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Chemistry

सीडी-मुक्त InP / ZnS क्वांटम डॉट्स की संश्लेषण जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त

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

क्वांटम डॉट्स (QDs) nanocrystals कि फ्लोरोसेंट गुण जब प्रकाश 1 के साथ किरणित दिखा रहे semiconducting रहे हैं। उनके छोटे आकार (2-5 एनएम) है, जो कई बड़े biomolecules के समान है, और biofunctionalization की आसानी के कारण, QDs जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए एक अत्यंत आकर्षक उपकरण हैं। वे जैविक लेबलिंग में उपयोग मिल गया है, एकल अणु रहते सेल इमेजिंग, दवा वितरण, vivo इमेजिंग, रोगज़नक़ का पता लगाने, और सेल ट्रैकिंग, कई अन्य उपयोगों 2-8 के बीच में।

सीडी के आधार पर QDs सबसे अधिक उनकी गहन प्रतिदीप्ति और संकीर्ण उत्सर्जन चोटी चौड़ाई 9 की वजह से जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, चिंता सीडी के संभावित विषाक्तता के कारण उठाया गया है 2 + 10 कि nanoparticle की गिरावट के माध्यम से जारी किया जा सकता आयनों। हाल ही में, InP आधारित QDs सीडी आधारित QDs के लिए एक विकल्प के रूप में लगाया गया है क्योंकि वे कई प्रतिदीप्ति विशेषताओं को बनाए रखनेकी सीडी के आधार पर QDs और अधिक biocompatible 11 हो सकती है। सीडी के आधार पर QDs, 10 बजे के रूप में के रूप में कम मात्रा में इन विट्रो assays में InP आधारित QDs की तुलना में काफी अधिक विषाक्त होना पाया गया है केवल 48 घंटा 11 के बाद।

QDs की प्रतिदीप्ति उत्सर्जन रंग आकार-ट्यून करने योग्य 1 है। यही कारण है कि QD का बढ़ता आकार के रूप में, प्रतिदीप्ति उत्सर्जन लाल स्थानांतरित है, है। QD उत्पादों के आकार और आकार dispersity प्रतिक्रिया के दौरान तापमान 12, प्रतिक्रिया अवधि, या अग्रदूत एकाग्रता की स्थिति बदलने के द्वारा संशोधित किया जा सकता है। जबकि InP QDs का उत्सर्जन चोटी आम तौर पर व्यापक और CD-आधारित QDs से कम तीव्र है, InP QDs वर्णक्रमीय ओवरलैप बचने के लिए डिज़ाइन रंग की एक विशाल विविधता में बनाया जा सकता है, और सबसे अधिक जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त रूप से 12 तीव्र होते हैं। संश्लेषण इस प्रोटोकॉल में विस्तृत एक लाल उत्सर्जन चोटी 600 एनएम पर केंद्रित साथ QDs अर्जित करता है।

कई कदम वायुसेना ले रहे हैंQD कोर की आतंकवाद संश्लेषण QDs के ऑप्टिकल अखंडता को बनाए रखने के लिए और उन्हें जैविक अनुप्रयोगों के लिए संगत बनाने के लिए। QD कोर की सतह ऑक्सीकरण या सतह दोष शमन का कारण हो सकता है कि से संरक्षित किया जाना चाहिए; इसलिए, एक ZnS खोल कोर पर लेपित है InP / ZnS (कोर / शैल) QDs 13 उपज है। इस कोटिंग QD उत्पाद की photoluminescence की रक्षा के लिए दिखाया गया है। InP QD संश्लेषण के दौरान जस्ता आयनों की उपस्थिति सतह दोष, साथ ही कमी आकार के वितरण 12 को सीमित करने का दिखाया गया है। यहाँ तक कि प्रतिक्रिया माध्यम में Zn + 2 की उपस्थिति के साथ, InZnP के संश्लेषण के लगभग नामुमकिन 12 हैं। कोटिंग के बाद, जिसके परिणामस्वरूप InP / ZnS QDs ऐसे trioctylphosphine ऑक्साइड (TOPO) या oleylamine 12,14 के रूप में हाइड्रोफोबिक ligands में लेपित हैं। एक amphiphilic बहुलक पानी घुलनशीलता 15 प्रदान करने के लिए QD सतह पर हाइड्रोफोबिक ligands के साथ ही थोक पानी के अणुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं। कार्बो साथ Amphiphilic पॉलिमरxylate रासायनिक समूहों आगे QDs functionalize करने के लिए "के रूप में रासायनिक संभालती" का इस्तेमाल किया जा सकता है।

इस प्रोटोकॉल संश्लेषण और पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs के functionalization बहुत तीव्र प्रतिदीप्ति उत्सर्जन और अपेक्षाकृत छोटे आकार-dispersity के साथ विवरण। ये QDs संभावित आमतौर पर इस्तेमाल किया सीडीएसई / ZnS QDs से कम विषाक्त कर रहे हैं। इस के साथ साथ, InP / ZnS QDs के संश्लेषण जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए सीडी के आधार पर QDs के लिए एक व्यावहारिक विकल्प प्रदान करता है।

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Protocol

1. ईण्डीयुम फास्फाइड / जिंक सल्फाइड (InP / ZnS) क्वांटम डॉट्स के संश्लेषण

  1. ईण्डीयुम फास्फाइड (InP) क्वांटम डॉट कोर के संश्लेषण
    1. एक 100 मिलीलीटर दौर नीचे, 3-गर्दन, एक 12 इंच कंडेनसर साथ कुप्पी फिट बैठते हैं। 30 मिलीलीटर oleylamine (ओला), .398 छ इंडियम (तृतीय) क्लोराइड (सहित 3), .245 छ जस्ता (द्वितीय) क्लोराइड (ZnCl 2) जोड़ें और जब 1 घंटे के लिए एक निर्वात का उपयोग कर आरटी पर निकालने हलचल। समाधान के लिए एक सफेद वेग के साथ बेरंग दिखाई देनी चाहिए।
    2. एक thermocouple और आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न (पीआईडी) तापमान नियंत्रक के साथ एक हीटिंग विरासत का प्रयोग, 120 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि का हल। कम उबलते बिंदु दोष है कि कोर विकास को प्रभावित कर सकते हैं दूर करने के लिए 20 मिनट के लिए वैक्यूम के अंतर्गत समाधान खाली।
      नोट: हालांकि यह एक रेत स्नान और थर्मामीटर का उपयोग करने के लिए एक हीटिंग विरासत का उपयोग संभव है और पीआईडी ​​एकरूपता और प्रतिक्रिया उत्पादों के reproducibility बढ़ जाती है।
    3. अक्रिय गैस के तहत (जैसे, एन 2), समाधान भाटा और 15 मिनट के लिए 220 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि। Incl 3 और ZnCl 2 पूरी तरह से भंग एक हल्के पीले समाधान में जिसके परिणामस्वरूप। तापमान 10 मिनट के लिए स्थिर करने की अनुमति दें।
    4. एक डिस्पोजेबल, 3 मिलीलीटर की प्लास्टिक सिरिंज और 4 इंच, नाइट्रोजन गैस के साथ 22 जी सुई पर्ज। सिरिंज का प्रयोग, जल्दी से Incl 3 समाधान के लिए 0.5 मिलीलीटर Tris (dimethylamino) phosphine (TDMAP) देने के लिए। समाधान तापमान से थोड़ा कम हो जाती है और 220 डिग्री सेल्सियस के लिए रिटर्न। पारदर्शी से समाधान परिवर्तन, अपारदर्शी करने के लिए पीला, काला, पीला।
    5. 9.5 मिनट के बाद, हीटिंग विरासत से प्रतिक्रिया कुप्पी को दूर तक तापमान 200 डिग्री सेल्सियस से नीचे घट जाती है। InP कोर की अखंडता की रक्षा करने के लिए, कदम 1.2.1 में ZnS कोटिंग करने के लिए सीधे आगे बढ़ना।
  2. जिंक सल्फाइड (ZnS) क्वांटम डॉट गोले के संश्लेषण
    1. 1.1.5 कदम से प्रतिक्रिया कुप्पी एक हीटिंग विरासत पर रखें और टी स्थिर200 डिग्री सेल्सियस पर emperature। धीरे-धीरे समाधान InP QDs युक्त करने के लिए 15 सेकंड के पाठ्यक्रम पर 3.58 छ dodecanethiol (डीडीटी) जोड़ें। समाधान 1 घंटे के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए अनुमति दें।
      नोट: ZnS खोल मोटाई में वृद्धि या कदम 1.2.4 में जोड़ा जस्ता stearate की मात्रा कम से अलग किया जा सकता है। 1.1.1 और 1.2.1 कदम में ZnCl 2 की राशि या dodecanethiol फेरबदल काफी प्रतिक्रिया कैनेटीक्स बदलकर QDs की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते हैं।
      1. उसके बाद, हीटिंग विरासत से प्रतिक्रिया कुप्पी को दूर करने और समाधान के लगभग 60 डिग्री सेल्सियस के लिए शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
    2. एक बार जब InP / ZnS समाधान ~ 60 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है, 10 मिलीलीटर hexanes जोड़ सकते हैं और एक 50 मिलीलीटर polypropylene अपकेंद्रित्र ट्यूब लगभग 45 मिलीलीटर की पूरी समाधान हस्तांतरण। नमूना (10 मिनट के लिए 3,000 XG) unreacted ठोस व्यापारियों को हटाने के लिए अपकेंद्रित्र।
    3. ध्यान से सतह पर तैरनेवाला एक 250 मिलीलीटर की बोतल के लिए polypropylene अपकेंद्रित्र, सेंट्रीफ्यूज समाधान (स्थानांतरण 200 मिलीलीटर एसीटोन जोड़ने के लिए, और 3000 x10 मिनट) के लिए जी InP / ZnS QDs वेग। यह मात्रा भी centrifugation के लिए चार 50 मिलीलीटर ट्यूबों में समान रूप से विभाजित किया जा सकता है, तो आवश्यक रोटर / सामान के साथ एक सेंट्रीफ्यूज उपलब्ध नहीं है। सतह पर तैरनेवाला छानना और एसीटोन दूर करने के लिए नाइट्रोजन गैस के साथ अच्छी तरह से QD गोली सूखी।
    4. 20 मिलीलीटर ओला में QDs sonication का उपयोग Resuspend, एक 50 मिलीलीटर दौर नीचे, 3-गर्दन, कुप्पी युक्त .474 छ जस्ता stearate, और हलचल के लिए स्थानांतरण। आरटी पर 20 मिनट के लिए वैक्यूम के अंतर्गत समाधान खाली।
    5. नाइट्रोजन गैस के तहत, 180 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि होगी और प्रतिक्रिया 3 घंटे के लिए आगे बढ़ने के लिए अनुमति देते हैं। जबकि वहाँ प्रतिक्रिया समाधान है कि इस प्रतिक्रिया के दौरान होने की कोई उल्लेखनीय दृश्य परिवर्तन कर रहे हैं, जस्ता stearate जोड़ने ZnS खोल मोटाई बढ़ जाती है, इस प्रकार QDs 12 की सतह passivation में सुधार के द्वारा QY बढ़ रही है। एक बार जब प्रतिक्रिया पूरा हो गया है, हीटिंग विरासत से कुप्पी को दूर और समाधान लगभग 60 डिग्री सेल्सियस के लिए शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
    6. एक बार जब InP / ZnS solutiपहुँचता पर ~ 60 डिग्री सेल्सियस, 20 मिलीलीटर hexanes जोड़ सकते हैं और एक 50 मिलीलीटर polypropylene अपकेंद्रित्र ट्यूब को हस्तांतरण। नमूना (10 मिनट के लिए 3,000 XG) अपकेंद्रित्र unreacted जस्ता stearate हटा दें।
    7. ध्यान से, एक 250 मिलीलीटर polypropylene सेंट्रीफ्यूज बोतल स्थानांतरण सतह पर तैरनेवाला InP / ZnS QDs वेग को 200 मिलीलीटर एसीटोन, और सेंट्रीफ्यूज समाधान (10 मिनट के लिए 3,000 XG) जोड़ें। ध्यान से सतह पर तैरनेवाला छानना और अच्छी तरह से नाइट्रोजन गैस के साथ सूखी एसीटोन हटा दें।
    8. 30 मिलीलीटर हेक्सेन में InP / ZnS QD गोली भंग। भंवर और पूरा फैलाव सुनिश्चित करने के लिए संक्षिप्त समाधान sonicate।
    9. दोहराएँ शुद्धि 1.2.6-1.2.8 दो बार कदम अतिरिक्त जैविक ligands के पूरी तरह से हटाने के लिए सुनिश्चित करें। amphiphilic बहुलक और 1.2 चरण में QD बीच सहभागिता अतिरिक्त ligands की उपस्थिति में समझौता किया जा सकता है।
    10. झी द्वारा विस्तृत गणना, एट अल। 16 के साथ, यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग आकार और संश्लेषित InP / ZnS QDs की एकाग्रता का निर्धारण।

2. पानीInP / ZnS क्वांटम डॉट्स की solubilization एक Amphiphilic पॉलिमर का उपयोग

  1. जल solubilization
    1. कदम 1.2.10 से InP / ZnS QDs का प्रयोग, hexanes साथ QDs के एक हिस्से को कमजोर 1 माइक्रोन QDs के 1 मिलीलीटर प्राप्त करने के लिए।
      1. एक अपकेंद्रित्र ट्यूब में, प्रत्येक ट्यूब में 0.25 मिलीलीटर InP / ZnS QDs हस्तांतरण। 1 मिलीलीटर एसीटोन या मेथनॉल अपकेंद्रित्र ट्यूब और सेंट्रीफ्यूज (10 मिनट के लिए 3,000 XG) में जोड़े। ध्यान से सतह पर तैरनेवाला हटाने और 1 मिलीलीटर tetrahydrofuran (THF) में प्रत्येक वेग भंग।
      2. एक 100 मिलीलीटर दौर नीचे कुप्पी में InP / ZnS QDs THF में भंग स्थानांतरण और 16 मिलीलीटर THF साथ पतला। समाधान में समुच्चय की संख्या को कम करने के लिए, 5-10 मिनट के लिए QDs sonicate।
    2. 10 मिलीलीटर पानी में आणविक ग्रेड 30 मिलीग्राम पाली (Maleic andhydride- alt -1-octadecene), 3- (dimethylamino) -1-propylamine (PMAL-डी) भंग। जल स्नान sonication या कोमल सरगर्मी जब तक समाधान पारदर्शी है पूरी तरह से बहुलक भंग करने के लिए पर्याप्त है।भंवर या जोरदार सरगर्मी के उपयोग के कई बुलबुले, जो QD साथ बहुलक की बातचीत hinders उत्पादन कर सकते हैं। 100 मिलीलीटर दौर नीचे THF में InP / ZnS QDs युक्त कुप्पी के लिए 10 मिलीलीटर बहुलक समाधान जोड़ें।
    3. QD / बहुलक समाधान के लिए एक रोटरी बाष्पीकरण का उपयोग करने से THF लुप्त हो जाना। एक बर्फ स्नान में कुप्पी की जगह बहुलक और QD के बीच बातचीत की सुविधा के लिए वाष्पन है। वैक्यूम के बल पर निर्भर करता है, सबसे THF 10 मिनट के बाद सुखाया जाता है और समाधान परेशान दिखाई देता है।
      1. एक बार जब समाधान 10 मिलीलीटर को सुखाया जाता है, रोटरी बाष्पीकरण से फ्लास्क को हटाने और 30 मिलीलीटर आणविक ग्रेड पानी जोड़ें। रोटरी बाष्पीकरण को कुप्पी लौटें और 2 मिलीलीटर के लिए लुप्त हो जाना जारी है। यह अंतिम कदम वाष्पीकरण कई घंटे लग सकते हैं; सुनिश्चित बर्फ स्नान बनाए रखा है।
    4. एक विंदुक के साथ दौर नीचे कुप्पी से पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs निकालें। एक 3 मिलीलीटर की प्लास्टिक सिरिंज एक 0.1 माइक्रोन नायलॉन एसवाई से जुड़ी का उपयोग कर QD समाधान फ़िल्टरRinge एक 5 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब में फिल्टर।
    5. QDs 20,000 MWCO झिल्ली डायलिसिस यूनिट में रखें और 0.05 एम borate बफर पीएच 8.5 के खिलाफ dialyze अतिरिक्त बहुलक हटा दें। (धीरे-धीरे, 0.05 एम बोरिक एसिड के लिए 0.05 एम सोडियम tetraborate डेकाहाईड्रेट जोड़ने जोरदार सरगर्मी के साथ जब तक पीएच 8.5 इस borate बफर समाधान बनाने के लिए।) एक निर्वात concentrator का उपयोग, 1 मिलीलीटर borate बफर में QDs ध्यान केंद्रित।
    6. भंडारण के लिए, Parafilm के साथ सील करने से पहले नाइट्रोजन गैस के साथ समाधान शुद्ध करना। पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs अंधेरे में 4 डिग्री सेल्सियस पर कम से कम 4 महीने के लिए स्थिर रहे हैं।

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Representative Results

uncoated InP कोर आंखों से दिखाई पर्याप्त रोशनी का प्रदर्शन नहीं करते। हालांकि, InP / ZnS (कोर / शैल) क्वांटम डॉट्स पराबैंगनी विकिरण के तहत आंखों से चमकते प्रतिदीप्ति दिखाई देते हैं। InP / ZnS QDs के प्रतिदीप्ति प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग विशेषता थी। Hexanes में QDs के प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम (चित्रा 1) 533 एनएम पर उत्साहित एक प्रमुख शिखर 73 एनएम के आधा अधिकतम (FWHM) पर एक पूर्ण चौड़ाई के साथ 600 एनएम पर केंद्रित दर्शाता है। Absorbance (0.2) चित्रा 1 में ऑफसेट प्रकाश बिखरने QDs एकत्रित QDs की उपस्थिति, निमिष विश्लेषण (ख़बरदार इन्फ्रा) मतलब सकता है, और इस तरह से संकेत मिलता है कि ज्यादातर QDs एकल, या बहुत छोटे समूहों, QDs के हैं। साथ amphiphilic बहुलक PMAL-डी कोटिंग के बाद, InP / ZnS QDs की मात्रा उपज के रूप में एक मानक 17 Rhodamine बी के साथ QDs के एकीकृत प्रतिदीप्ति तीव्रता की तुलना द्वारा जांच की गई। hexanes में QDs की मात्रा उपज घ थाऔसत पर 7.96% (2 माप, 7.69% और 8.22%) और औसत पर पानी में 6.03% (2 माप, 5.98% और 6.08%) होने की etermined।

पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs के आकार दोनों संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर) और गतिशील प्रकाश बिखरने (DLS) का उपयोग कर विशेषता थी। मंदिर छवियों, जो केवल nanocrystal कोर और खोल (InP / ZnS), जैविक नहीं ligands सतह पर कल्पना, 150,000X की एक नाममात्र बढ़ाई कब्जा कर लिया गया। छवियों फिजी ImageJ 18 का उपयोग कर विश्लेषण किया गया और सीमा द्विआधारी छवियों देने के लिए समायोजित किया गया। न्यूनतम और अधिकतम Feret व्यास के इन पानी में घुलनशील QDs का व्यास निर्धारित करने के लिए औसतन थे। इस डेटा 2.74 ± 0.72 एनएम (आंकड़े 2A एंड बी) के एक औसत व्यास के साथ छोटे, अपेक्षाकृत monodisperse QDs का प्रदर्शन किया। 7 पीएच पर पानी में QDs में PMAL-डी समझाया की प्रभावी hydrodynamic व्यास, डीएलएस का उपयोग करने से मापा गया था। यह होना चाहिएउल्लेख किया कि डीएलएस के माध्यम से प्रभावी hydrodynamic व्यास जैविक ligands और QD की सतह पर पॉलिमर, साथ ही पानी के अणुओं है कि उनके साथ बातचीत सहित solvated QD, उपाय। इसलिए, डीएलएस माप आम तौर पर मंदिर प्रयोगों में प्राप्त की माप की तुलना में काफी बड़े होते हैं। इस माप में, QDs गोलाकार हो ग्रहण कर रहे थे और 30 माप की कुल बीआईसी आंशिक समाधान सॉफ्टवेयर का उपयोग मात्रा से प्रभावी व्यास की गणना करने के लिए कब्जा कर लिया गया। इन मूल्यों को औसतन थे, के 14.8 ± 6.0 एनएम (चित्रा -2) एक औसत व्यास प्रदान करते हैं।

आदेश में निर्धारित करने के लिए यदि संश्लेषित InP / ZnS QDs एकल अणु इमेजिंग के लिए उपयुक्त थे, निमिष विश्लेषण epifluorescence माइक्रोस्कोपी 8 का उपयोग किया गया था। हालांकि यह संभव प्रकाश माइक्रोस्कोपी, "पर" के विश्लेषण का उपयोग व्यक्तिगत QDs देखने के लिए नहीं है और "बंद" प्रतिदीप्ति उत्सर्जन राज्यों रों की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकताप्रतिदीप्ति छवियों में चिमनी QDs puncta। एक puncta एक भी निमिष क्वांटम डॉट का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक "पर" राज्य है कि "बंद" राज्य से भेदभाव कर रहा है दर्शाती है। निमिष QDs की एक फिल्म (विआयनीकृत पानी में लगभग 100 बजे तक पतला) एक 63X, 1.4 एनए, तेल-विसर्जन उद्देश्य के लिए एक उपयुक्त फिल्टर क्यूब और सीसीडी कैमरा के साथ एक epifluorescence माइक्रोस्कोप पर फिट का उपयोग कर कब्जा कर लिया था। छवियाँ 500 फ्रेम के लिए लगातार 30 मिसे जोखिम के साथ कब्जा कर लिया गया। निमिष विश्लेषण ImageJ 19 (चित्रा 3) का उपयोग करते हुए प्रत्येक फ्रेम में एक भी puncta (लगभग 4 पिक्सल) की औसत तीव्रता का विश्लेषण करके प्रदर्शन किया गया था। "पर" और हमारे QDs के "बंद" राज्यों के बीच की खाई में अलग एकल अणु इमेजिंग (चित्रा 3 बी) के लिए अपनी क्षमता दिखाने के लिए।

कोशिकाओं के साथ InP / ZnS QDs की बातचीत भी दोनों विषाक्तता और सेलुलर internalization के माध्यम से जांच की गई। के लियेदोनों अध्ययन, माउस neuroblastoma (N2a) कोशिकाओं का इस्तेमाल किया गया है और सभी प्रयोगों सेलुलर मध्यम (50/50 डी-सदस्य / ऑप्टी सदस्य 10% भ्रूण गोजातीय सीरम और एंटीबायोटिक / कवकनाशी के साथ पूरक) में किए गए। एक trypan नीले विषाक्तता परख 20 QDs की सांद्रता में परिवर्तन के साथ 24 और 48 घंटे के लिए N2a कोशिकाओं incubating द्वारा किया गया था। परिणाम 1-5 एनएम (चित्रा 4) के बीच QD सांद्रता में N2a कोशिकाओं की नगण्य विषाक्तता प्रदर्शित करता है। QD internalization का निरीक्षण करने के लिए, N2a कोशिकाओं 5 और 10 एनएम दोनों पर 12 घंटे के लिए पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs के साथ incubated रहे थे। इन QDs के साथ incubated कोशिकाओं की छवियों 12 घंटा (चित्रा 5) है, जो 21 नैनोकणों के अन्य internalization परिणामों के साथ संगत है के बाद QDs की एक लाइसोसोमल स्थानीयकरण प्रदर्शित करने के लिए प्रकट होता है।

आकृति 1
चित्रा 1. absorbance और प्रतिदीप्ति विशेषता InP / ZnS QDs। Absorbance और 533 एनएम पर उत्साहित hexanes में InP / ZnS की सुधारा प्रतिदीप्ति उत्सर्जन स्पेक्ट्रा, 600 एनएम पर एक अधिकतम absorbance और 73 एनएम के एक FWHM दिखा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. पानी में पॉलिमर-लेपित InP / ZnS QDs का आकार विश्लेषण। (ए) संचरण इलेक्ट्रॉन पानी में भंग InP / ZnS QDs की माइक्रोग्राफ (पैमाने बार = 50 एनएम)। मंदिर का (बी) के कण आकार के वितरण हिस्टोग्राम 2.74 ± 0.72 एनएम के एक औसत व्यास के साथ परिणाम है। (सी) पानी में InP / ZnS QDs के गतिशील प्रकाश बिखरने विश्लेषण, 14.8 ± 6.0 एनएम के एक औसत hydrodynamic व्यास दिखा।large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. InP / ZnS QDs के निमिष विश्लेषण। एक फ्लोरोसेंट puncta विश्लेषण "पर" अलग की उपस्थिति का ब्यौरा और "बंद" (ए) एक निमिष 460 एनएम ± 25 एनएम उत्तेजना फिल्टर का उपयोग कर पानी में InP / ZnS QDs की प्रोफाइल के माध्यम से कहा गया है 500 एनएम लंबे पास उत्सर्जन फिल्टर, और 475 एनएम dichroic दर्पण, और (बी) के एक हिस्टोग्राम एक QD निमिष प्रोफ़ाइल से पिक्सेल तीव्रता का bimodal वितरण का प्रदर्शन। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्रा 4
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चित्रा 5
चित्रा 5. InP / ZnS QDs के internalization N2a कोशिकाओं। में प्रतिदीप्ति InP / ZnS QDs के internalization दिखा माइक्रोग्राफ 0 एनएम नियंत्रण (ए) डीआईसी (बी) QD, और (सी) ओवरले के साथ ऊष्मायन के 12 घंटे, 12 घंटे के बाद के बाद 5 एनएम QDs (डी) डीआईसी (ई) QD, और (के साथ ऊष्मायन के (G) डीआईसी (एच) QD, और (आई) ओवरले के साथ ऊष्मायन के 12 घंटे के बाद। स्केल बार = 10 माइक्रोन। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल अत्यधिक फ्लोरोसेंट InP / ZnS QDs है कि कई जैविक प्रणालियों में इस्तेमाल किया जा सकता का संश्लेषण का विवरण। QD यहाँ संश्लेषित उत्पादों एक प्रतिदीप्ति उत्सर्जन चोटी 73 एनएम (चित्रा 1) के एक FWHM है, जो पहले से वर्णित अन्य syntheses 12 के बराबर है के साथ 600 एनएम पर केंद्रित प्रदर्शन किया। प्रतिक्रिया समय और प्रतिक्रिया तापमान QD संश्लेषण गुणवत्ता और repeatability पर उनकी गहरा प्रभाव के कारण अत्यंत महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं। पानी में solubilization के बाद, QDs लगभग 6% की एक क्वांटम उपज के लिए निर्धारित थे। प्रतिक्रिया समय, तापमान, या अग्रदूत एकाग्रता का रूपांतर QD आकार और उत्सर्जन तरंग है, जो मल्टी स्पेक्ट्रल अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया जा सकता है की ट्यूनिंग की अनुमति देता है।

आकार और सतह प्रभारी अत्यंत महत्वपूर्ण कारक है जब जैविक प्रणालियों में नैनोकणों उपयोग करने पर विचार कर रहे हैं। लक्ष्य biomolecules की अशांति को कम करने के लिए, QDs एक छोटी सी, सोम बनाए रखना चाहिएodisperse आकार। इसके अतिरिक्त, समाधान में QDs की सतह प्रभारी अनायास ही लक्ष्यों की दिशा में बाध्यकारी अविशिष्ट कम करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। (आंकड़े 2A और 2 बी) यहाँ प्रस्तुत QDs के संश्लेषण के मंदिर से 2.74 ± 0.72 एनएम के एक व्यास के साथ QDs उत्पादन (केवल कोर और खोल दिखाई दे रहे हैं)। पानी में घुलनशील QDs 14.8 ± 6.0 एनएम, जो सीडी के आधार पर QDs वर्तमान में जैविक अध्ययन 22 के लिए इस्तेमाल करने के लिए तुलनीय है के लिए एक प्रभावी hydrodynamic व्यास पाए गए। सतह के प्रभारी और जलीय QDs की कार्यक्षमता amphiphilic बहुलक का कार्बोक्सिलेट रासायनिक समूहों के आगे प्रतिक्रिया से संशोधित किया जा सकता है।

निमिष विश्लेषण एकल अणु इमेजिंग अध्ययन के लिए इन InP / ZnS की उपयुक्तता का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया गया था। चूंकि यह संभव प्रकाश माइक्रोस्कोपी का उपयोग व्यक्तिगत QDs कल्पना करने के लिए नहीं है, अलग-अलग QDs के निमिष एक कण की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इस निमिष घटना असतत और के बीच प्रत्यावर्तन है# 34; पर "और" बंद "प्रतिदीप्ति स्टेट्स 23 है, जो समय के साथ एक फ्लोरोसेंट QD puncta की औसत पिक्सेल तीव्रता का उपयोग कर जांच की जा सकती है InP / ZnS QD puncta के प्रतिदीप्ति निशान लक्षण प्रदर्शित करता है।" "और" बंद "राज्यों पर ( चित्रा 3)। इसके अलावा, वहाँ "पर" और एक भी puncta (चित्रा 3 बी) है, जो पिछले अध्ययनों में इस्तेमाल किया गया है एक कण 8 भेद करने की "बंद" राज्यों के बीच कोई ओवरलैप है।

आगे के प्रयोगों सेलुलर के अध्ययन के लिए इन InP / ZnS QDs की उपयुक्तता का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया गया। एक trypan नीले विषाक्तता परख InP / ZnS QDs के biocompatibility आकलन करने के लिए प्रदर्शन किया था। 24 घंटे QD 1-5 एनएम से नगण्य विषाक्तता मनाया गया (चित्रा 4), जो InP / ZnS QDs 11 के लिए विषाक्तता अध्ययन के बराबर है से लेकर सांद्रता में 48 घंटा तक के लिए ऊष्मायन के बाद। पर्याप्त विषाक्तता बेल नहीं मनाया गयाओउ 25 एनएम; इस एकाग्रता बहुत अधिक कई जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक से अधिक है। उदाहरण के लिए, एकल अणु इमेजिंग अध्ययन अक्सर सतह बाध्य सेलुलर रिसेप्टर्स 24 के एक प्रतिनिधि नंबर लेबल करने के लिए QD जांच के प्रधानमंत्री सांद्रता की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, N2a कोशिकाओं 5 एनएम या सेलुलर मीडिया में 12 घंटे के लिए 10 एनएम पर QDs के साथ incubated संकेत मिलता है कि QDs endocytosis के माध्यम से भली भाँति रहे हैं, यानी, QDs कोशिकाओं के भीतर एक कबरा धुंधला पैटर्न प्रदर्शित (चित्रा 5)। इन परिणामों के सेलुलर प्रक्रियाओं की जांच के लिए इन InP / ZnS QDs की उपयुक्तता का संकेत मिलता है।

इस प्रोटोकॉल संश्लेषण और तीव्र प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, अपेक्षाकृत छोटे आकार-dispersity, और जैविक अनुकूलता के साथ पानी में घुलनशील InP / ZnS QDs के functionalization विवरण। इन QD उत्पादों की उच्च गुणवत्ता प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी में एकल QDs के दृश्य है, जो यह दर्शाता है कि वे एकल Molecul के लिए उपयुक्त हैं ने संकेत दिया हैई इमेजिंग। यह अनुमान है कि इन CD-मुक्त QDs संभवतः बहुत कम अध्ययन जैविक प्रणालियों, साथ ही शोधकर्ताओं ने उन्हें पढ़ाई के लिए विषाक्त कर रहे हैं। जैसे, जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए इन में आधारित QDs के उपयोग सीडी के आधार पर QDs करने के लिए एक विवेकपूर्ण विकल्प नहीं है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

लेखकों आभार इस परियोजना के उनके समर्थन के लिए रसायन विज्ञान विभाग और ग्रेजुएट कॉलेज मिसूरी राज्य विश्वविद्यालय में स्वीकार करते हैं। हम भी उनके संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और कार्बन-लेपित ग्रिड के उपयोग के लिए कैंसर रिसर्च के लिए फ्रेडरिक नेशनल लेबोरेटरी में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी प्रयोगशाला स्वीकार करते हैं।

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

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References

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रसायन विज्ञान अंक 108 क्वांटम डॉट्स संश्लेषण ईण्डीयुम फास्फाइड सेलुलर इमेजिंग नैनोकणों प्रतिदीप्ति

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.

सीडी-मुक्त InP / ZnS क्वांटम डॉट्स की संश्लेषण जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त
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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).

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