바이오 메디컬 응용 프로그램에 적합 InP를 /의 ZnS 양자점 CD-자유의 합성
Summary
In this protocol, the synthesis of Cd-free InP/ZnS quantum dots (QDs) is detailed. InP-based QDs are gaining popularity due to the toxicity of Cd2+ ions that may be released through nanoparticle degradation. After synthesis, QDs are solubilized in water using an amphiphilic polymer for use in biomedical applications.
Abstract
Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, quantum dots should be highly fluorescent and small/monodisperse in size. While commonly used cadmium-based quantum dots possess these qualities, they are potentially toxic due to the possible release of Cd2+ ions through nanoparticle degradation. Indium-based quantum dots, specifically InP/ZnS, have recently been explored as a viable alternative to cadmium-based quantum dots due to their relatively similar fluorescence characteristics and size. The synthesis presented here uses standard hot-injection techniques for effective nanoparticle growth; however, nanoparticle properties such as size, emission wavelength, and emission intensity can drastically change due to small changes in the reaction conditions. Therefore, reaction conditions such temperature, reaction duration, and precursor concentration should be maintained precisely to yield reproducible products. Because quantum dots are not inherently soluble in aqueous solutions, they must also undergo surface modification to impart solubility in water. In this protocol, an amphiphilic polymer is used to interact with both hydrophobic ligands on the quantum dot surface and bulk solvent water molecules. Here, a detailed protocol is provided for the synthesis of highly fluorescent InP/ZnS quantum dots that are suitable for use in biomedical applications.
Introduction
양자 도트 (양자점)는 빛 (1) 조사에 형광 특성을 나타내는 나노 결정 반도체된다. 그들의 작은 많은 큰 생체 분자와 비슷합니다 크기 (2-5 ㎚), 및 biofunctionalization의 용이성, 양자점은 생명 의학 애플리케이션을위한 매우 매력적인 도구입니다. 그들은 생물학적 표지의 사용을 발견 한 많은 다른 용도 2-8 사이의 단일 분자 라이브 세포 이미징, 약물 전달, 생체 이미징, 병원체 탐지 및 세포 추적.
CD 기반 양자점 가장 일반적으로 인해 강한 형광 좁은 발광 피크 폭 (9)의 생의학 분야에 사용되어왔다. 그러나 우려 인해 카드뮴의 잠재적 인 독성 제기되고있다 2+ 나노 입자의 분해를 통해 공개 할 수있다 (10)를 이온. 그들은 많은 형광 특성을 유지하기 때문에, 최근의 InP 계 양자점 CD 기반 양자점 대안으로 탐구되어왔다의 양자점을 CD 기반과 11 개의 생체 적합성 수있다. CD 기반 양자점은 48 시간 11 후 10 오후의 낮은 농도에서 시험 관내 분석에서의 InP 기반의 양자점보다 훨씬 더 독성이 밝혀졌다.
양자점의 형광 방출 색상은 가변 크기 일 것이다. 즉 QD 크기가 증가, 형광 방출은 적색 편이된다. QD 상품의 크기 및 크기 분산은 반응 12시 온도, 반응 지속 시간, 또는 전구체 농도 조건을 변경함으로써 변경 될 수있다. InP의 양자점의 발광 피크는 일반적으로 넓은 그리고 CD 기반 양자점보다 강한 반면, InP를 양자점은 스펙트럼 중첩을 방지하기위한 수많은 색상 다양한 이루어진 것으로, 대부분 생물 의학 응용 (12)을 충분히 강렬 할 수있다. 이 프로토콜에 설명 합성은 600 nm에서 중심 적색 발광 피크 양자점을 산출한다.
몇 가지 단계가 AF 촬영QD 코어 터 합성은 양자점의 광학 무결성을 유지하고 생물 애플리케이션에 호환되도록 할 수 있습니다. QD 코어의 표면은 담금질의 원인이 산화 또는 표면 결함으로부터 보호되어야한다 따라서, 쉘은 ZnS의 InP /의 ZnS (코어 / 쉘) 13 양자점을 제조 코어 위에 코팅된다. 이 코팅은 QD 상품의 광 발광을 보호하는 것으로 나타났다. InP의 QD 합성 중에 아연 이온의 존재는 표면 결함의 감소뿐만 아니라 입도 분포 (12)를 제한하는 것으로 나타났다. 비록 반응 매질에서 아연 2+의 존재와 InZnP의 합성 12 희박하다. 코팅 후, 결과의 InP /의 ZnS 양자점은 이러한 트리 옥틸 포스 핀 옥사이드 (TOPO) 또는 올레 일 아민 (12, 14)과 같은 소수성 리간드에 코팅된다. 양쪽 성 중합체는 수용성을 부여하는 15 QD 표면의 소수성 리간드뿐만 아니라 대량의 물 분자와 상호 작용할 수있다. 침탄와 양친 매성 고분자xylate 화학 기는 상기 양자점을 기능화 "화학 핸들"로서 사용될 수있다.
이 프로토콜은 매우 강렬한 형광 방출과 상대적으로 작은 크기 분산과 합성 수용성의 InP /의 ZnS 양자점의 작용을 자세히 설명합니다. 이러한 양자점은 잠재적으로 일반적으로 사용의 CdSe /의 ZnS 양자점보다 독성이 낮음. 여기서, InP를 /의 ZnS 양자점의 합성은 생물 의학 응용 프로그램에 대한 CD 기반 양자점에 대한 실질적인 대안을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 많은 생물학적 시스템에서 사용할 수있는 매우 형광체의 InP / 인 ZnS 양자점의 합성 세부. 여기에 합성 QD 제품은 전술 한 다른 비교 합성 12 내지 73 (도 1)의 FWHM, 600 nm에서 중심 단일 형광 발광 피크를 나타내었다. 반응 시간과 반응 온도 QD 합성 품질 및 재현성에 미치는 큰 영향으로 인해 매우 중요한 단계이다. 물에 용해 후, 양자점은 약 6 %의 양자 수율을하기로 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 기꺼이이 프로젝트의 그들의 지원을 위해 미주리 주립 대학에서 화학학과 및 대학원 대학을 인정합니다. 우리는 또한, 투과 전자 현미경 탄소 코팅 된 그리드의 사용 암 연구 프레드릭 국립 연구소 전자 현미경 실험을 인정한다.
Materials
| 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 |
Riferimenti
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