단일 분자 이미징을위한 소형 양자 점
Summary
우리는 단일 분자 형광 이미징을위한 최소화 유체 역학적 크기 콜로이드 양자 점의 준비에 대해 설명합니다. 기존의 양자 점에 비해,이 나노 입자는 구형 단백질의 크기와 비슷합니다 및 단일 분자 밝기, photodegradation에 대한 안정성 및 단백질과 세포에 특이 현상 바인딩에 대한 저항에 최적화되어 있습니다.
Abstract
단일 분자 이미징은 biomolecular 기능의 메커니즘을 이해하고 세포 생물학 1-4 기초 분자 행동의 공간과 시간적 이질성을 시각화를위한 중요한 도구입니다. 이미지의 관심 개별 분자를로, 일반적으로 형광 태그 (염료, 단백질, 구슬, 또는 양자 점)에 복합 및 epifluorescence 또는 총 내부 반사 형광 (TIRF) 현미경으로 관찰합니다. 염료와 형광 단백질 수십 년 동안 형광 이미징의 의지가되는 것되었습니다 있지만, 자신의 형광 신호의 전체 손실되기 전에 관찰 몇 초 만에 항복, 개별 분자를 관찰 할 필요가 높은 광자 fluxes에서 불안정합니다. 라텍스 구슬 및 염료 표시된 구슬은 개선 신호 안정성을 제공하지만, deleteriously 연구 아래에있는 분자의 확산과 동작을 변경할 수 있습니다 획기적으로 큰 유체 역학적 크기의 비용.
ntent는 "> 양자 점 (QDs)은이 두 문제가 정권 사이의 균형을 제공합니다.이 나노 입자는 반도체 재료로 구성되어 있으며 photodegradation 5 뛰어난 저항과 hydrodynamically 소형 크기 설계 할 수 있습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 QDs 사용 설정에 역할을되었습니다 단일 분자 수준에서 복잡한 macromolecular 문제의 장기 관찰. 그러나 이러한 입자는 여전히 이러한 자신의 크기가 여전히 4,6 너무 큰 세포 세포질과 분열 neuronal 신경 등 사람들이 많은 분자 환경에서 장애 확산을 전시 할 수 발견되었습니다 , 7.콜로이드 안정성, photostability, 밝기, 그리고 과거 8,9에 소형 QDs의 유틸리티를 방해 한 특이 현상 바인딩 오프셋을 균형하면서 최근 우리는 코어와 최소화 유체 역학적 크기 QDs의 표면 코팅을 설계했습니다. 이 문서의 목적은 입증하는 것입니다절연 카드뮴 Y 아연 1 Y S 쉘, 짧은 폴리에틸렌 글리콜과 수정 multidentate 고분자 리간드들과의 코팅 (코팅 합금 HG X CD 1-X 놈들이 코어 구성이 최적화 된 nanocrystals의 합성, 수정, 및 특성, PEG) 체인 (그림 1). 기존의 CdSe의 nanocrystals에 비해, HG X CD 1-X 놈들이 합금은 강화 된 세포의 신호 대 노이즈 비 세포 독성 눈에 보이는 파장의 여기에 붉은 색과 가까운 적외선 파장에서 형광, 형광의 큰 양자 수율을 제공합니다. Multidentate 폴리머 코팅 유체 역학적 크기를 최소화하기 위해 폐쇄와 평면 형태의 nanocrystal의 표면에 바인딩, 그리고 PEG는 세포와 분자에 특이 현상 바인딩을 최소화하기 위해 표면 전하를 중화. 최종 결과는 550-800 nm의 12 나노 미터 근처에있는 총 유체 역학적 크기 사이의 방출과 밝은 형광 nanocrystal입니다. 이들에많은 수용성 구형 세포의 단백질, 그리고 기존의 PEGylated QDs (25-35 nm 정도)보다 실질적으로 더 작은으로 보자 크기까지 다양합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
기존의 CdSe 양자 점에 비해, 삼원 합금 HG X CD 1-X 놈들의 nanocrystals는 크기와 독립적으로 형광 파장에서 조정 할 수 있습니다. 크기가 처음 CdSe nanocrystal 코어의 합성 중에 선택되어 있으며, 형광 파장은 실질적으로 nanocrystal 크기 9 변경하지 않는 보조 수은 양이온 교환 단계에서 선택됩니다. 그것은 정화 HG X CD 1-X 놈들의 nanocrystals이 상한 전에 최소 24 시간 동…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 전자 현미경 영상에 모리 대학의 통합 현미경 코어에서 박사 홍콩 이순신 감사드립니다. 이 작품은 (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338 및 1K99CA154006-01) NIH 교부금의 후원했다.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Selenium | Sigma-Aldrich | 229865 | |
| Tri-n-octylphosphine | Strem | 15-6655 | 97% pure, unstable in air |
| Cadmium oxide | Sigma-Aldrich | 202894 | Highly toxic: use caution |
| Tetradecylphosphonic acid | PCI Synthesis | 4671-75-4 | |
| Octadecene | Alfa Aesar | L11004 | Technical grade |
| Hexadecylamine | Sigma-Aldrich | H7408 | |
| Diphenylphosphine | Sigma-Aldrich | 252964 | Pyrophoric |
| Mercury acetate | Sigma-Aldrich | 456012 | Highly toxic: use caution |
| 1-Octanethiol | Sigma-Aldrich | 471836 | Strong odor |
| Oleic acid | Sigma-Aldrich | W281506 | |
| Zinc acetate | Alfa Aesar | 35792 | |
| Cadmium acetate hydrate | Sigma-Aldrich | 229490 | Highly toxic: use caution |
| Oleylamine | Fisher Scientific | AC12954 | Unstable in air |
| Sulfur | Sigma-Aldrich | 344621 | |
| Trioctylphosphine oxide | Strem | 15-6661 | 99% |
| Pyridine | VWR | EM-PX2012-6 | Anhydrous |
| Thioglycerol | Sigma-Aldrich | M1753 | Strong odor |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | 471283 | Anhydrous |
| Dialysis tubing | Spectrum Labs | 131342 | 20 kDa cutoff |
| Centrifugal filter | Millipore | UFC801024 | 10 kDa cutoff |
| Monoamino-PEG | Rapp Polymere | 12 750-2 | 750 Da |
| DMTMM, 4-(4,6-Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride hydrate | Alfa Aesar | H26333 | |
| AKTAprime Plus Chromatography System | GE HealthCare | ||
| Superose 6 10/300 GL chromatography column | GE HealthCare | 17-5172-01 | |
| Agarose, OmniPur | VWR | EM-2120 | |
Appendix Synthesis of mercury octanethiolate: Slowly add a methanol solution of mercury acetate (1 eq.) to a stirring solution of 1-octanethiol (3 eq.) and potassium hydroxide (3 eq.) in methanol at room temperature. Isolate the mercury(II) octanethiolate precipitate via filtration, wash two times with methanol and once with ether, and then dry under vacuum. Synthesis of multidentate polymer: Dissolve polyacrylic acid (1 g, 1,773 Da) in 25 ml dimethylformamide (DMF) in a 150 ml three-necked flask and bubble with argon for 30 min. Add an anhydrous solution of cysteamine (374 mg, 4.87 mmol) in 10 ml DMF. At room temperature with vigorous stirring, slowly add anhydrous diisopropylcarbodiimide (DIC, 736 mg, 5.83 mmol) over 30 min, followed by triethylamine (170 μl, 1.22 mmol), and allow the reaction to proceed for 72 hr at 60 °C. Add mercaptoethanol (501 mg, 6.41 mmol) to quench the reaction, and stir for 2 hr at room temperature. Remove DMF via rotary evaporation and isolate the polymer with the addition of a 2:1 mixture of ice-cold acetone:chloroform, followed by centrifugation. Dissolve the polymer in ~5 ml anhydrous DMF, filter, precipitate again with diethyl ether, and repeat. Dry the product under vacuum and store under argon. Determination of CdSe core diameter: From the UV-Vis absorption spectrum determine the wavelength of the first exciton peak (λ, in nm), which is the longest-wavelength peak (e.g. roughly 498 nm for CdSe in Figure 2a), and use the sizing curve of Mulvaney and coworkers 12:
Determination of CdSe nanocrystal concentration: From a background-subtracted UV-Vis spectrum of an optically clear solution of CdSe nanocrystals, determine the absorption at 350 nm wavelength. Serial dilutions can be used to determine if the optical absorption is within the linear range of Beer’s Law. The nanocrystal concentration (QD, in M) can be determined by plugging in the nanocrystal diameter (D, in nm), the optical absorption value (A3sa), and the cuvette path length (l, in cm) into the following equation from the empirical correlation of Bawendi and coworkers 13:
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References
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