Tek molekül Görüntüleme için kompakt Kuantum Noktaları

Summary

Biz tek-molekül floresan görüntüleme için minimize hidrodinamik büyüklüğü ile kolloidal Kuantum noktalarının hazırlanması tarif. Konvansiyonel kuantum noktaları ile karşılaştırıldığında, bu nanopartiküller globüler proteinlerin boyut olarak benzer ve tek-molekül parlaklık, fotodegradasyon karşı kararlılık ve proteinleri ve hücreleri nonspesifik bağlanma direnci için optimize edilmiştir.

Abstract

Tek molekül görüntüleme biyomoleküler fonksiyonu mekanizmalarını anlamak için ve hücresel biyoloji ^1-4 altında yatan moleküler davranışların mekansal ve zamansal heterojenite görüntülenmesi için önemli bir araçtır. Görüntü ilgi bireyin molekülü için, tipik bir floresan etiketi (boya, protein, boncuk, ya da kuantum nokta) ile konjuge ve Epifloresans veya toplam iç yansıma floresan (TIRF) mikroskopi ile gözlenir. Boyalar ve floresan proteinleri yıllardır floresan görüntüleme dayanak noktası olmuştur ederken, onların floresans sinyalinin tam kaybından önce gözlem sadece birkaç saniye verimli, bireysel moleküllerin gözlemlemek için gerekli yüksek foton akısı altında dengesiz. Lateks boncuk ve boya etiketli boncuk geliştirilmiş sinyal istikrarı sağlamak değil deleteriously çalışma kapsamında molekülünün difüzyon ve davranışını değiştirebilir ölçüde büyük hidrodinamik boyutu pahasına. ntent "> Kuantum nokta (QDS) bu iki sorunlu rejimler arasında bir denge sunuyor. Bu nanopartiküller yarı iletken malzemelerden oluşur ve fotodegradasyon ⁵ karşı olağanüstü direnç ile hidrodinamik kompakt boyutu ile tasarlanmış olabilir. Dolayısıyla son yıllarda QDS sağlayan etkili olmuştur Tek molekül düzeyinde karmaşık makromoleküler davranışın uzun vadeli gözlem. Ancak bu parçacıkların hala kendi boyutlarını hala ^4,6 çok büyük olan hücresel sitoplazma ve yarık nöronal sinaptik gibi kalabalık moleküler ortamlarda bozulmuş difüzyon sergilemek bulunmuştur ^{, 7.}

Kolloidal stabilite, fotostabilite, parlaklık ve geçmişte ^8,9 kompakt QDS yararlılığını engellediğini nonspesifik bağlayıcı uzaklıklar dengelerken Son zamanlarda, çekirdek ve minimize hidrodinamik boyutu için QDS yüzey kaplamaları tasarladık. Bu makalenin amacı göstermektiryalıtkan bir Cd _y Zn _1-y S kabuğu, kısa polietilen glikol ile modifiye multidentate polimer ligandı ile daha kaplamalı (ile kaplanmış alaşımlı Hg _x Cd _1-x Se çekirdeğinden oluşan bu optimize Nanokristallerin sentezi, modifikasyonu ve karakterizasyonu, PEG) zincirleri (Şekil 1). Konvansiyonel CdSe nanokristaller ile karşılaştırıldığında, Hg _x Cd _1-x Se alaşımlar geliştirilmiş hücrelerinde sinyal-gürültü ve non-sitotoksik görünür dalga boylarında uyarma için kırmızı ve yakın kızılötesi dalga boylarında floresans, floresans büyük kuantum verimi sunar. Multidentate polimer kaplamalar hidrodinamik boyutunu en aza indirmek için kapalı ve düz yapısındaki nanokristal yüzeyine bağlamak ve PEG hücreleri ve biyomoleküllerin nonspesifik bağlanma azaltmak için yüzey yükü nötralize eder. Sonuç 550-800 nm ve 12 nm civarındaki toplam hidrodinamik boyutu arasındaki emisyon ile parlak floresan nanokristal olduğunu. Bu, s 'deBirçok çözünür globüler hücrelerindeki proteinlerin ve konvansiyonel Pegile QDS (25-35 nm) göre önemli ölçüde daha küçük olarak ame boyut aralığı.

Protocol

Aşağıdaki sentez işlemleri, standart hava serbest teknikleri ve bir vakum / inert gaz manifoldu ile gerçekleştirilebilir; ayrıntılı metodoloji referans 10 ve 11 'de bulunabilir. Tüm potansiyel toksik ve yanıcı maddelerin MSDS kullanmadan önce danışılmalıdır ve tüm yanıcı ve / veya hava-labil bileşikler bir eldiven kutusu veya eldiven çanta septum mühürlü şişeler içine aliquoted edilmelidir.

1. Cıva Kadmiyum selenid sentezi (Hg _x Cd _1-x Se) Kuantum Dot Çekirdek

1. Trioctylphosphine (TOP) selenyum bir 0.4 M çözelti hazırlayın. 50 ml'lik 3-boyunlu bir şişeye selenyum (0.316 g, 4 mmol) eklenir, daha sonra....

Results

Şekil 2 CdSe nanokristaller, katyon değişim sonrası Hg _x Cd _1-x Se nanokristaller ve Hg _x Cd _1-x Se / Cd _y Zn kabuk büyüme sonrası _1-y S nanokristaller için temsili absorpsiyon ve floresans spektrumları resmediyor. Çekirdek CdSe nanokristaller, kuantum% 15 civarındaki floresans verimi (uzun dalga boylu derin tuzak emisyon dahil) ama bu verimli yüzeye atomu parçalama ⁹ aracılığıyla tanıtılan taşıyıcı tuzakları şarj olasılığı ned.......

Discussion

Konvansiyonel CdSe kuantum noktaları ile karşılaştırıldığında, üçlü alaşım Hg _x Cd _1-x Se nanokristaller boyutu ve bağımsız floresans dalga boyu ayarlanabilir. Boyutu ilk CdSe nanokristal çekirdek sentezi sırasında seçilir ve floresan dalga boyu büyük ölçüde nanokristal boyutu ⁹ değişmez bir ikincil cıva katyon değişim aşamasının, seçilir. Bu saflaştırılmış Hg Cd _{1 x-x} Se nanokristaller kapaklama önce en azından 24 saat için oda sıcaklığında inkübe izin vermek için önemlidir. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reaktif Adı	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar (isteğe bağlı)
Selenyum	Sigma-Aldrich	229865
Tri-n-octylphosphine	Strem	15-6655	% 97, saf hava kararsız
Oksit Kadmiyum	Sigma-Aldrich	202894	Çok toksik: dikkatli kullanın
Tetradecylphosphonic asit	PCI Sentez	4671-75-4
Octadecene	Alfa Aesar	L11004	Teknik grade
Hexadecylamine	Sigma-Aldrich	H7408
Diphenylphosphine	Sigma-Aldrich	252964
Civa asetat	Sigma-Aldrich	456012	Çok toksik: dikkatli kullanın
1-Octanethiol	Sigma-Aldrich	471836	Güçlü koku
Oleik asit	Sigma-Aldrich	W281506
Çinko asetat	Alfa Aesar	35792
Asetat hidrat Kadmiyum	Sigma-Aldrich	229490	Çok toksik: dikkatli kullanın
Oleylamine	Fisher Scientific	AC12954	Havada Kararsız
Kükürt	Sigma-Aldrich	344621
Trioctylphosphine oksit	Strem	15-6661	% 99
Piridin	VWR	EM-PX2012-6	Susuz
Thioglycerol	Sigma-Aldrich	M1753	Güçlü koku
Trietilamin	Sigma-Aldrich	471283	Susuz
Diyaliz boru	Spektrum Labs	131342	20 kDa cutoff
Santrifüj filtre	Millipore	UFC801024	10 kDa cutoff
Monoamino-PEG	Rapp Polimer	12 750-2	750 Da
DMTMM, 4 - (4,6-dimetoksi-1 ,3,5-triazin-2-il)-4-methylmorpholinium klorid hidrat	Alfa Aesar	H26333
AKTAprime Artı Kromatografi Sistemi	GE Healthcare
Superpoze 6 10/300 GL kromatografi kolonuna	GE Healthcare	17-5172-01
Agaroz, OmniPur	VWR	EM-2120
			Apandis Cıva octanethiolate sentezi: yavaşça 1-octanethiol (. 3 eşdeğer), oda sıcaklığında metanol içerisinde potasyum hidroksit (. 3 eq) içindeki karıştırılmakta olan bir çözelti, civa asetat (. 1 eq) bir metanol çözeltisi ilave edin. Süzme yoluyla cıva (II) octanethiolate çökelek izole edilmiş, eter ile ve bir kere metanol ile iki kere yıkayın, sonra ve vakum altında kurutulur. Multidentate polimer sentezi: 30 dakika süre ile argon ile bir 150 ml'lik üç boyunlu bir şişeye ve kabarcık içinde 25 ml dimetilformamid (DMF) içinde poliakrilik asit (1 g, 1.773 Da) eritilir. 10 ml DMF içindeki sistamin (374 mg, 4.87 mmol), susuz bir solüsyonu eklenir. Şiddetli bir şekilde karıştırılarak oda sıcaklığında, yavaş yavaş susuz diizopropilkarbodiimit ilave edin (DIC, 30, trietilamin (170 ul, 1.22 mmol) ilave edildi dak, ve reaksiyon 60 kadar 72 saat boyunca devam etmesine izin ° C'den fazla 736 mg, 5.83 mmol) Reaksiyon soğutun ve oda sıcaklığında 2 saat boyunca karıştırıldı (501 mg, 6.41 mmol) merkaptoetanol ekleyin. Döner buharlaştırma yolu ile DMF çıkarın ve buz gibi soğuk aseton 2:1 'lik bir karışımının ilave edilmesi ile, polimer izole: kloroform, santrifüjleme ile takip etti. Dietil eter, ve tekrar tekrar, ~ 5 ml susuz DMF içinde filtre polimer çökelti çözülür. Argon altında vakum ve mağaza altında ürün kurulayın. CdSe çekirdek çapı tayini: UV-Vis absorpsiyon spektrumu itibaren uzun dalga boyu tepe (örneğin Şekil 2a CdSe için kabaca 498 nm) ilk exiton tepe (λ, nm) dalga boyu belirlemek ve kullanmak Mulvaney ve arkadaşları 12 eğrisi boyutlandırma: CdSe nanokristal konsantrasyonunun belirlenmesi: CdSe nanokristaller oluşan optik açıdan berrak çözelti bir arka-çıkartılır UV-Vis tayfından, 350 nm dalga boyunda bir absorpsiyon belirler. Seri seyreltileri, optik absorpsiyon Beer Yasası doğrusal aralığı dahilinde olup olmadığını belirlemek için kullanılabilir. Nanokristal konsantrasyonu (qd, M) aşağıdaki denklem haline nanokristal çap (D, mil olarak), optik absorpsiyon değeri (A 3SA) ve küvet yol uzunluğu (l, cm olarak) tıkama ile tespit edilebilir Bawendi ve arkadaşları 13 ampirik korelasyonu: