / kabuk) 13 QDS üretmek için iç kısım üzerine kaplanır. Bu kaplama, QD ürünün fotolüminesans korumak için gösterilmiştir. InP QD sentezi sırasında çinko iyonlarının bulunması, yüzey kusurları, ve düşüş büyüklüğü dağılımı 12 sınırlamak için gösterilmiştir. Hatta, reaksiyon ortamı içinde Zn2 + varlığında ile InZnP sentezi 12 yüksek olası değildir. Kaplamadan sonra, elde edilen InP / ZnS QDS örneğin trioctylphosphine oksit (TOPO) ya da oleilamin 12,14 hidrofobik ligandlar içinde kaplanır. Amfifilik polimerin suda çözünürlüğü 15 vermek için QD yüzeye hidrofobik ligandlar olarak toplu su molekülleri ile etkileşime girebilir. karbo ile amfifilik polimerlerxylate kimyasal gruplar ayrıca QD'lerin işlevselleştirilmesi "Kimyasal kulp" olarak da kullanılabilir.

Bu protokol, çok yoğun floresan emisyonu ve nispeten küçük boyutu yayılganlığı ile sentezi ve suda çözünür InP / ZnS QDS fonksiyonalizasyonu göstermektedir. Bu QDS potansiyel yaygın olarak kullanılan CdSe / ZnS QDS daha az toksiktir. Burada InP / ZnS QDS sentezi biyomedikal uygulamalar için Cd-tabanlı QDS için pratik bir alternatif sunuyor.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Indiyum fosfit / Çinko Sülfür (InP / ZnS) Kuantum Noktalarının 1. Sentezi

  1. Indiyum fosfit (InP) Kuantum Nokta Çekirdek Sentezi
    1. 12 inç kondansatör ile 100 ml'lik bir yuvarlak tabanlı, 3 boyunlu, şişeyi monte edin. 30 mi oleilamin (OLA), 0.398 gr indiyum (III) klorür (Dahil 3), 0.245 g çinko (II) klorid (ZnCl2) ilave edilir ve 1 saat süre ile bir vakum kullanılarak, oda sıcaklığında tahliye sırasında karıştırıldı. Çözelti beyaz bir çökelti ile renksiz görünmelidir.
    2. bir termokupl ve oransal-entegral-türev (PID) sıcaklık kontrol cihazı, bir ısıtma gömleği kullanılarak, 120 ° C'ye kadar çözeltinin sıcaklığı artar. Çekirdek büyümesini etkileyebilir düşük kaynama noktalı yabancı maddelerin ayrılması için 20 dakika boyunca vakum altında çözelti tahliye edin.
      Not: bir ısıtıcı kullanılarak bir kum banyosu ve termometre kullanmak mümkündür PID reaksiyon ürünlerinin muntazamlığı ve tekrar üretilebilirliği arttığı gözlenmektedir.
    3. Atıl gaz altında (örnN, 2), çözelti geri akışa ve 15 dakika boyunca 220 ° C'ye kadar sıcaklık artışı. Dahil olmak 3 ve ZnCl2 tamamen açık sarı bir çözelti elde çözülür. Sıcaklık, 10 dakika dengelenmesine izin verin.
    4. tek kullanımlık, 3 ml plastik şırınga ve 4 inç, azot gazı ile 22 G iğne temizleyin. Şırınga kullanarak hızlı bir şekilde dahil olmak 3 çözeltisine, 0.5 ml tris (dimetilamino) fosfin (TDMAP) sağlar. Çözelti sıcaklığı biraz azalmakta ve 220 ° C'ye kadar döner. şeffaf gelen çözüm değişiklikleri, siyah, opak sarı soluk.
    5. Sıcaklık 200 ° C'ye altına inene kadar 9.5 dakika sonra, ısıtma mantosu reaksiyon şişesi çıkarın. InP çekirdek bütünlüğünü korumak için, adım 1.2.1 ZnS kaplama doğrudan geçin.
  2. Çinko Sülfür (ZnS) Kuantum Nokta Kabuklar sentezi
    1. bir ısıtma gömleği adım 1.1.5 reaksiyon şişesi yerleştirin ve t stabilize200 ° C de emperature. Yavaş yavaş InP QD'lerin içeren çözeltiye 15 saniye boyunca 3.58 g dodekantiol (DDT) ilave edin. Çözelti 1 saat süre ile reaksiyona girmesine izin verir.
      Not: ZnS kabuk kalınlığı artan ya da kademesi 1.2.4 ilave Çinko stearat miktarının azaltılmasıyla değiştirilebilir. Adımlar 1.1.1 ve 1.2.1 ZnCI2 miktarını ya da dodekanetiyol değiştirilmesi önemli ölçüde reaksiyon kinetiği değiştirerek QDS kalitesini etkileyebilir.
      1. Daha sonra, ısıtma mantosu reaksiyon şişesi çıkarın ve çözelti, yaklaşık olarak 60 ° C'ye soğumasını sağlayın.
    2. InP / ZnS solüsyonu ~ ulaştığında 60 ° C, 10 mi heksan ilave bir 50 ml polipropilen santrifüj tüpüne yaklaşık 45 ml tüm çözeltisini. girmemiş katı öncüllerini ortadan kaldırmak için numune (10 dakika 3.000 xg) santrifüj.
    3. Dikkatle (santrifüj 3000 x çözelti, 250 ml'lik bir polipropilen santrifüj şişesine süpernatan transferi 200 ml aseton ekleyin ve10 dakika) g InP / ZnS QD'lerin çökeltildi. Gerekli rotor / aksesuarları ile bir santrifüj mevcut değilse, bu hacmi de santrifüj dört 50 ml tüpler içine eşit bölünebilir. Süpernatant boşaltacaktır ve asetonun çıkarılması için azot gazı ile iyice QD pelet kurutulur.
    4. Sonikasyon kullanılarak 20 mi Ola QD'lerin süspanse bir 50 ml'lik yuvarlak tabanlı, 3-boyunlu şişe, ihtiva eden 0.474 g çinko stearat ve karışmaya aktarın. Oda sıcaklığında 20 dakika boyunca vakum altında çözelti tahliye edin.
    5. azot gazı altında, 180 ° C sıcaklık artışı ve reaksiyon, 3 saat devam etmesine izin verir. Bu reaksiyon sırasında meydana gelen reaksiyon çözeltisine, herhangi bir göze çarpan optik bir değişiklik olmakla birlikte, çinko stearat eklenmesi ve böylece QDS 12. yüzey pasivasyonu geliştirerek QY artan ZnS kabuk kalınlığı artar. Reaksiyon tamamlandıktan sonra, ısıtma mantosu balonun çıkarın ve çözelti, yaklaşık olarak 60 ° C'ye soğumasını sağlayın.
    6. InP / ZnS soluti kezulaştığında üzerinde ~ 60 ° C, 20 mL heksanlar ekleyin ve 50 ml polipropilen santrifüj tüpüne aktarılır. reaksiyona girmemiş çinko stearat kaldırmak için numune (10 dakika 3.000 xg) santrifüj.
    7. Dikkatle, 250 ml'lik bir polipropilen santrifüj şişesine süpernatantı transfer InP / ZnS QD'lerin çökeltmek için 200 ml aseton ve santrifüj çözeltisi (10 dakika boyunca 3,000 x g) ekleyin. Süpernatantı dikkatlice süzün ve asetonu uzaklaştırmak için azot gazı ile iyice kurulayın.
    8. 30 ml heksan içinde InP / ZnS QD pelet çözülür. Vortex ve tam dağılmayı sağlamak için kısaca çözüm sonikasyon.
    9. Tekrarlama arıtma aşırı organik ligandların tam kaldırılmasını sağlamak için 1.2.6-1.2.8 iki kez daha yineleyin. amfifilik polimer ve adım 1.2 'de QD arasındaki etkileşimler aşırı ligandlar varlığında tehlikeye girebilir.
    10. Xie tarafından ayrıntılı hesaplamalar, vd. 16, UV-Vis Spektroskopisi kullanarak sentezlenen InP / ZnS QDS büyüklüğünü ve konsantrasyonunu belirlemek.

2. Suamfifilik polimer kullanılarak InP / ZnS Kuantum Nokta hidrolizi

  1. su Çözme
    1. Aşama 1.2.10 arasında InP / ZnS QD'lerin kullanılarak, 1 uM QDS 1 ml elde etmek üzere heksan ile QDS bir kısmını seyreltin.
      1. bir santrifüj tüpü içinde, her bir tüp içine 0.25 ml InP / ZnS QD'lerin aktarın. Santrifüj tüp ve santrifüj (10 dakika boyunca 3,000 x g), 1 ml aseton veya metanol ekleyin. Süpernatantı dikkatlice çıkarın ve 1 ml tetrahidrofuran (THF) içinde, her bir çökelti çözülür.
      2. 100 ml'lik bir yuvarlak tabanlı şişe içine THF InP / ZnS QD'lerin aktarın ve 16 ml THF ile seyreltilir. Çözeltideki parçaların sayısını azaltmak 5-10 dakika süreyle QD'lerin sonikasyon.
    2. 10 mi moleküler sınıf su içinde 30 mg poli (maleik andhydride- Alt -1 oktadesen), 3- (dimetilamino) -1-propilamin (PMAL-d) içinde çözülür. Çözelti berrak hale gelene kadar su banyosu sonikasyon ya da hafif karıştırma işlemi tamamen polimer erimesi için yeterlidir.girdap veya sert karıştırma kullanımı QD polimerin etkileşimini engelleyen birçok kabarcık üretebilir. Yuvarlak THF InP / ZnS QD'lerin ihtiva dipli bir şişeye 100 ml, 10 ml, polimer solüsyonu ekleyin.
    3. Bir dönen buharlaştıncı kullanarak QD / polimer çözeltisinden THF buharlaşır. polimer ve QD arasındaki etkileşimi kolaylaştırmak için buharlaştırma sırasında bir buz banyosu içine yerleştirilir. Vakum gücüne bağlı olarak, en fazla 10 dakika sonra, THF buharlaştırılmakta ve çözelti bulanık görünür.
      1. Çözelti, 10 ml kadar buharlaştırılır sonra, döner bir buharlaştırıcı şişeden çıkarın ve 30 ml moleküler sınıf su ilave edilir. Döner bir buharlaştırıcı için şişeyi geri dönün ve 2 ml kadar buharlaşmaya devam etmektedir. Bu son buharlaşma adım saatler sürebilir; buz banyosu korunmasını sağlar.
    4. bir pipet, yuvarlak dipli bir şişeye su çözünür InP / ZnS QD'lerin çıkarın. 0.1 um naylon sy bağlanmış bir 3 ml'lik plastik bir şırınga kullanılarak QD solüsyonu Filtreringe 5 ml santrifüj tüpü içine filtre.
    5. 20.000 MWCO membran diyaliz ünitesine QD'lerin yerleştirin ve aşırı polimer çıkarmak için 0.05 M borat tamponu pH 8.5 karşı dialyze. (PH değeri, bu tampon çözeltisi olmak için 8.5 olana kadar yavaş yavaş, kuvvetli bir şekilde karıştırılarak, 0.05 M borik asit 0.05 M sodyum tetraborat dekahidratı ekleyin.), Bir vakum konsantratör kullanılarak, 1 ml borat tampon maddesi içinde QD'lerin konsantre edilir.
    6. depolama için, Parafilm ile sızdırmazlık önce azot gazı ile çözüm temizlemek. suda çözünür InP / ZnS QDS karanlıkta 4 ° C'de en az 4 ay boyunca stabildir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

kaplanmamış InP çekirdekler gözle önemli görünür floresan göstermek yok. Ancak, InP / ZnS (çekirdek / kabuk) kuantum noktaları, UV ışınlama altında göz ile parlak floresan görünür. InP / ZnS QDS flüoresansı, flüoresans spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Heksan içinde QDS floresan spektrumu 73 nm yarı maksimum (FWHM) tam bir genişliğe sahip 600 nm'de ortalanmış bir majör tepe gösterir mil 533 uyarıldığında (Şekil 1). Şekil 1 'de ofset absorbans (0.2) bu toplu QDS varlığını analizi (aşağı bakınız) yanıp sönen bir ışık saçılması QD'lerin anlamına olabilir, ve birlikte en QDS QDS gruplar, tek ya da çok küçük olduğunu göstermektedir. Amfifilik polimerin PMAL-D ile kaplandıktan sonra, InP / ZnS QDS kuantum verimi standart 17 olarak rodamin B QDS entegre floresans yoğunluğunu karşılaştırarak incelenmiştir. hekzan içinde QDS kuantum verimi d edildiortalama 7.96% (2 ölçümleri, 7.69 ve% 8.22%) ve ortalama su içinde% 6.03 (2 ölçümleri, 5.98 ve% 6.08%) olarak etermined.

suda çözünür InP / ZnS QDS boyut, transmisyon elektron mikroskopisi (TEM) ve dinamik ışık saçılımı (DLS) her ikisini de kullanarak karakterize edilmiştir. Sadece yüzeyde nano-kristal çekirdek ve kabuk (InP / ZnS), organik olmayan ligandları görselleştirmek TEM görüntüleri, 150,000X nominal büyütmede ele geçirildi. Çıkan Fiji ImageJ 18 kullanılarak analiz edilmiştir ve eşik ikili görüntülerini elde ayarlanmıştır. Minimum ve maksimum Feret çapı, bu suda çözünür QDS çapı belirlemek üzere ortalaması alınmıştır. Bu veriler, 2.74 ± 0.72 nm (Şekil 2A ve B) arasında bir ortalama çapa sahip küçük, nispeten tek dağılımlı QD'lerin gösterdi. PMAL-d kapsüllenmiş pH 7 su içinde QDS, etkin hidrodinamik çapı, DLS kullanarak ölçülmüştür. OlmalıDLS ile etkili bir hidrodinamik çapı, organik ligand ve polimer QD yüzeyi üzerinde, hem de onlarla etkileşim su moleküllerinin dahil olmak üzere solvatlanmış QD ölçer kaydetti. Bu nedenle, DLS ölçümleri genellikle TEM deneylerinde elde edilen ölçümlerin çok daha büyüktür. Bu ölçümde, QDS küresel oldukları varsayılır ve 30 ölçümün toplam BIC kısmen çözüm yazılımı kullanılarak hacim etkin bir çapı hesaplamak için ele geçirildi. Bu değerler, 14.8 ± 6.0 nm (Şekil 2C) arasında bir ortalama çapa sağlayan ortalaması alındı.

Sentezlenen InP / ZnS QD'lerin tek-molekül görüntüleme için uygun olsaydı sırayla analiz Epifloresans mikroskopi 8 kullanılarak yapılmıştır yanıp sönen belirlemek için. ışık mikroskobu, "açık" analizi kullanılarak bireysel QD'lerin görmek mümkün olmasa da ve "kapalı" floresans emisyon devletler s tanımlamak için kullanılabilirfloresans görüntüleri ingle QDS puncta. Tek bir yanıp sönen kuantum nokta temsil eden bir puncta "kapalı" durumda ayırt bir "açık" durumunu gösterir. (Deiyonize su yaklaşık 100 pM seyreltilmiş) yanıp sönen QDS Bir film, bir 63x, uygun bir filtre küp ve CCD kamera ile bir Epifloresans mikroskop üzerine monte 1.4 NA, yağ daldırma objektif kullanılarak yakalandı. Görüntüler 500 kare için art arda 30 msn pozlama ile ele geçirildi. Yanıp sönen analizi ImageJ 19 (Şekil 3A) kullanılarak her bir çerçeve içinde, tek bir puncta (yaklaşık olarak 4 piksel) ortalama yoğunluğu analiz gerçekleştirilmiştir. "Açık" ve QDS "kapalı" devletler arasında belirgin fark tek-molekül görüntüleme (Şekil 3B) için potansiyellerini göstermektedir.

hücrelerle InP / ZnS QDS etkileşim de toksisite ve hücresel içselleştirme hem aracılığıyla araştırılmıştır. İçinHer iki çalışma da, fare nöroblastom (N2a) hücreleri kullanıldı ve tüm deneyler (% 10 fetal bovin serumu ve antibiyotik / antimikotik ile takviye 50/50 D-MEM / Opti-MEM), hücre ortamı içinde gerçekleştirilmiştir. Trypan blue toksisite deneyi, 20 QDS değişen konsantrasyonları ile, 24 ve 48 saat boyunca olarak N2A hücrelerinin inkübe edilerek yapıldı. Sonuçlar 1-5 nM (Şekil 4) arasındaki QD konsantrasyonlarda olarak N2A hücrelerinin ihmal toksisiteye sahiptir. QD içselleştirme gözlemek için, N2a hücreleri 5 ve 10, her iki nM'de 12 saat boyunca suda çözünür InP / ZnS QDS ile inkübe edildi. Bu QDS ile inkübe edilen hücrelere ait görüntüleri nanopartiküller 21 diğer içselleştirme sonuçları ile tutarlıdır 12 saat (Şekil 5), daha sonra QDS lizozomal lokalizasyonunu ortaya görünmektedir.

Şekil 1
Şekil 1. Absorbans ve Floresans Karakterizasyonu InP / ZnS QD'lerin. Absorbans ve 600 nm maksimum absorbansı ve 73 nm FWHM gösteren 533 nm'de heyecan hekzan içinde InP / ZnS düzeltilmiş floresan emisyon spektrumları. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Su polimer kaplı InP / ZnS QDS Şekil 2. Boyut Analizi. Su içinde çözülmüş InP / ZnS QDS (A) Transmisyon elektron mikroskobu (ölçek çubuğu = 50 nm). TEM (B) parçacık boyut dağılımı histogramı 2.74 ± 0.72 nm'lik bir ortalama çapa sahip olur. 14.8 ± 6.0 nm bir ortalama hidrodinamik çapı gösteren (C) su içinde InP / ZnS QDS dinamik ışık saçılı analizi.large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. InP / ZnS QDS Yanıp sönen Analizi. "Açık" ayrı varlığını ayrıntılı Tek floresan puncta analizi ve "kapalı" (A) 460 nm ± 25 nm eksitasyon filtresi kullanılarak suda InP / ZnS QDS yanıp sönen bir profili ile devletler 500 nm uzun geçiş emisyon filtresi ve 475 nm dikroik ayna ve (B) bir QD yanıp sönen profilden piksel yoğunluğunun bimodal dağılımını gösteren bir histogram. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5. InP / ZnS QDS İçselleştirilmesi N2A hücreleri in. InP / ZnS QDS içselleştirilmesi gösteren floresan mikrografı 12 saat sonra 0 nM kontrol (A) DIC (B) QD, ve (C) kaplaması ile inkübasyon 12 saat sonra 5 nM QDS (D) DIC (E) QD ve (inkübasyonu (G) DIC (lH) QD ve (I) 'in kaplaması ile kuluçkalamadan 12 saat sonra. Ölçek çubuğu = 10 mm. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokol, bir çok biyolojik sistemlerde kullanılabilir yüksek floresan InP / ZnS QDS sentezini göstermektedir. Burada sentezlenen QD ürünleri için diğer daha önce tarif edilen sentezlerin 12 ile karşılaştırılabilir 73 nm (Şekil 1) 'in bir FWHM, 600 nm'de odaklanmış olan tek bir floresans emisyon tepe sergiledi. Tepki süresi ve reaksiyon sıcaklığı QD sentez kalitesi ve tekrarlanabilirlik üzerindeki derin etkisi nedeniyle son derece önemli adımlardır. Suda Çözünmenin ardından, QDS yaklaşık% 6 bir kuantum verimi için belirlendi. Reaksiyon süresi, sıcaklık ya da ön-madde konsantrasyonu değişimi multi-spektral uygulamalarda kullanılabilir QD boyutu ve emisyon dalga, ayanna olanak tanır.

Boyut ve yüzey yükü biyolojik sistemlerde nanopartiküller kullanırken dikkate alınması gereken son derece önemli faktörlerdir. Hedef biyomoleküllerin rahatsızlığı önlemek için, QD'lerin küçük mon sürdürmesi gerektiğiniodisperse boyutu. Buna ek olarak, çözelti içinde QDS yüzey yükü istenmeyen hedeflere yönelik spesifik olmayan azalmaya değiştirilebilir. Burada yer alan QDS sentezi (görebilir sadece çekirdek ve kabuk) TEM ile 2.74 ± 0.72 nm'lik bir çap ile QD'lerin üretilen (Şekil 2A ve 2B). Suda çözünür QDS anda biyolojik çalışmalar 22 için kullanılan CD tabanlı QDS karşılaştırılabilir 14.8 ± 6.0 nm, etkili bir hidrodinamik çapa sahip bulunmuştur. Sulu QDS yüzey yükü ve işlevsellik amfifilik polimerin karboksilat kimyasal grupların daha da reaksiyona sokularak değiştirilebilir.

Yanıp sönen analizi, tek moleküllü görüntüleme çalışmaları için bu InP / ZnS uygunluğunu araştırmak için kullanıldı. Bu ışık mikroskopisi kullanılarak tek tek QD'lerin görselleştirmek için mümkün olmadığı için, tek tek QDS Yanıp sönen bir parçacıkları tanımlamak için kullanılabilir. Bu yanıp sönen fenomen ayrık & Kahvaltı arasındaki ardalanmasından olduğunu"Floresan zamanla tek floresan QD puncta ortalama piksel yoğunluğu kullanılarak incelenmiştir olabilir 23, devletler InP / ZnS QD puncta floresan izleri karakteristik göstermektedir." Kapatma "ve" ( "ve" kapalı "devletler; # 34 Şekil 3A). Ayrıca, "açık" ve tek parçacıkları 8 ayırt etmek daha önceki çalışmalarda kullanılan bir tek puncta (Şekil 3B), "off" devletler arasında örtüşme yoktur.

Daha başka deneyler, hücre çalışmaları için bu InP / ZnS QDS uygunluğunu araştırmak için kullanıldı. Bir tripan mavisi toksisite deneyi InP / ZnS QDS biyouyumluluk değerlendirmek amacıyla yapılmıştır. InP / ZnS QDS 11 toksisite çalışmaları ile karşılaştırılabilir 1-5 nM ihmal edilebilir toksisite gözlenmiştir (Şekil 4), değişen QD konsantrasyonlarda 48 saat kadar 24 saat boyunca kuluçkalamadan sonra. Önemli toksisite bel gözlenmediOw 25 nM; Bu konsantrasyon birçok biyomedikal uygulamalar için gerekli çok daha yüksektir. Örneğin, tek bir molekül görüntüleme çalışmaları genellikle yüzeyine bağlı hücresel reseptörlere 24 ait temsili bir dizi etiket QD prob pM konsantrasyonlarda gerektirir. Buna ek olarak, 5 nM veya hücresel ortamda 12 saat boyunca 10 nM'de QDS inkübe olarak N2A hücrelerinin QDS yani QDS hücre içinde noktalı boyanma paterni gösterir, endositoz ile (Şekil 5) içsel olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar hücresel süreçleri araştıran bu InP / ZnS QDS uygunluğunu göstermektedir.

Bu protokol sentezini ve yoğun floresan emisyon, nispeten küçük boyutu-dağılma ve biyolojik uyumluluğu ile suda çözünür InP / ZnS QDS fonksiyonalizasyonunu ayrıntıları. Bu QD ürünlerinin yüksek kalite onlar tek Moleküller için uygun olduğunu göstermektedir floresan mikroskopi tek QDS görselleştirme, belirtilire görüntüleme. CD içermeyen QDS potansiyel olarak çok daha az toksik çalışılmıştır Biyolojik sistemlerde, hem de bunları çalışan araştırmacılar için olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle, biyomedikal uygulamalarda Bunlarda tabanlı QDS kullanımı Cd-tabanlı QDS için ihtiyatlı bir alternatiftir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Yazarlar minnetle bu projenin verdikleri destek için Missouri State Üniversitesi Kimya Bölümü ve Lisansüstü Koleji kabul. Biz de onların transmisyon elektron mikroskobu ve karbon kaplı ızgaraları kullanımı için Kanser Araştırma Frederick Ulusal Laboratuvarı'nda Elektron Mikroskopi Laboratuvarı kabul.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oleylamine Acros 129540010
Zinc(II) chloride Sigma 030-003-00-2
Indium(III) chloride Chem-Impex 24560
Tris(dimethylamino)phosphine Encompass 50-901-10500
1-dodecanethiol Acros 117625000
Hexanes Fisher Sci H292-4
Acetone TransChemical UN 1090
Zinc Stearate Aldrich Chem 307564-1KG
Tetrahydrofuran Acros 34845-0010
Molecular Water Fisher Sci BP2470-1
Poly(maleic anhyrdride-alt-1-tetradecene), 3-(dimethylamino)-1-propylamine derivative Sigma 90771-1G
Boric acid Fisher Sci BP168-500
Sodium Tetraborate Decahydrate Fisher Sci BP175-500
Rhodamine B Aldrich Chem R95-3
Nitrogen gas Airgas UN1066
Trypan blue Thermo Sci SV30084.01
3 ml plastic Luer-lock syringe BD 309657
Luer-lock Needle Air-Tite 8300014471 4 inch, 22 gauge
50 ml polypropyene centrifuge tube Falcon 352098
250 ml centrifuge bottle Thermo Sci 05-562-23 Nalgene PPCO
5 ml centrifuge tubes Argos-Tech T2076
1.5 ml microcentrifuge tubes Bio Plas 4150
0.1 μm Syringe filter Whatman 6786-1301 Puradisc 13 mm nylon filter
Slide-A-Lyzer MINI Dialysis Unit Thermo Sci 69590 20,000 MWCO
Rotary Evaporator Heidolph
Centrifuge 5072 Eppendorf Swinging Bucket with 50 ml tube adapters
Lambda 650 UV/VIS Spectrometer Perkin Elmer UV-Vis Spectrophotometer
LS 55 Fluorescence Spectrometer Perkin Elmer Fluorometer
Axio Observer.A1 Zeiss epifluorescence microscope
AxioCam MRm Zeiss CCD Camera
Tecnai TF20 Microscope FEI Transmisison Electron Miscroscope
TEM Eagle CCD FEI TEM CCD Camera
NanoBrook Omni DLS Brookhaven Dynamic Light Scattering Instrument

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Alivisatos, A. P. Semicondictor clusters, nanocrystals, and quantum dots. Science. 271 (5251), 933-937 (1996).
  2. Michalet, X., et al. Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics. Science. 307 (5709), 538-544 (2005).
  3. Jaiswal, J. K., Mattoussi, H., Mauro, J. M., Simon, S. M. Long-term multiple color imaging of live cells using quantum dot bioconjugates. Nat. Biotechnol. 21 (1), 47-51 (2009).
  4. Deerinck, T. J. The application of fluorescent quantum dots to confocal, multiphoton, and electron microscopic imaging. Toxicol. Pathol. 36 (1), 112-116 (2008).
  5. Smith, A. M., Duan, H., Mohs, A. M., Nie, S. Bioconjugated quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging. Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (11), 1226-1240 (2008).
  6. Jamieson, T., et al. Biological applications of quantum dots. Biomaterials. 28 (31), 4717-4732 (2007).
  7. Lidke, D. S., Arndt-Jovin, D. J. Imaging takes a quantum leap. Physiology. 19, 322-325 (2004).
  8. Fichter, K. M., Flajolet, M., Greengard, P., Vu, T. Q. Kinetics of G-protein-couple receptor endosomal trafficking pathways revealed by single quantum dots. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (43), 18658-18663 (2010).
  9. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. Engineering luminescent quantum dots for in vitro molecular and cellular imaging. Ann. Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  10. Derfus, A. M., Chan, W. C. W., Bhatia, S. N. Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots. Nano Lett. 4 (1), 11-18 (2004).
  11. Brunetti, V., et al. InP/ZnS as a safer alternative to CdSe/ZnS core/shell quantum dots: in vitro and in vivo toxicity assessment. Nanoscale. 5 (1), 307-317 (2013).
  12. Song, W., et al. Amine-derived synthetic approach to color-tunable InP/ZnS quantum dots with high fluorescent qualities. J. Nanopart. Res. 15 (1750), (1750).
  13. Dabbousi, B. O., et al. (CdSe)ZnS core-shell quantum dots: Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites. J. Phys. Chem. B. 101 (46), 9463-9475 (1997).
  14. Micic, O. I., Curtis, C. J., Jones, K. M., Sprague, J. R., Nozik, A. J. Synthesis and characterization of InP quantum dots. J. Phys. Chem. 98 (19), 4966-4969 (1994).
  15. Qi, L., Gao, X. Quantum dot-amphipol nanocomplex for intracellular delivery and realtime imaging of siRNA. ACS Nano. 2 (7), 1403-1410 (2008).
  16. Xie, R., Zheng, L., Peng, X. Nucleation kinetics vs chemical kinetics in the initial formation of semiconductor nanocrystals. J. Am. Chem. Soc. 131 (42), 15457-15466 (2009).
  17. Williams, A. T. R., Winfield, S. A., Miller, J. N. Relative fluorescence quantum yields using a computer-controlled luminescence spectrometer. Analyst. 108, 1067-1071 (1983).
  18. Schindelin, J., et al. Fiji: An open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  19. Schnieder, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat. Methods. 9, 671-675 (2012).
  20. Jin, Y., Kannan, S., Wu, M., Zhao, J. X. Toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells. Chem. Res. Toxicol. 20 (8), 1126-1133 (2007).
  21. Corazzari, I., Gilardino, A., Dalmazzo, S., Fubini, B., Lovisolo, D. Localization of CdSe/ZnS quantum dots in the lysosomal acidic compartment of cultured neurons and its impact on viability: potential role of ion release. Toxicol. In Vitro. 27 (2), 752-759 (2013).
  22. Pons, T., Uyeda, H. T., Medintz, I., Mattoussi, H. Hydrodynamic dimensions, electrophoretic mobility, and stability of hydrophilic quantum dots. J. Phys. Chem. B. 110 (41), 20308-20316 (2006).
  23. Durisic, N., Wiseman, P., Grutter, P., Heyes, C. D. A common mechanism underlies the dark fraction formation and fluorescence blinking of quantum dots. ACS Nano. 3 (5), 1167-1175 (2009).
  24. Vermehren-Schmaedick, A., et al. Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotropic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking. PLoS ONE. 9 (4), e95113 (2014).

Tags

Kimya Sayı 108 Kuantum nokta Sentez indiyum fosfit Hücresel Görüntüleme Nanoparçacıklar Floresan

Erratum

Formal Correction: Erratum: Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications
Posted by JoVE Editors on 02/29/2016. Citeable Link.

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.

Biyomedikal Uygulamalar için uygundur InP / ZnS Kuantum Noktaları Cd-serbest sentezi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ellis, M. A., Grandinetti, G.,… More

Ellis, M. A., Grandinetti, G., Fichter, K. M. Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (108), e53684, doi:10.3791/53684 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter