Los autores agradecen el Departamento de Química y la Escuela de Graduados de la Universidad Estatal de Missouri por su apoyo a este proyecto. También reconocemos el Laboratorio de Microscopía Electrónica en el Laboratorio Nacional de Investigación del Cáncer de Frederick para el uso de su microscopio electrónico de transmisión y rejillas recubiertas de carbono.

1. Síntesis de fosfuro de indio / sulfuro de zinc (InP / ZnS) Quantum Dots <ol><li> Síntesis de fosfuro de indio (InP) Quantum Dot Núcleos <ol><li> Montar un fondo redondo de 100 ml, de 3 bocas, con un condensador de 12 pulgadas. Añadir 30 ml de oleilamina (OLA), cloruro de 0,398 g de indio (III) (incl 3), 0,245 g de cinc (II) cloruro (ZnCl2) y se agita durante la evacuación a temperatura ambiente usando un vacío durante 1 hora. La solución debería aparecer incoloro con un precipitado blanco. </li><li> El uso de una manta de calentamiento con un termopar y controlador de temperatura proporcional-integral-derivativo (PID), aumentar la temperatura de la solución a 120 ° C. Evacuar la solución bajo vacío durante 20 min para eliminar las impurezas de bajo punto de ebullición que pueden afectar el crecimiento del núcleo. Nota: Si bien es posible utilizar un baño de arena y termómetro, usando una manta de calentamiento y PID aumenta la uniformidad y reproducibilidad de los productos de reacción. </li><li> Bajo gas inerte (por ejemplo,, N 2), reflujo la solución y aumentar la temperatura a 220 ° C durante 15 min. La incl 3 y ZnCl 2 completamente disuelven, lo que resulta en una solución de color amarillo pálido. Deje que la temperatura se estabilice durante 10 min. </li><li> Purgar una jeringa desechable de 3 ml de plástico y 4 pulgadas, 22 aguja G con gas nitrógeno. El uso de la jeringa, entregar rápidamente 0,5 ml de tris (dimetilamino) fosfina (TDMAP) a la solución incl 3. La temperatura de la solución disminuye ligeramente y vuelve a 220 ° C. La solución cambia de transparente, amarillo claro a opaco, negro. </li><li> Después de 9,5 min, retirar el matraz de reacción de la camisa de calentamiento hasta que la temperatura disminuye por debajo de 200 ° C. Para proteger la integridad de los núcleos de InP, proceder directamente a la capa de ZnS en el paso 1.2.1. </li></ol></li><li> Síntesis del sulfuro de zinc (ZnS Conchas) Quantum Dot <ol><li> Colocar el matraz de reacción de la etapa 1.1.5 en una manta de calefacción y estabilizar el temperatura a 200 ° C. Agregar lentamente 3,58 g dodecanotiol (DDT) en el transcurso de 15 segundos a la solución que contiene los puntos cuánticos de InP. Deje que la solución reaccione durante 1 hora. Nota: grosor de la cáscara ZnS puede variarse aumentando o disminuyendo la cantidad de estearato de zinc añadido en la etapa 1.2.4. La alteración de la cantidad de ZnCl 2 o dodecanotiol en los pasos 1.1.1 y 1.2.1 puede afectar significativamente la calidad de los puntos cuánticos cambiando la cinética de reacción. <ol><li> Después, retire el matraz de reacción de la camisa de calentamiento y permita que la solución se enfríe a aproximadamente 60 ° C. </li></ol></li><li> Una vez que la solución de InP / ZnS alcanza ~ 60 ° C, añadir 10 ml de hexanos y transferir toda la solución de aproximadamente 45 ml a un tubo de centrífuga de polipropileno de 50 ml. Centrifugar la muestra (3.000 xg durante 10 min) para eliminar los precursores sólidos sin reaccionar. </li><li> transferir con cuidado el sobrenadante a una botella de centrífuga de polipropileno de 250 ml, añadir 200 ml de acetona, y se centrifuga la solución (3.000 xg durante 10 min) para precipitar los puntos cuánticos InP / ZnS. Este volumen también se puede dividir de manera uniforme en cuatro tubos de 50 ml por centrifugación si una centrífuga con rotor / los accesorios necesarios no está disponible. Decantar el sobrenadante y secar el pellet QD a fondo con gas nitrógeno para eliminar la acetona. </li><li> Resuspender los puntos cuánticos en 20 ml OLA utilizando ultrasonidos, transferir a un fondo redondo de 50 ml, de 3 bocas, que contiene 0,474 g de estearato de zinc, y revuelva. Evacuar la solución bajo vacío durante 20 min a TA. </li><li> Bajo gas nitrógeno, aumentar la temperatura a 180 ° C y permite que la reacción continúe durante 3 h. Si bien no hay cambios visuales notables en la solución de reacción que se producen durante esta reacción, la adición de estearato de zinc aumenta el grosor del cascarón ZnS, aumentando así QY mediante la mejora de pasivación de la superficie de los puntos cuánticos 12.. Una vez que la reacción se ha completado, retirar el matraz de la manta calefactora y permita que la solución se enfríe a aproximadamente 60 ° C. </li><li> Una vez que los soluti InP / ZnSen alcances ~ 60 ° C, añadir 20 ml de hexanos y transferir a un tubo de centrífuga de 50 ml de polipropileno. Centrifugar la muestra (3.000 xg durante 10 min) para eliminar el estearato de zinc sin reaccionar. </li><li> transferir con cuidado el sobrenadante a una botella de centrífuga de 250 ml de polipropileno, añadir 200 ml de acetona, y se centrifuga la solución (3.000 xg durante 10 min) para precipitar InP / ZnS puntos cuánticos. Con cuidado, se decanta el sobrenadante y se seca a fondo con gas nitrógeno para eliminar la acetona. </li><li> Disolver el precipitado InP / ZnS QD en 30 ml de hexano. Vortex y someter a ultrasonidos brevemente la solución para asegurar una dispersión completa. </li><li> Repita los pasos de purificación 1.2.6-1.2.8 dos veces más para asegurar la eliminación completa de ligandos orgánicos en exceso. Las interacciones entre el polímero anfifílico y el QD en el paso 1.2 pueden verse comprometidas en presencia de un exceso de ligandos. </li><li> Con cálculos detallados por Xie, et al. 16, determinar el tamaño y concentración de los puntos cuánticos InP / ZnS sintetizados usando espectroscopia UV-Vis. <br/&gt; Nota: La característica espectral importante para este análisis es el hombro del pico de absorción. El valor de longitud de onda y la absorbancia del máximo de este hombro se utiliza para calcular el tamaño y la concentración de los puntos cuánticos, respectivamente. Esta reacción típicamente produce aproximadamente 5 mol de los puntos cuánticos con un pico de emisión a 600 nm. Para sintetizar los puntos cuánticos de diferentes colores, la duración y / o la temperatura de la reacción se pueden modificar. Un tiempo de reacción más largo y / o una temperatura más alta de los resultados de la solución en un pico de emisión desplazada al rojo. Por ejemplo, el aumento de la temperatura de reacción a 240 ° C y mantener el tiempo de reacción de 10 min se traducirá en puntos cuánticos con un pico máximo de emisiones nm 680. Del mismo modo, la reducción de tiempo de reacción a 2 min y la duplicación de cloruro de zinc utilizado resultará en puntos cuánticos con un pico de emisión máxima nm 470. Estos puntos cuánticos InP / ZnS son estables durante al menos un mes a 4 ° C en la oscuridad bajo gas inerte. </li></ol></li></ol> 2. aguaSolubilización de InP / ZnS Quantum Dots El uso de un polímero anfífilo <ol><li> solubilización en agua <ol><li> Uso de los puntos cuánticos InP / ZnS desde el paso 1.2.10, diluir una parte de los puntos cuánticos con hexanos para obtener 1 ml de 1 M puntos cuánticos. <ol><li> En un tubo de centrífuga, transferir 0,25 ml de InP / ZnS puntos cuánticos en cada tubo. Añadir 1 ml de acetona o metanol para el tubo de centrífuga y se centrifuga (3.000 xg durante 10 min). Retirar con cuidado el sobrenadante y disolver cada precipitado en 1 ml de tetrahidrofurano (THF). </li><li> La transferencia de los puntos cuánticos InP / ZnS disueltos en THF en un matraz de 100 ml de fondo redondo y se diluye con 16 ml de THF. Para reducir el número de agregados en solución, los puntos cuánticos someter a ultrasonidos durante 5-10 minutos. </li></ol></li><li> Disolver 30 mg de poli (ácido maleico alt andhydride- -1-octadeceno), 3- (dimetilamino) -1-propilamina (PMAL-d) en 10 ml de agua de grado molecular. Baño de agua sonicación o agitación suave hasta que la solución es translúcido es suficiente para disolver completamente el polímero. losuso de vórtice o agitación vigorosa puede producir muchas burbujas, lo que dificulta la interacción del polímero con el QD. Añadir la solución de polímero 10 ml a los 100 ml matraz de fondo redondo que contiene InP / ZnS puntos cuánticos en THF. </li><li> Se evapora THF de la solución QD / polímero usando un evaporador rotatorio. Colocar el matraz en un baño de hielo mientras se evapora para facilitar la interacción entre el polímero y QD. Dependiendo de la fuerza del vacío, más THF se evapora después de 10 min y la solución aparece turbia. <ol><li> Una vez que la solución se evapora a 10 ml, quitar el matraz del evaporador rotativo y añadir 30 ml de agua de grado molecular. Devolver el matraz al evaporador rotatorio y continuar a evaporarse a 2 ml. Esta etapa de evaporación final puede tomar muchas horas; asegurar el baño de hielo se mantiene. </li></ol></li><li> Quitar los puntos cuánticos InP / ZnS solubles en agua del matraz de fondo redondo con una pipeta. Filtrar la solución QD utilizando una jeringa de plástico de 3 ml unido a un sy nylon 0,1 micrasringe filtrar en un tubo de centrífuga de 5 ml. </li><li> Coloque los puntos cuánticos en una unidad de diálisis de membrana de MWCO de 20.000 y se dializa frente a tampón borato 0,05 M pH 8,5 para eliminar el exceso de polímero. (Añadir lentamente tetraborato decahidrato sódico 0,05 M en ácido bórico 0,05 M, con agitación vigorosa, hasta que el pH es 8,5 para hacer esta solución tampón de borato.) El uso de un concentrador de vacío, concentrar los puntos cuánticos en tampón de borato a 1 ml. </li><li> Para el almacenamiento, purgar la solución con nitrógeno gaseoso antes del sellado con Parafilm. Los puntos cuánticos InP / ZnS solubles en agua son estables durante al menos 4 meses a 4 ° C en la oscuridad. </li></ol></li></ol>

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	<li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semicondictor+clusters,+nanocrystals,+and+quantum+dots.">Semicondictor clusters, nanocrystals, and quantum dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li><li>Michalet, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+dots+for+live+cells,+in+vivo+imaging,+and+diagnostics.">Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics.</a> Science. 307 (5709), 538-544 (2005).</li><li>Jaiswal, J. K., Mattoussi, H., Mauro, J. M., Simon, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+multiple+color+imaging+of+live+cells+using+quantum+dot+bioconjugates.">Long-term multiple color imaging of live cells using quantum dot bioconjugates.</a> Nat. Biotechnol. 21 (1), 47-51 (2009).</li><li>Deerinck, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+fluorescent+quantum+dots+to+confocal,+multiphoton,+and+electron+microscopic+imaging.">The application of fluorescent quantum dots to confocal, multiphoton, and electron microscopic imaging.</a> Toxicol. Pathol. 36 (1), 112-116 (2008).</li><li>Smith, A. M., Duan, H., Mohs, A. M., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioconjugated+quantum+dots+for+in+vivo+molecular+and+cellular+imaging.">Bioconjugated quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (11), 1226-1240 (2008).</li><li>Jamieson, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+applications+of+quantum+dots.">Biological applications of quantum dots.</a> Biomaterials. 28 (31), 4717-4732 (2007).</li><li>Lidke, D. S., Arndt-Jovin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+takes+a+quantum+leap.">Imaging takes a quantum leap.</a> Physiology. 19, 322-325 (2004).</li><li>Fichter, K. M., Flajolet, M., Greengard, P., Vu, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+G-protein-couple+receptor+endosomal+trafficking+pathways+revealed+by+single+quantum+dots.">Kinetics of G-protein-couple receptor endosomal trafficking pathways revealed by single quantum dots.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (43), 18658-18663 (2010).</li><li>Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+luminescent+quantum+dots+for+in+vitro+molecular+and+cellular+imaging.">Engineering luminescent quantum dots for in vitro molecular and cellular imaging.</a> Ann. Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).</li><li>Derfus, A. M., Chan, W. C. W., Bhatia, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+cytotoxicity+of+semiconductor+quantum+dots.">Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots.</a> Nano Lett. 4 (1), 11-18 (2004).</li><li>Brunetti, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=InP/ZnS+as+a+safer+alternative+to+CdSe/ZnS+core/shell+quantum+dots:+in+vitro+and+in+vivo+toxicity+assessment.">InP/ZnS as a safer alternative to CdSe/ZnS core/shell quantum dots: in vitro and in vivo toxicity assessment.</a> Nanoscale. 5 (1), 307-317 (2013).</li><li>Song, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amine-derived+synthetic+approach+to+color-tunable+InP/ZnS+quantum+dots+with+high+fluorescent+qualities.">Amine-derived synthetic approach to color-tunable InP/ZnS quantum dots with high fluorescent qualities.</a> J. Nanopart. Res. 15 (1750), (1750).</li><li>Dabbousi, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=(CdSe)ZnS+core-shell+quantum+dots:+Synthesis+and+characterization+of+a+size+series+of+highly+luminescent+nanocrystallites.">(CdSe)ZnS core-shell quantum dots: Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites.</a> J. Phys. Chem. B. 101 (46), 9463-9475 (1997).</li><li>Micic, O. I., Curtis, C. J., Jones, K. M., Sprague, J. R., Nozik, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+InP+quantum+dots.">Synthesis and characterization of InP quantum dots.</a> J. Phys. Chem. 98 (19), 4966-4969 (1994).</li><li>Qi, L., Gao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+dot-amphipol+nanocomplex+for+intracellular+delivery+and+realtime+imaging+of+siRNA.">Quantum dot-amphipol nanocomplex for intracellular delivery and realtime imaging of siRNA.</a> ACS Nano. 2 (7), 1403-1410 (2008).</li><li>Xie, R., Zheng, L., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleation+kinetics+vs+chemical+kinetics+in+the+initial+formation+of+semiconductor+nanocrystals.">Nucleation kinetics vs chemical kinetics in the initial formation of semiconductor nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (42), 15457-15466 (2009).</li><li>Williams, A. T. R., Winfield, S. A., Miller, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relative+fluorescence+quantum+yields+using+a+computer-controlled+luminescence+spectrometer.">Relative fluorescence quantum yields using a computer-controlled luminescence spectrometer.</a> Analyst. 108, 1067-1071 (1983).</li><li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiji:+An+open-source+platform+for+biological-image+analysis.">Fiji: An open-source platform for biological-image analysis.</a> Nat. Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li><li>Schnieder, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nat. Methods. 9, 671-675 (2012).</li><li>Jin, Y., Kannan, S., Wu, M., Zhao, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toxicity+of+luminescent+silica+nanoparticles+to+living+cells.">Toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells.</a> Chem. Res. Toxicol. 20 (8), 1126-1133 (2007).</li><li>Corazzari, I., Gilardino, A., Dalmazzo, S., Fubini, B., Lovisolo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+CdSe/ZnS+quantum+dots+in+the+lysosomal+acidic+compartment+of+cultured+neurons+and+its+impact+on+viability:+potential+role+of+ion+release.">Localization of CdSe/ZnS quantum dots in the lysosomal acidic compartment of cultured neurons and its impact on viability: potential role of ion release.</a> Toxicol. In Vitro. 27 (2), 752-759 (2013).</li><li>Pons, T., Uyeda, H. T., Medintz, I., Mattoussi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+dimensions,+electrophoretic+mobility,+and+stability+of+hydrophilic+quantum+dots.">Hydrodynamic dimensions, electrophoretic mobility, and stability of hydrophilic quantum dots.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (41), 20308-20316 (2006).</li><li>Durisic, N., Wiseman, P., Grutter, P., Heyes, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+common+mechanism+underlies+the+dark+fraction+formation+and+fluorescence+blinking+of+quantum+dots.">A common mechanism underlies the dark fraction formation and fluorescence blinking of quantum dots.</a> ACS Nano. 3 (5), 1167-1175 (2009).</li><li>Vermehren-Schmaedick, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterogeneous+intracellular+trafficking+dynamics+of+brain-derived+neurotropic+factor+complexes+in+the+neuronal+soma+revealed+by+single+quantum+dot+tracking.">Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotropic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking.</a> PLoS ONE. 9 (4), e95113 (2014).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este protocolo se detalla la síntesis de los puntos cuánticos InP / ZnS altamente fluorescentes que se pueden utilizar en muchos sistemas biológicos. Los productos sintetizados QD aquí exhiben un solo pico de emisión de fluorescencia centrada en 600 nm con una FWHM de 73 nm (Figura 1), que es comparable a otras síntesis anteriormente descritos 12. El tiempo de reacción y la temperatura de reacción son pasos muy importantes debido a su profundo efecto sobre la calidad de la síntesis de QD y repetibilidad. Después de la solubilización en agua, los puntos cuánticos fueron determinados a tener un rendimiento cuántico de aproximadamente 6%. Variación de la concentración de tiempo de reacción, la temperatura, o precursor permite la afinación de tamaño QD y longitud de onda de emisión, que puede ser utilizado en aplicaciones multi-espectrales. El tamaño y la carga superficial son factores muy importantes a considerar cuando se utiliza nanopartículas en los sistemas biológicos. Para reducir al mínimo la perturbación de biomoléculas diana, los puntos cuánticos deben mantener una pequeña, monodisperse tamaño. Además, la carga superficial de los puntos cuánticos en solución puede ser modificado para disminuir la unión no específica hacia los objetivos no deseados. La síntesis de los puntos cuánticos se presentan aquí los puntos cuánticos produjo con un diámetro de 2,74 ± 0,72 nm por TEM (sólo el núcleo y la cubierta son visibles) (Figuras 2A y 2B). Se encontró que los puntos cuánticos solubles en agua para tener un diámetro hidrodinámico efectivo de 14,8 ± 6,0 nm, que es comparable a los puntos cuánticos basados ​​en Cd utilizadas actualmente para estudios biológicos 22. La carga superficial y la funcionalidad de los puntos cuánticos acuosas pueden ser modificados por reacción adicional de los grupos químicos carboxilato del polímero anfifílico. Se utilizó el análisis intermitente para explorar la idoneidad de estos InP / ZnS para los estudios de imagen de una sola molécula. Dado que no es posible visualizar los puntos cuánticos individuales usando microscopía de luz, el parpadeo de los puntos cuánticos individuales se puede usar para identificar partículas individuales. Este fenómeno intermitente es la alternancia entre discretos y# 34; on &quot;y&quot; off &quot;de fluorescencia Unidos 23, que puede ser investigada utilizando la intensidad media de píxeles de un solo punto lagrimal QD fluorescente con el tiempo Los rastros de fluorescencia de InP / ZnS QD puntos lagrimales demuestran característica.&quot; On &quot;y&quot; estados off &quot;( Figura 3A). por otra parte, no hay solapamiento entre la &quot;on&quot; y &quot;off&quot; estados de una sola puntos lagrimales (Figura 3B), que se ha utilizado en estudios previos para distinguir partículas individuales 8. Otros experimentos se utilizaron para explorar la idoneidad de estos puntos cuánticos InP / ZnS para estudios celulares. Un ensayo de toxicidad azul de tripano se realizó para evaluar la biocompatibilidad de los puntos cuánticos InP / ZnS. Después de la incubación durante 24 horas hasta 48 horas a concentraciones de QD que van desde 1 hasta 5 nM, no se observó toxicidad insignificante (Figura 4), ​​que es comparable a los estudios de toxicidad para InP / ZnS puntos cuánticos 11. toxicidad sustancial no se observó below 25 nM; esta concentración es mucho mayor que la requerida para muchas aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, los estudios de imagen de una sola molécula a menudo requieren concentraciones de PM de la sonda una vez al día para marcar un número representativo de receptores celulares unidos a la superficie 24. Además, las células N2a incubadas con los puntos cuánticos a 5 nM o 10 nM durante 12 horas en medios celulares indican que los puntos cuánticos se internalizan a través de endocitosis, es decir, los puntos cuánticos demuestran un patrón de tinción punteada dentro de las células (Figura 5). Estos resultados indican la idoneidad de estos InP / ZnS puntos cuánticos para la investigación de procesos celulares. Este protocolo detalla la síntesis y funcionalización de los puntos cuánticos solubles InP / ZnS agua con intensa emisión de fluorescencia, tamaño relativamente pequeño-dispersidad, y la compatibilidad biológica. La alta calidad de estos productos QD se indica mediante la visualización de los puntos cuánticos individuales en la microscopía de fluorescencia, lo que demuestra que son adecuados para un solo molecule imágenes. Se prevé que estos puntos cuánticos libre-Cd son potencialmente mucho menos tóxicos para los sistemas biológicos estudiados, así como los investigadores que estudian ellos. Como tal, el uso de estos puntos cuánticos basados ​​In-para aplicaciones biomédicas es una alternativa prudente puntos cuánticos basados ​​en Cd.

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Katye M. Fichter
from:
Kathryn M. Fichter

A correction was made to: <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/53684/synthesis-cd-free-inpzns-quantum-dots-suitable-for-biomedical" target="_blank">Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications</a>.

Erratum: Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

Los puntos cuánticos (QDs) son semiconductores nanocristales que exhiben propiedades fluorescentes cuando se irradian con luz 1. Debido a su pequeño tamaño (2-5 nm), que es similar a muchas biomoléculas más grandes, y la facilidad de biofuncionalización, los puntos cuánticos son una herramienta muy atractiva para aplicaciones biomédicas. Ellos han encontrado uso en el etiquetado biológica, una sola molécula de imágenes de células vivas, la administración de fármacos, de formación de imágenes in vivo, la detección de patógenos, y el seguimiento de la célula, entre muchos otros usos 2-8. Los puntos cuánticos basados ​​en Cd se han utilizado más comúnmente en aplicaciones biomédicas debido a su intensa fluorescencia y reducidos anchos de pico de emisión 9. Sin embargo, han surgido preocupaciones debido a la toxicidad potencial de los iones Cd2 + 10 que puede ser puesto en libertad debido a la degradación de la nanopartícula. Recientemente, puntos cuánticos basados ​​en InP se han explorado como una alternativa a los puntos cuánticos basados ​​en Cd porque mantienen muchas de las características de fluorescenciaCd de puntos cuánticos basados ​​y puede ser más biocompatible 11. Puntos cuánticos basados ​​en Cd se han encontrado para ser significativamente más tóxico que los puntos cuánticos basados ​​en InP en ensayos in vitro en concentraciones tan bajas como 10 pM, después de sólo 48 h 11. El color de los puntos cuánticos de emisión de fluorescencia es de tamaño ajustable-1. Es decir, como el tamaño de los aumentos de QD, la emisión de fluorescencia es desplazada al rojo. El tamaño y las dimensiones dispersidad de los productos QD puede ser modificado cambiando la temperatura, duración de la reacción, o las condiciones de concentración de precursor durante la reacción 12. Mientras que el pico de emisión de los puntos cuánticos InP es típicamente más amplio y menos intenso que los puntos cuánticos basados ​​en Cd, InP puntos cuánticos puede hacerse en una gran variedad de colores diseñados para evitar el solapamiento espectral, y son lo suficientemente intensa para la mayoría de aplicaciones biomédicas 12. La síntesis se detalla en este protocolo da los puntos cuánticos con un pico de emisión roja centrada a 600 nm. Varios pasos se toman after síntesis de los núcleos QD para mantener la integridad óptica de los puntos cuánticos y para hacerlos compatibles para aplicaciones biológicas. La superficie del núcleo QD debe ser protegido de defectos de la oxidación o de superficie que pueden causar enfriamiento rápido; Por lo tanto, una concha de ZnS se reviste sobre el núcleo para producir InP / ZnS (core / shell) qds 13. Este revestimiento se ha demostrado que protege la fotoluminiscencia del producto QD. La presencia de iones de zinc durante la síntesis de InP QD se ha demostrado que limitar defectos de la superficie, así como distribución de tamaño de disminución 12. Incluso con la presencia de Zn 2 + en el medio de reacción, la síntesis de InZnP son muy poco probable 12. Después del recubrimiento, los puntos cuánticos resultantes InP / ZnS se recubren en ligandos hidrófobos tales como óxido de trioctilfosfina (TOPO) o oleilamina 12,14. Un polímero anfifílico puede interactuar con ligandos hidrófobos en la superficie QD, así como las moléculas de agua a granel para impartir solubilidad en agua 15. polímeros anfifílicos con carbogrupos químicos xylate se pueden utilizar como &quot;asas químicas&quot; para funcionalizar adicionalmente los puntos cuánticos. Este protocolo se detalla la síntesis y funcionalización de InP / puntos cuánticos ZnS solubles en agua con la emisión de fluorescencia muy intensa y tamaño relativamente pequeño-dispersidad. Estos puntos cuánticos son potencialmente menos tóxicos que los puntos cuánticos CdSe / ZnS de uso común. En esto, la síntesis de InP / ZnS puntos cuánticos ofrece una alternativa práctica a los puntos cuánticos basados ​​en Cd para aplicaciones biomédicas.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="725">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Oleylamine</td>
			<td style="width:92px;">Acros</td>
			<td style="width:119px;">129540010</td>
			<td style="width:283px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Zinc (II) chloride</td>
			<td style="width:92px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">030-003-00-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Indium (III) chloride</td>
			<td style="width:92px;">Chem-Impex&#160;</td>
			<td style="width:119px;">24560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="27">
			<td height="27" style="height:27px;width:232px;">Tris(dimethylamino)phosphine</td>
			<td style="width:92px;">Encompass</td>
			<td style="width:119px;">50-901-10500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">1-dodecanethiol</td>
			<td style="width:92px;">Acros</td>
			<td style="width:119px;">117625000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Hexanes</td>
			<td style="width:92px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:119px;">H292-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:232px;">Acetone</td>
			<td style="width:92px;">TransChemical</td>
			<td style="width:119px;">UN 1090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:232px;">Zinc Stearate</td>
			<td style="width:92px;">Aldrich Chem</td>
			<td style="width:119px;">307564-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Tetrahydrofuran</td>
			<td style="width:92px;">Acros</td>
			<td style="width:119px;">34845-0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Molecular Water</td>
			<td style="width:92px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:119px;">BP2470-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:232px;">Poly(maleic anhyrdride-alt-1-tetradecene), 3-(dimethylamino)-1-propylamine derivative</td>
			<td style="width:92px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">90771-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Boric acid</td>
			<td style="width:92px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:119px;">BP168-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Sodium Tetraborate Decahydrate</td>
			<td style="width:92px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:119px;">BP175-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:232px;">Rhodamine B</td>
			<td style="width:92px;">Aldrich Chem</td>
			<td style="width:119px;">R95-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Nitrogen gas</td>
			<td style="width:92px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;">UN1066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Trypan blue</td>
			<td style="width:92px;">Thermo Sci</td>
			<td style="width:119px;">SV30084.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">3 mL plastic Luer-lock syringe</td>
			<td style="width:92px;">BD</td>
			<td style="width:119px;">309657</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Luer-lock Needle</td>
			<td style="width:92px;">Air-Tite</td>
			<td style="width:119px;">8300014471</td>
			<td>4 inch, 22 gauge</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:232px;">50 mL polypropyene centrifuge tube</td>
			<td style="width:92px;">Falcon</td>
			<td style="width:119px;">352098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">250 mL centrifuge bottle</td>
			<td style="width:92px;">Thermo Sci</td>
			<td>05-562-23</td>
			<td>Nalgene PPCO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">5 mL centrifuge tubes</td>
			<td style="width:92px;">Argos-Tech</td>
			<td style="width:119px;">T2076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">1.5 mL microcentrifuge tubes</td>
			<td style="width:92px;">Bio Plas</td>
			<td style="width:119px;">4150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">0.1 &#956;m Syringe filter</td>
			<td style="width:92px;">Whatman</td>
			<td style="width:119px;">6786-1301</td>
			<td>Puradisc 13 mm nylon filter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Slide-A-Lyzer MINI Dialysis Unit</td>
			<td style="width:92px;">Thermo Sci</td>
			<td style="width:119px;">69590</td>
			<td>20,000 MWCO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Rotary Evaporator</td>
			<td style="width:92px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Centrifuge 5072</td>
			<td style="width:92px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Swinging Bucket with 50 mL tube adapters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Lambda 650 UV/VIS Spectrometer</td>
			<td style="width:92px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:283px;">UV-Vis Spectrophotometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">LS 55 Fluorescence Spectrometer</td>
			<td style="width:92px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:283px;">Fluorometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Axio Observer.A1</td>
			<td style="width:92px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>epifluorescence microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">AxioCam MRm</td>
			<td style="width:92px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>CCD Camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Tecnai TF20 Microscope</td>
			<td style="width:92px;">FEI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Transmisison Electron Miscroscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">TEM Eagle CCD</td>
			<td style="width:92px;">FEI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>TEM CCD Camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">NanoBrook Omni DLS</td>
			<td style="width:92px;">Brookhaven</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:283px;">Dynamic Light Scattering Instrument</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of cd-free inp/zns quantum dots suitable for biomedical applications

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.

Los núcleos no recubiertos InP no demuestran fluorescencia visible por el ojo sustancial. Sin embargo, InP / ZnS (core / shell) puntos cuánticos fluorescentes brillantes parecen a simple vista bajo irradiación UV. La fluorescencia de InP / ZnS los puntos cuánticos se ha caracterizado mediante espectroscopía de fluorescencia. El espectro de fluorescencia de los puntos cuánticos en hexanos (Figura 1) se excita a 533 nm muestra un pico principal centrado a 600 nm con una anchura total a la mitad del máximo (FWHM) de 73 nm. Si bien la absorbancia (0.2) de desplazamiento en la Figura 1 podría implicar puntos cuánticos de dispersión de luz, y por lo tanto la presencia de puntos cuánticos agregados, parpadeando análisis (vide infra) indican que la mayoría de los puntos cuánticos son grupos sola, o muy pequeña, de los puntos cuánticos. Después del recubrimiento con el polímero anfifílico PMAL-d, el rendimiento cuántico de InP / ZnS los puntos cuánticos se investigó mediante la comparación de la intensidad de fluorescencia integrado de los puntos cuánticos con Rodamina B como norma 17. El rendimiento cuántico de los puntos cuánticos en hexanos fue determined ser 7,96% de media (2 mediciones, 7,69% y 8,22%) y 6,03% en agua en promedio (2 mediciones, 5,98% y 6,08%). El tamaño de soluble en agua InP / ZnS puntos cuánticos se caracterizó utilizando tanto microscopía electrónica de transmisión (TEM) y dispersión de luz dinámica (DLS). imágenes TEM, que sólo visualizan el núcleo y la cáscara de nanocristales (InP / ZnS), ligandos no orgánicos en la superficie, fueron capturados con un aumento nominal de 150,000X. Las imágenes se analizaron usando ImageJ Fiji 18 y el umbral se ajustó para dar imágenes binarias. Los diámetros mínimo y máximo de Feret se promediaron para determinar los diámetros de estos puntos cuánticos solubles en agua. Estos datos demostraron puntos cuánticos pequeños, relativamente monodispersas con un diámetro medio de 2,74 ± 0,72 nm (figuras 2A y B). El diámetro hidrodinámico efectivo de los puntos cuánticos en agua a pH 7, encapsulados en PMAL-d, se midió el uso de DLS. Debería serobservó que el diámetro hidrodinámico eficaz a través de DLS mide la QD solvatadas, incluyendo ligandos orgánicos y polímeros sobre la superficie de la QD, así como las moléculas de agua que interactúan con ellos. Por lo tanto, las mediciones DLS son generalmente mucho más grandes que las mediciones obtenidas en los experimentos TEM. En esta medición, los puntos cuánticos se supone que son esféricas y un total de 30 mediciones fueron capturados para calcular el diámetro efectivo por volumen usando el software BIC soluciones parciales. Estos valores se promediaron, proporcionando un diámetro medio de 14,8 ± 6,0 nm (Figura 2C). Con el fin de determinar si los puntos cuánticos InP / ZnS sintetizados fueron adecuados para la formación de imágenes de una sola molécula, parpadeando análisis se realizó utilizando microscopía de epifluorescencia 8. Si bien no es posible ver los puntos cuánticos individuales usando microscopía de luz, el análisis de &quot;on&quot; y los estados de emisión de fluorescencia &quot;off&quot; se pueden utilizar para identificar sIngle puntos cuánticos puntos lagrimales en imágenes de fluorescencia. Un punto lagrimal que representa un solo punto cuántico parpadear exhibe un estado &quot;on&quot; que se diferencia del estado &quot;apagado&quot;. Una película de los puntos cuánticos parpadeantes (diluida a aproximadamente 100 horas, en agua desionizada) fue capturado utilizando un 63X, NA 1.4, objetivo de inmersión en aceite montada sobre un microscopio de epifluorescencia con un cubo de filtro adecuado y cámara CCD. Las imágenes fueron capturadas con 30 mseg exposición consecutivamente durante 500 marcos. Análisis intermitente se realizó mediante el análisis de la intensidad media de un solo punto lagrimal (aproximadamente 4 píxeles) en cada trama usando ImageJ 19 (Figura 3A). La brecha entre distintas en el estado &quot;encendido&quot; y &quot;apagado&quot; estados de nuestros puntos cuánticos muestran su potencial para la formación de imágenes de una sola molécula (Figura 3B). La interacción de los puntos cuánticos InP / ZnS con células también se investigó a través tanto de la toxicidad y la internalización celular. porSe utilizaron ambos estudios, las células de neuroblastoma de ratón (N2a) y todos los experimentos se llevaron a cabo en un medio celular (50/50 D-MEM / Opti-MEM suplementado con suero bovino fetal al 10% y antibiótico / antimicótico). Un ensayo de toxicidad de azul de tripano 20 se realizó mediante la incubación de las células N2a para 24 y 48 horas con concentraciones variables de los puntos cuánticos. Los resultados demuestran la toxicidad insignificante de las células N2a en concentraciones QD entre 1-5 nM (Figura 4). Para observar la internalización QD, las células N2a se incubaron con los puntos cuánticos InP / ZnS solubles en agua durante 12 horas a ambos 5 y 10 nM. Imágenes de las células incubadas con estos puntos cuánticos parece demostrar una localización lisosomal de puntos cuánticos después de 12 hr (Figura 5), que es coherente con otros resultados de internalización de las nanopartículas 21. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53684/53684fig1.jpg" /> Figura 1. La absorbancia y fluorescencia Caracterización de<html> InP / ZnS puntos cuánticos. Absorbancia corregida y los espectros de emisión de fluorescencia de InP / ZnS en hexanos se excita a 533 nm, que muestra una absorbancia máxima a 600 nm y una FWHM de 73 nm. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53684/53684fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53684/53684fig2.jpg" /> Figura 2. Análisis de tamaño de los puntos cuánticos recubiertos de polímero de InP / ZnS en agua. (A) Micrografía electrónica de transmisión de los puntos cuánticos InP / ZnS disueltos en agua (barra de escala = 50 nm). (B) Tamaño de partícula histograma de distribución de TEM resultados con un diámetro medio de 2,74 ± 0,72 nm. (C) Análisis de dispersión de luz dinámica de InP / ZnS puntos cuánticos en agua, que muestra un diámetro hidrodinámico medio de 14,8 ± 6,0 nm.large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53684/53684fig3.jpg" /> Figura 3. Análisis de centelleo de InP / ZnS puntos cuánticos. Individual análisis de puntos lagrimales fluorescente que detalla la presencia de los distintos &quot;on&quot; y &quot;off&quot;, afirma a través de (A) un perfil de parpadeo de InP / ZnS puntos cuánticos en agua usando 460 nm ± 25 nm filtro de excitación , 500 nm filtro pase largo de emisiones, y 475 nm espejo dicroico, y (B) un histograma que muestra la distribución bimodal de intensidad de los píxeles de una vez al día el perfil de parpadear. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53684/53684fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53684/53684fig4.jpg" /> <st. rong&gt; Figura 4. Trypan Blue Ensayo de toxicidad de las células N2a tratados con InP / ZnS puntos cuánticos gráfico que representa la viabilidad de células N2a después de la incubación con InP / puntos cuánticos ZnS para 24 (negro) o 48 h (rojo) con 1 - 25 nM puntos cuánticos . toxicidad insignificante se observa por debajo de 5 nM. Las barras de error se basan en la desviación estándar de la viabilidad en 3 medidas diferentes. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53684/53684fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53684/53684fig5.jpg" /> Figura 5. La internalización de InP / ZnS puntos cuánticos en células N2a. Micrografía de fluorescencia que muestra la internalización de los puntos cuánticos EAD / ZnS después de 12 h de incubación con 0 nM de control (A) DIC (B) una vez al día, y (C) de superposición, después de 12 horas de incubación con 5 puntos cuánticos nm (D) DIC (e) una vez al día, y ( <strong&gt; F) de superposición, y después de 12 h de incubación con 10 puntos cuánticos nm (G) DIC (H) una vez al día, y superposición (I). Barra de escala = 10 micras. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53684/53684fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

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.

Síntesis de Cd-libre EAD / ZnS puntos cuánticos Adecuado para aplicaciones biomédicas

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

13.5K vistas.  Missouri State University. 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.

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Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

Preparación de hidrófobos orgánicos marcos de metal a través de Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanos para la eliminación de amoniaco

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Investigación

Química

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Nanoclusters Síntesis de Immunotargeted Magneto-plasmónica

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Synthesis of Indoxyl-glycosides for Detection of Glycosidase Activities

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are rapidly oxidized, for example by atmospheric oxygen, to indigo type dyes. This reaction enables fast and easy screening in vivo without isolation or purification of enzymes, as well as rapid tests on agar plates or in solution (e.g., blue-white screening, micro-wells) and is used in biochemistry, histochemistry, bacteriology and molecular biology. Unfortunately the synthesis of such substrates proved to be difficult, due to various side reactions and the low reactivity of the indoxyl hydroxyl function. Especially for glucose type structures low yields were observed. Our novel approach employs indoxylic acid ester as key intermediates. Indoxylic acid esters with varied substitution patterns were prepared on scalable pathways. Phase transfer glycosylations with those acceptors and peracetylated glycosyl halides can be performed under common conditions in high yields. Ester cleavage and subsequent mild silver mediated glycosylation yields the peracetylated indoxyl glycosides in high yields. Finally deprotection is performed according to Zempl&#233;n.

Indoxyl glycosides are well-established and widely used tools for enzyme screening and enzyme activity monitoring. Especially for glucose type structures previous syntheses proved to be challenging and low yielding. Our novel approach employs indoxylic acid esters as precious intermediates to yield a considerable number of indoxyl glycosides in good yields.

Síntesis de indoxil-glucósidos para la detección de glucosidasa Actividades

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

Fabricación y pruebas de termómetros fotónicos

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical properties, which allow for the absorption of near-infrared (NIR) light and can subsequently convert it into multiplexed emissions that span over a broad range of regions from the UV to the visible to the NIR. This article presents detailed experimental procedures for high-temperature co-precipitation synthesis of core-shell UCNs that incorporate different lanthanide ions into nanocrystals for efficiently converting deep-tissue penetrable NIR excitation (808 nm) into a strong blue emission at 480 nm. By controlling the surface modification with biocompatible polymer (polyacrylic acid, PAA), the as-prepared UCNs acquires great solubility in buffer solutions. The hydrophilic nanocrystals are further functionalized with specific ligands (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) for localization on the cell membrane. Upon NIR light (808 nm) irradiation, the upconverted blue emission can effectively activate the light-gated channel protein on the cell membrane and specifically regulate the cation (e.g., Ca2+) influx in the cytoplasm. This protocol provides a feasible methodology for the synthesis of core-shell lanthanide-doped UCNs and subsequent biocompatible surface modification for further cellular applications.

A protocol is presented for the synthesis of core-shell lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) and their cellular applications for channel protein regulation upon near-infrared (NIR) light illumination.

Síntesis de Core-shell dopados con lantánidos Upconversion nanocristales para aplicaciones celulares

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal structure and probing the hydrogen-bond (H-bond) dynamics of the water molecules adsorbed on solid surfaces are fundamental issues of water science, which remains a great challenge owing to the light mass and small size of hydrogen. Scanning tunneling microscopy (STM) is a promising tool for attacking these problems, thanks to its capabilities of sub-&#197;ngstr&#246;m spatial resolution, single-bond vibrational sensitivity, and atomic/molecular manipulation. The designed experimental system consists of a Cl-terminated tip and a sample fabricated by dosing water molecules in situ onto the Au(111)-supported NaCl(001) surfaces. The insulating NaCl films electronically decouple the water from the metal substrates, so the intrinsic frontier orbitals of water molecules are preserved. The Cl-tip facilitates the manipulation of the single water molecules, as well as gating the orbitals of water to the proximity of Fermi level (EF) via tip-water coupling. This paper outlines the detailed methods of submolecular resolution imaging, molecular/atomic manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy of interfacial water. These studies open up a new route for investigating the H-bonded systems at the atomic scale.

Here, we present a protocol to investigate the structure and dynamics of interfacial water at the atomic scale, in terms of submolecular resolution imaging, molecular manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy.

Sondear la estructura y dinámica del agua superficial con túnel microscopía de barrido y espectroscopia

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a challenge, as it requires asymmetric growth of symmetric crystals. Here, we report a distinctive synthesis of substrate-bound Au nanowires. This template-free synthesis employs thiolated ligands and substrate adsorption to achieve the continuous asymmetric deposition of Au in solution at ambient conditions. The thiolated ligand prevented the Au deposition on the exposed surface of the seeds, so the Au deposition only occurs at the interface between the Au seeds and the substrate. The side of the newly deposited Au nanowires is immediately covered with the thiolated ligand, while the bottom facing the substrate remains ligand-free and active for the next round of Au deposition. We further demonstrate that this Au nanowire growth can be induced on various substrates, and different thiolated ligands can be used to regulate the surface chemistry of the nanowires. The diameter of the nanowires can also be controlled with mixed ligands, in which another &#34;bad&#34; ligand could turn on the lateral growth. With the understanding of the mechanism, Au nanowire-based nanostructures can be designed and synthesized.

We report a solution-based method to synthesize substrate-bound Au nanowires. By tuning the molecular ligands used during the synthesis, the Au nanowires can be grown from various substrates with different surface properties. Au nanowire-based nanostructures can also be synthesized by adjusting the reaction parameters.

Síntesis de nanocables de Au sustrato enlazado mediante un mecanismo activo crecimiento superficial

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

Escherichia coli-Based Cell-Free Protein Synthesis: Protocols for a robust, flexible, and accessible platform technology

Over the last 50 years, Cell-Free Protein Synthesis (CFPS) has emerged as a powerful technology to harness the transcriptional and translational capacity of cells within a test tube. By obviating the need to maintain the viability of the cell, and by eliminating the cellular barrier, CFPS has been foundational to emerging applications in biomanufacturing of traditionally challenging proteins, as well as applications in rapid prototyping for metabolic engineering, and functional genomics. Our methods for implementing an E. coli-based CFPS platform allow new users to access many of these applications. Here, we describe methods to prepare extract through the use of enriched media, baffled flasks, and a reproducible method of tunable sonication-based cell lysis. This extract can then be used for protein expression capable of producing 900 &#181;g/mL or more of super folder green fluorescent protein (sfGFP) in just 5 h from experimental setup to data analysis, given that appropriate reagent stocks have been prepared beforehand. The estimated startup cost of obtaining reagents is $4,500 which will sustain thousands of reactions at an estimated cost of $0.021 per &#181;g of protein produced or $0.019 per &#181;L of reaction. Additionally, the protein expression methods mirror the ease of the reaction setup seen in commercially available systems due to optimization of reagent pre-mixes, at a fraction of the cost. In order to enable the user to leverage the flexible nature of the CFPS platform for broad applications, we have identified a variety of aspects of the platform that can be tuned and optimized depending on the resources available and the protein expression outcomes desired.

Escherichia coli-Based Cell-Free Protein Synthesis: Protocols for a robust, flexible, and accessible platform technology

This protocol details the steps, costs, and equipment necessary to generate E. coli-based cell extracts and implement in vitro protein synthesis reactions within 4 days or less. To leverage the flexible nature of this platform for broad applications, we discuss reaction conditions that can be adapted and optimized.

Escherichia coli-base libres de células síntesis de la proteína: protocolos para una tecnología de plataforma robusta, flexible y accesible

Over the last 50 years, Cell-Free Protein Synthesis (CFPS) has emerged as a powerful technology to harness the transcriptional and translational capacity ...

Synthesis of In37P20(O2CR)51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 clusters have been observed as intermediates in the synthesis of InP quantum dots from molecular precursors (In(O2CR)3, HO2CR, and P(SiMe3)3) and may be isolated as a pure reagent for subsequent study and use as a single-source precursor. These clusters readily convert to crystalline and relatively monodisperse samples of quasi-spherical InP quantum dots when subjected to thermolysis conditions in the absence of additional precursors above 200 &#176;C. The optical properties, morphology, and structure of both the clusters and quantum dots are confirmed using UV-Vis spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, transmission electron microscopy, and powder X-ray diffraction. The molecular symmetry of the clusters is additionally confirmed by solution-phase 31P NMR spectroscopy. This protocol demonstrates the preparation and isolation of atomically-precise InP clusters, and their reliable and scalable conversion to InP QDs.

Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

A protocol for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots is presented.

Síntesis de37P20(O2CR)51 racimos y su conversión a puntos cuánticos INP

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 ...

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands for in vivo investigations. Within this protocol, a robust and reliable remote-controlled radiosynthesis of [11C]SNAP-7941, an antagonist to the melanin-concentrating hormone receptor 1, is described. The radiosynthesis starts with cyclotron produced [11C]CO2 that is subsequently further reacted via a gas-phase transition to [11C]CH3OTf. Then, this reactive intermediate is introduced to the precursor solution and forms the respective radiotracer. Chemical as well as the radiochemical purity are determined by means of RP-HPLC, routinely implemented in the radiopharmaceutical quality control process. Additionally, the molar activity is calculated as it is a necessity for the following real-time kinetic investigations. Furthermore, [11C]SNAP-7941 is applied to MDCKII-WT and MDCKII-hMDR1 cells for evaluating the impact of P-glycoprotein (P-gp) expression on cell accumulation. For this reason, the P-gp expressing cell line (MDCKII-hMDR1) is either used without or with blocking prior to experiments by means of the P-gp substrate (&#177;)-verapamil and the results are compared to the ones observed for the wildtype cells. The overall experimental approach demonstrates the importance of a precise time-management that is essential for every preclinical and clinical study using PET tracers radiolabelled with short-lived nuclides, such as carbon-11 (half-life: 20 min).

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

Here, we represent a protocol for the fully automated radiolabelling of [11C]SNAP-7941 and the analysis of the real-time kinetics of this PET-tracer on P-gp expressing and non-expressing cells.

Aspecto técnico de la síntesis automatizada y evaluación cinética en tiempo real de [11C]SNAP-7941

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands ...