Waiting
Login processing...

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

Chemistry

توليف الكادميوم خالية من البرنامج النووي العراقي / ZnS الكم النقاط مناسبة للتطبيقات الطبية الحيوية

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

النقاط الكمومية (نقاط الكمية) وشبه الموصلة البلورات النانوية أن يحمل خصائص الفلورسنت عندما المشع مع ضوء 1. نظرا لصغر حجمها (2-5 نانومتر)، الذي يشبه إلى العديد من الجزيئات الحيوية الكبيرة، وسهولة biofunctionalization، نقاط الكمية هي أداة جذابة للغاية للتطبيقات الطبية الحيوية. لقد وجدت استخدامها في وضع العلامات البيولوجية، واحد جزيء التصوير الخلية الحية، وتسليم المخدرات، في الجسم الحي والتصوير، والكشف عن العوامل المسببة للأمراض، وتتبع الخلية، من بين العديد من الاستخدامات الأخرى 2-8.

وقد استخدمت نقاط الكمية على أساس مؤتمر نزع السلاح الأكثر شيوعا في التطبيقات الطبية الحيوية بسبب مضان على المكثف وضيقة بعرض ذروة الانبعاثات 9. ومع ذلك، فقد أثار مخاوف بسبب السمية المحتملة للالكادميوم 2+ أيونات 10 التي يمكن إصدارها من خلال تدهور جسيمات متناهية الصغر. مؤخرا، تم استكشاف نقاط الكمية على أساس البرنامج النووي العراقي كبديل للنقاط الكمية التي تستخدم الأقراص المدمجة لأنهم الحفاظ على العديد من الخصائص مضانمن نقاط الكمية الكادميوم المستندة إلى وقد تكون أكثر حيويا 11. تم العثور على نقاط الكمية على أساس أن مؤتمر نزع السلاح بشكل كبير أكثر سمية من نقاط الكمية على أساس البرنامج النووي العراقي في فحوصات في المختبر في تركيزات منخفضة تصل إلى 10:00، بعد 48 ساعة فقط 11.

لون الانبعاثات مضان من نقاط الكمية هو الحجم الانضباطي 1. وهذا هو، ويبلغ حجم الزيادات QD، انبعاث مضان أحمر المزاحة. حجم وحجم التبعثر من المنتجات QD يمكن تعديلها عن طريق تغيير درجة الحرارة ومدة رد الفعل، أو ظروف الاعتقال المخدرة أثناء التفاعل 12. في حين أن ذروة الانبعاثات من البرنامج النووي العراقي نقاط الكمية هي عادة أوسع وأقل كثافة من نقاط الكمية التي تستخدم الأقراص المدمجة، البرنامج النووي العراقي نقاط الكمية التي يمكن إدخالها في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الألوان المصممة لتجنب التداخل الطيفي، وتكون شديدة بما فيه الكفاية بالنسبة لمعظم التطبيقات الطبية الحيوية 12. تركيب مفصل في هذا البروتوكول غلة نقاط الكمية مع ذروة الانبعاثات الحمراء تركزت في 600 نانومتر.

واتخذت عدة خطوات بالعربيةتركيب ثالثا من النوى QD للحفاظ على سلامة البصرية للنقاط الكمية ولجعلها تتلاءم مع التطبيقات البيولوجية. سطح صلب QD يجب حمايتها من التأكسد أو سطح العيوب التي قد تسبب التبريد. لذلك، وهي مغلفة قذيفة ZnS على جوهر لإنتاج البرنامج النووي العراقي / ZnS (الأساسية / شل) QDS 13. وقد تبين أن هذا الطلاء لحماية معان ضوئي المنتج QD. وقد تبين وجود أيونات الزنك خلال تركيب البرنامج النووي العراقي QD للحد من العيوب السطحية، فضلا عن انخفاض حجم التوزيع 12. حتى مع وجود الزنك 2+ في وسط التفاعل، توليف InZnP من غير المرجح للغاية (12). بعد طلاء، والمغلفة الناتجة نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS في بروابط مسعور مثل أكسيد trioctylphosphine (توبو) أو oleylamine 12،14. البوليمر محبة للجهتين يمكن أن تتفاعل مع بروابط مسعور على سطح QD وكذلك جزيئات الماء بكميات كبيرة لنقلها للذوبان في الماء (15). البوليمرات محبة للجهتين مع كاربومجموعات كيميائية xylate يمكن استخدام "مقابض الكيميائية" لمواصلة functionalize للنقاط الكمية.

تفاصيل هذا البروتوكول التوليف وfunctionalization من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية القابلة للذوبان في الماء مع انبعاث مضان مكثف جدا وصغيرة نسبيا الحجم التبعثر. هذه نقاط الكمية يمكن أن تكون أقل سمية من يشيع استخدامها نقاط الكمية سيلينيد الكادميوم / ZnS. هنا، تركيب البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية يوفر بديلا عمليا للنقاط الكمية التي تستخدم الأقراص المدمجة للتطبيقات الطبية الحيوية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف الإنديوم فوسفيد / الزنك كبريتيد (البرنامج النووي العراقي / ZnS) الكم النقاط

  1. توليف الإنديوم فوسفيد (البرنامج النووي العراقي) الكم دوت الصميم
    1. تناسب 100 مل جولة القاع، 3 الرقبة، وقارورة مع مكثف 12 بوصة. إضافة 30 مل oleylamine (OLA)، 0.398 غرام الإنديوم (الثالث) كلوريد (بما في ذلك 3)، 0.245 غرام من الزنك (الثاني) كلوريد (ZnCl 2) ويقلب مع اخلاء في RT باستخدام فراغ لمدة 1 ساعة. يجب أن يظهر الحل عديم اللون مع راسب أبيض.
    2. باستخدام عباءة التدفئة مع الحرارية ونسبية-لا يتجزأ المشتقة (PID) تحكم في درجة الحرارة، وزيادة درجة حرارة المحلول إلى 120 درجة مئوية. إخلاء حل في ظل فراغ لمدة 20 دقيقة لإزالة الشوائب انخفاض نقطة الغليان التي قد تؤثر على النمو الأساسية.
      ملاحظة: في حين أنه من الممكن استخدام حمام الرمل والحرارة، وذلك باستخدام عباءة التدفئة وPID يزيد من التوحيد واستنساخ المنتجات رد فعل.
    3. تحت غاز خامل (على سبيل المثال، N 2)، ارتداد الحل وزيادة درجة الحرارة إلى 220 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. وبما 3 وZnCl 2 حل تماما، مما أدى إلى حل أصفر شاحب. سماح للحرارة لتحقيق الاستقرار لمدة 10 دقيقة.
    4. تطهير والتخلص منها، 3 مل حقنة بلاستيكية و 4 بوصة، 22 إبرة G مع غاز النيتروجين. باستخدام حقنة، بسرعة تسليم 0.5 مل تريس (dimethylamino) الفوسفين (TDMAP) إلى حل شامل 3. يقلل من درجة حرارة المحلول قليلا ويعود إلى 220 درجة مئوية. التغييرات حل من الشفافية، أصفر شاحب لمبهمة، والأسود.
    5. بعد 9.5 دقيقة، وإزالة قارورة رد فعل من عباءة التدفئة حتى تنخفض درجة حرارة أقل من 200 درجة مئوية. لحماية سلامة النوى البرنامج النووي العراقي، الانتقال مباشرة إلى طلاء ZnS في الخطوة 1.2.1.
  2. توليف الزنك كبريتيد قذائف (ZnS) الكم نقطة
    1. ضع قارورة رد فعل من الخطوة 1.1.5 على عباءة التدفئة واستقرار رemperature على حرارة 200 درجة مئوية. ببطء إضافة 3.58 ز dodecanethiol (دي دي تي) على مدى 15 ثانية إلى محلول يحتوي على البرنامج النووي العراقي نقاط الكمية. السماح للحل للرد لمدة 1 ساعة.
      ملاحظة: ZnS سمك القشرة يمكن أن تختلف عن طريق زيادة أو خفض كمية ستيرات الزنك وأضاف في الخطوة 1.2.4. يمكن تغيير حجم ZnCl 2 أو dodecanethiol في خطوات 1.1.1 و 1.2.1 تؤثر بشكل كبير على نوعية نقاط الكمية عن طريق تغيير حركية التفاعل.
      1. بعد ذلك، إزالة قارورة رد فعل من عباءة التدفئة والسماح للحل لتبريد إلى ما يقرب من 60 درجة مئوية.
    2. مرة واحدة تصل إلى حل البرنامج النووي العراقي / ZnS ~ 60 درجة مئوية، وإضافة 10 مل hexanes ونقل حل كامل تقريبا 45 مل إلى أنبوب الطرد المركزي 50 مل البولي بروبلين. الطرد المركزي العينة (3000 x ج لمدة 10 دقيقة) لإزالة السلائف الصلبة غير المتفاعل.
    3. نقل بعناية طاف على 250 مل زجاجة البولي بروبلين الطرد المركزي، إضافة 200 مل الأسيتون، وأجهزة الطرد المركزي الحل (3000 سز لمدة 10 دقيقة) لترسيب نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS. كما يمكن تقسيم هذا الكتاب إلى أربعة بالتساوي 50 مل أنابيب الطرد المركزي إذا كان الطرد المركزي مع الدوار اللازمة / الملحقات غير متوفر. صب طاف وتجفيف بيليه QD تماما مع غاز النيتروجين لإزالة الأسيتون.
    4. Resuspend ونقاط الكمية في 20 مل مكتب الشؤون القانونية باستخدام صوتنة، ونقل إلى 50 مل جولة القاع، 3 الرقبة، وقارورة تحتوي على 0.474 ز ستيرات الزنك، ويقلب. إخلاء حل في ظل فراغ لمدة 20 دقيقة في RT.
    5. تحت غاز النيتروجين، وزيادة درجة الحرارة إلى 180 درجة مئوية، والسماح للرد فعل على المضي قدما لمدة 3 ساعات. في حين أن هناك أي تغييرات ملحوظة البصرية إلى محلول التفاعل التي تحدث خلال هذا التفاعل، مضيفا ستيرات الزنك يزيد ZnS سمك القشرة، وبالتالي زيادة QY من خلال تحسين التخميل سطح نقاط الكمية 12. وبمجرد رد فعل كاملة، إزالة قارورة من عباءة التدفئة ويسمح الحل ليبرد إلى ما يقرب من 60 درجة مئوية.
    6. وبمجرد أن soluti البرنامج النووي العراقي / ZnSعلى الروافد ~ 60 درجة مئوية، وإضافة 20 مل hexanes ونقل إلى أنبوب الطرد المركزي 50 مل البولي بروبلين. الطرد المركزي العينة (3000 x ج لمدة 10 دقيقة) لإزالة ستيرات الزنك غير المتفاعل.
    7. نقل بعناية وطاف على زجاجة 250 مل الطرد المركزي البولي بروبلين، إضافة 200 مل الأسيتون، وأجهزة الطرد المركزي الحل (3000 x ج لمدة 10 دقيقة) لترسيب البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية. صب بعناية طاف ويجف تماما مع غاز النيتروجين لإزالة الأسيتون.
    8. حل بيليه البرنامج النووي العراقي / ZnS QD في 30 مل الهكسان. دوامة ويصوتن الحل لفترة وجيزة لضمان تشتت كاملة.
    9. كرر تنقية خطوات 1.2.6-1.2.8 اثنين من أكثر الأوقات لضمان إزالة شاملة من بروابط العضوية الزائدة. التفاعلات بين البوليمر محبة للجهتين وQD في الخطوة 1.2 يمكن أن يتعرض للخطر في وجود بروابط الزائدة.
    10. مع حسابات مفصلة من شيه، وآخرون. 16، وتحديد حجم وتركيز نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS تصنيعه باستخدام أشعة فوق البنفسجية فيس الطيفي.

2. المياهالإذابة من البرنامج النووي العراقي / ZnS الكم النقاط باستخدام محبة للجهتين بوليمر

  1. ذوبان المياه
    1. باستخدام نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS من الخطوة 1.2.10، وتمييع جزء من نقاط الكمية مع hexanes الحصول على 1 مل من 1 ميكرومتر نقاط الكمية.
      1. في أنبوب الطرد المركزي، ونقل 0.25 مل البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في كل أنبوب. إضافة 1 مل الأسيتون أو الميثانول إلى أنبوب الطرد المركزي وأجهزة الطرد المركزي (3000 x ج لمدة 10 دقيقة). إزالة بعناية وطاف حل كل راسب في 1 مل رباعي هيدرو الفوران (THF).
      2. نقل نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS الذائبة في THF إلى 100 مل قارورة أسفل جولة وتمييع مع 16 مل THF. للحد من عدد من المجاميع في حل، يصوتن نقاط الكمية في 5-10 دقيقة.
    2. حل 30 ملغ بولي (ماليك بديل andhydride- -1-octadecene)، 3- (dimethylamino) -1-propylamine (PMAL-د) في 10 مل من الماء الصف الجزيئية. حمام الماء صوتنة أو التحريك لطيف حتى حل وشفافة كافية لإذابة تماما البوليمر. الاستخدام دوامة أو التحريك القوي يمكن أن تنتج فقاعات كثيرة، مما يعيق تفاعل البوليمر مع QD. إضافة محلول البوليمر 10 مل إلى 100 مل دورق كروي يحتوي على البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في THF.
    3. تتبخر THF من الحل QD / البوليمر باستخدام المبخر الدوار. ضع الدورق في حمام الثلج بينما تبخر لتسهيل التفاعل بين البوليمر وQD. اعتمادا على قوة من فراغ، وتبخرت معظم THF بعد 10 دقيقة والحل يبدو العكرة.
      1. مرة واحدة يبخر حل ل10 مل، وإزالة قارورة من المبخر الدوار وإضافة 30 مل من الماء الصف الجزيئية. العودة القارورة إلى المبخر الدوار ومواصلة تتبخر إلى 2 مل. هذه الخطوة تبخر النهائية قد يستغرق عدة ساعات؛ ضمان الحفاظ على حمام الثلج.
    4. إزالة نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS للذوبان في الماء من القارورة أسفل مستديرة مع ماصة. تصفية حل QD باستخدام حقنة بلاستيكية 3 مل تعلق على سي النايلون 0.1 ميكرونخواتم تصفية في أنبوب الطرد المركزي 5 مل.
    5. وضع نقاط الكمية إلى 20،000 وحدة MWCO غشاء غسيل الكلى وdialyze ضد 0.05 M بورات عازلة درجة الحموضة 8.5 لإزالة الزائد البوليمر. (إضافة ببطء 0.05 M الصوديوم بورات ثنائي شاملا ديكا هيدرات إلى 0.05 M حمض البوريك، مع التحريك القوي، حتى كان الرقم الهيدروجيني 8.5 لجعل هذا حل العازلة بورات.) باستخدام مكثف فراغ، والتركيز على نقاط الكمية في المخزن بورات إلى 1 مل.
    6. للتخزين، تطهير حل مع غاز النيتروجين قبل أن ينتزع مع بارافيلم. ونقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS للذوبان في الماء مستقرة لمدة 4 أشهر على الأقل في 4 درجات مئوية في الظلام.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

النوى البرنامج النووي العراقي غير المصقول لا تظهر مضان مرئية كبير بالعين. ومع ذلك، يبدو أن البرنامج النووي العراقي / ZnS (الأساسية / شل) نقاط الكم ليتألق الزاهية التي كتبها العين تحت أشعة فوق البنفسجية. اتسمت مضان من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية باستخدام التحليل الطيفي مضان. الطيف مضان من نقاط الكمية في hexanes (الشكل 1) متحمس في 533 نانومتر يدل ذروة رئيسية واحدة تركزت في 600 نانومتر مع العرض الكامل في نصف كحد أقصى (FWHM) من 73 نانومتر. في حين الامتصاصية (0.2) تعويض في الشكل 1 يمكن أن يعني ضمنا نقاط الكمية تناثر الضوء، وبالتالي وجود نقاط الكمية الإجمالية، وامض تحليل (راجع أدناه) تشير إلى أن معظم نقاط الكمية هي واحدة، أو صغيرة جدا مجموعة من نقاط الكمية. بعد طلاء مع محبة للجهتين البوليمر PMAL-د، تم التحقيق العائد الكم من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية بمقارنة كثافة مضان المتكاملة للنقاط الكمية مع رودامين B كمعيار 17. كان د العائد الكم من نقاط الكمية في hexanesالعزم لتكون 7.96٪ في المتوسط ​​(2 القياسات، 7.69٪ و 8.22٪) و6.03٪ في المياه في المتوسط ​​(2 القياسات، 5.98٪ و 6.08٪).

وقد تميزت حجم ذوبان في الماء البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية باستخدام كل من انتقال المجهر الإلكتروني (تيم) وديناميكية تشتت الضوء (DLS). صور تيم، والتي تصور فقط جوهر النانوية وقذيفة (البرنامج النووي العراقي / ZnS)، بروابط ليس العضوية على سطح أسروا، في التكبير الاسمية لل150،000X. وقد تم تحليل الصور باستخدام فيجي يماغيج 18 و تم تعديل عتبة لإعطاء صور ثنائية. وبلغ متوسط ​​أقطار فيريه في الحد الأدنى والحد الأقصى لتحديد أقطار هذه نقاط الكمية القابلة للذوبان في الماء. أظهرت هذه البيانات، نقاط الكمية monodisperse نسبيا صغيرة مع متوسط ​​قطرها 2.74 ± 0.72 نانومتر (أرقام 2A & B). قطر الهيدروديناميكية الفعال للنقاط الكمية في الماء في درجة الحموضة 7، مغلفة في PMAL-د، وقد تم قياس من استخدام DLS. وينبغي أن يكونوأشار إلى أن قطر الهيدروديناميكية فعال عبر DLS يقيس QD الإذابة بالإكترونات، بما في ذلك بروابط العضوية والبوليمرات على سطح QD، وكذلك جزيئات الماء تتفاعل معهم. لذلك، والقياسات DLS عادة ما تكون أكبر بكثير من القياسات التي تم الحصول عليها في التجارب تيم. في هذا القياس، كان يفترض نقاط الكمية أن تكون كروية وتم القبض على ما مجموعه 30 القياسات لحساب القطر الفعال من حيث الحجم باستخدام BIC حلول جزئية البرمجيات. وبلغ متوسط ​​هذه القيم، وتوفير متوسط ​​قطرها 14.8 ± 6.0 نانومتر (الشكل 2C).

من أجل تحديد ما إذا كانت توليفها نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS مناسبة للتصوير جزيء واحد، وامض تم إجراء التحليل باستخدام epifluorescence المجهري 8. في حين أنه من غير الممكن أن نرى نقاط الكمية الفردية باستخدام المجهر الضوئي، وتحليل "على" و "خارج" الدول الانبعاثات مضان يمكن استخدامها لتحديد الصورةنقاط وإنجل نقاط الكمية في الصور مضان. ونقاط وتمثل واحدة وامض نقطة الكم المعارض و"على" دولة ومتمايزة عن الدولة "خارج". تم القبض على فيلم من نقاط الكمية وامض (مخفف إلى ما يقرب من 100 مساء في الماء منزوع الأيونات) باستخدام 63X 1.4 NA، هدف النفط الغمر تركيبها المجهر epifluorescence مع مكعب مرشح المناسب وكاميرا CCD. تم القبض على الصور مع 30 تعرض مللي ثانية على التوالي ل500 إطارات. تم إجراء تحليل امض من خلال تحليل متوسط ​​كثافة من نقاط واحدة (حوالي 4 بكسل) في كل الإطار باستخدام يماغيج 19 (الشكل 3A). وفجوة واضحة بين "على" ودول أخرى "غير" من نقاط الكمية لدينا تظهر قدرتها على جزيء واحد التصوير (الشكل 3B).

تم التحقيق تفاعل نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS مع الخلايا أيضا من خلال كلا من السمية واستيعاب الخلوي. إلىاستخدمت كلتا الدراستين، العصبية الماوس (N2a) الخلايا وأجريت جميع التجارب في المتوسط ​​الخلوي (50/50 D-MEM / غروب MEM تستكمل مع 10٪ مصل بقري جنيني والمضادات الحيوية / مضاد فطري). وأجريت التريبان الأزرق سمية فحص 20 التي يحتضنها خلايا N2a لمدة 24 و 48 ساعة مع تركيزات مختلفة من نقاط الكمية. تظهر نتائج سمية ضئيلة من الخلايا N2a بتركيزات QD بين 1-5 نانومتر (الشكل 4). لمراقبة QD الداخلي، وحضنت الخلايا N2a مع نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS للذوبان في الماء لمدة 12 ساعة في كل من 5 و 10 نانومتر. صور من الخلايا المحتضنة مع هذه نقاط الكمية يبدو أن يبرهن على وجود التعريب الليزوزومية من نقاط الكمية بعد 12 ساعة (الشكل 5)، وهو ما يتسق مع النتائج استيعاب غيرها من الجسيمات النانوية 21.

الشكل 1
الشكل 1. الامتصاصية والإسفار توصيف البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية. الامتصاصية وتصحيح أطياف مضان الانبعاثات من البرنامج النووي العراقي / ZnS في hexanes متحمس في 533 نانومتر، والتي تبين الحد الأقصى لالامتصاصية في 600 نانومتر وFWHM من 73 نانومتر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. تحليل حجم المغلفة البوليمر نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS في المياه. (A) نقل الإلكترون صورة مجهرية من نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS الذائبة في الماء (مقياس بار = 50 نانومتر). (ب) حجم الجسيمات الرسم البياني توزيع تيم النتائج مع متوسط ​​قطرها 2.74 ± 0.72 نانومتر. (ج) تحليل الضوء الحيوي نثر من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في الماء، والتي تبين أن متوسط ​​قطر الهيدروديناميكية 14.8 ± 6.0 نانومتر.large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. تحليل وامض من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية. واحد تحليل نقاط والفلورسنت بالتفصيل وجود متميز "على" و "خارج" الدول من خلال (أ) لمحة امض من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في المياه باستخدام 460 نانومتر ± 25 نانومتر تصفية الإثارة ، 500 نانومتر مرشح تمريرة طويلة الانبعاثات، و 475 نانومتر مرآة مزدوج اللون، و (ب) رسم بياني اظهار التوزيع ذات النسقين من كثافة بكسل من QD واحد وامض الشخصي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. التطبع من البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في N2a الخلايا. الإسفار مجهرية تظهر استيعاب البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية بعد 12 ساعة من الحضانة مع 0 تحكم نانومتر (A) DIC (ب) QD، و (C) تراكب، بعد 12 ساعة من الحضانة مع 5 نانومتر نقاط الكمية (D) DIC (E) QD، و ( (G) DIC (H) QD، و (أنا) تراكب. شريط النطاق = 10 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تفاصيل هذا البروتوكول تركيب نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS الفلورية للغاية والتي يمكن استخدامها في العديد من النظم البيولوجية. المنتجات QD تصنيعه هنا أظهرت ذروة الانبعاثات مضان واحدة تركزت في 600 نانومتر مع FWHM من 73 نانومتر (الشكل 1)، وهو مشابه لغيرها من التوليفات وصفه سابقا 12. وقت رد الفعل ودرجة الحرارة رد فعل خطوات حاسمة للغاية بسبب تأثير عميق على جودة التركيب QD والتكرار. بعد ذوبان في الماء، وكانت نقاط الكمية العزم أن يكون لها عائد الكم من حوالي 6٪. الاختلاف في تركيز وقت رد الفعل، ودرجة الحرارة، أو السلائف يسمح ضبط حجم QD والطول الموجي الانبعاثات، والتي يمكن استخدامها في تطبيقات متعددة الأطياف.

حجم وشحنة السطح من العوامل الهامة للغاية التي يجب مراعاتها عند استخدام الجسيمات النانوية في الأنظمة البيولوجية. للحد من اضطراب في الجزيئات الحيوية الهدف، يجب أن نقاط الكمية الحفاظ صغير يا أستاذحجم odisperse. بالإضافة إلى ذلك، هذا الاتهام سطح نقاط الكمية في حل يمكن تعديلها لتقليل انوعي ملزمة نحو أهداف غير مقصودة. تركيب نقاط الكمية المعروضة هنا تنتج نقاط الكمية التي يبلغ قطرها 2.74 ± 0.72 نانومتر بواسطة تيم (فقط جوهر وقذيفة مرئية) (أرقام 2A و 2B). تم العثور على نقاط الكمية للذوبان في الماء ليبلغ قطرها الهيدروديناميكية فعالة من 14.8 ± 6.0 نانومتر، وهو مشابه لنقاط الكمية التي تستخدم الأقراص المدمجة المستخدمة حاليا للدراسات البيولوجية 22. التهمة السطحية وظيفة نقاط الكمية المائية يمكن تعديلها من قبل المزيد من رد الفعل من مجموعات كيميائية الكربوكسيل من البوليمر محبة للجهتين.

تم استخدام تحليل وامض لاستكشاف مدى ملاءمة هذه البرنامج النووي العراقي / ZnS للدراسات التصوير جزيء واحد. لأنه ليس من الممكن تصور نقاط الكمية الفردية باستخدام المجهر الضوئي، وامض من نقاط الكمية الفردية يمكن أن تستخدم لتحديد الجزيئات واحدة. هذه الظاهرة امض هو اختلاف بين المنفصلة و# 34؛ على "و" إيقاف "مضان ينص 23، والتي يمكن أن يتم التحقيق باستخدام متوسط ​​كثافة بكسل واحدة نقاط والفلورسنت QD مع مرور الوقت وآثار مضان من البرنامج النووي العراقي / ZnS QD نقاط وتثبت مميزة." على "و" دول خارج "( الشكل 3A). وعلاوة على ذلك، لا يوجد تداخل بين "على" و "خارج" الدول من نقاط واحدة (الشكل 3B)، والتي تم استخدامها في الدراسات السابقة لتمييز جزيئات واحدة 8.

استخدمت مزيد من التجارب لاستكشاف مدى ملاءمة هذه نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS للدراسات الخلوية. وأجريت التريبان الأزرق فحص السمية لتقييم توافق مع الحياة من نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS. بعد مرور فترة الحضانة لمدة 24 ساعة حتى 48 ساعة على تركيزات QD تتراوح 1-5 نانومتر، وقد لوحظ سمية تذكر (الشكل 4)، وهو مشابه لدراسات سمية للالبرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية 11. لم يكن لوحظ سمية كبيرة بيلآه 25 نانومتر. هذا التركيز هو أعلى بكثير مما هو مطلوب للعديد من التطبيقات الطبية الحيوية. على سبيل المثال، غالبا ما تتطلب دراسات جزيء واحد التصوير تركيزات PM لجنة التحقيق QD لتسمية عدد تمثيلي من المستقبلات الخلوية محددة سطح 24. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخلايا N2a حضنت مع نقاط الكمية في 5 نانومتر أو 10 نانومتر لمدة 12 ساعة في وسائل الإعلام الخلوية تشير إلى أن نقاط الكمية هي المنضوية عبر الإلتقام، أي نقاط الكمية يبرهن على وجود نمط منقط تلطيخ داخل الخلايا (الشكل 5). وتشير هذه النتائج مدى ملاءمة هذه البرنامج النووي العراقي / ZnS نقاط الكمية في التحقيق العمليات الخلوية.

تفاصيل هذا البروتوكول التوليف وfunctionalization من المياه القابلة للذوبان نقاط الكمية البرنامج النووي العراقي / ZnS مع انبعاث مكثفة مضان، صغيرة نسبيا الحجم التبعثر، والتوافق البيولوجي. يشار إلى جودة عالية لهذه المنتجات QD التي تصور نقاط الكمية واحدة في مضان المجهري، والذي يدل على أنها مناسبة لواحد moleculالبريد التصوير. ومن المتوقع أن هذه نقاط الكمية خالية من الكادميوم يمكن أن تكون أقل سمية كبيرة على النظم البيولوجية درس، فضلا عن الباحثين الذين يدرسون لهم. على هذا النحو، واستخدام هذه نقاط الكمية في القائمة على التطبيقات الطبية الحيوية هو بديل الحكمة نقاط الكمية التي تستخدم الأقراص المدمجة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

والكتاب الامتنان قسم الكيمياء وكلية الدراسات العليا في جامعة ولاية ميسوري على دعمهم لهذا المشروع. ونحن نعترف أيضا مختبر الميكروسكوب الإلكتروني في المختبر الوطني فريدريك لأبحاث السرطان للاستخدام على انتقال المجهر الإلكتروني وشبكات الكربون المغلفة.

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

الكيمياء، العدد 108، نقاط الكم، توليف، الإنديوم فوسفيد، الخلوي التصوير، النانوية، الإسفار

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.

توليف الكادميوم خالية من البرنامج النووي العراقي / ZnS الكم النقاط مناسبة للتطبيقات الطبية الحيوية
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