המחברים מבקשים להודות לד&quot;ר הונג יי בליבה המיקרוסקופית המשולבת אוניברסיטת האמורי להדמיה מיקרוסקופית אלקטרונים. עבודה זו מומנה על ידי מענקי NIH (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338, ו1K99CA154006-01).

ההליכים כרוכים בטכניקות הבאים סינתזת אוויר ללא תקן ושימוש ב/ סעפת גז אינרטי ואקום; המתודולוגיה מפורטת ניתן למצוא בהפניות 10 ו 11. MSDS לכל החומרים רעילים ודליקים יש להתייעץ לפני השימוש ותרכובות כל דליקות ו / או אוויר בלתי יציבות יש aliquoted לתוך צלוחיות מחיצה אטומות בתא הכפפות או בתיק כפפה. 1. סינתזה של Selenide קדמיום מרקורי (הכספי x Cd 1-x Se) ליבות נקודה קוונטית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון M 0.4 הסלניום בtrioctylphosphine (למעלה). הוסף סלניום (0.316 גרם, 4 mmol) לבקבוק 50 מ&quot;ל 3-צוואר, אז לפנות ולמלא עם הארגון באמצעות קו Schlenk. בתנאים נטולי אוויר (חנקן יבש או אווירת ארגון), להוסיף TOP וחום מ&quot;ל 10-100 ° C תוך ערבוב 1 השעה להניב פתרון ברור, חסר צבע. לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדר ולהגדיר את הבקבוק בצד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבקבוק 250 מ&quot;ל 3-צוואר, להוסיף תחמוצת קדמיום (CDO 0.0770 גרם, 0.6 mmol), tetradecylphosphonic חומצה (TDPA, 0.3674 גרם, 1.32 mmol), וoctadecene (יודה, 27.6 מ&quot;ל), ולפנות את הפתרון באמצעות קו Schlenk תוך ערבוב. הגדל את הטמפרטורה ל 100 מעלות צלזיוס, ולפנות ל15 דקות נוספות כדי להסיר זיהומי נקודת רתיחה נמוכה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת ארגון או גז חנקן, מחמם את התערובת עד 300 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 לפרק CDO באופן מלא. הפתרון ישתנה מצבע אדמדם לצלול וחסרי צבע. לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף hexadecylamine (HDA, 7.0 גר &#39;) לפתרון קדמיום, חום עד 70 מעלות צלזיוס, ולהתפנות. ברגע שלחץ תמידי להשגה, להגביר את הטמפרטורה ל 100-110 מעלות צלזיוס וריפלוקס הפתרון למשך 30 דקות. לעבור את שסתום קו Schlenk לגז אינרטי ולהכניס את הצמד התרמי ישירות לפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתנאים נטולי אוויר, להוסיף diphenylphosphine (DPP, 100 μl) לפתרון ולהעלות את הטמפרטורה של 310 ° C. הסר 7.5 מ&quot;ל של הפתרון 0.4 מ &#39;TOP-Se(סלניום mmol 3) במזרק פלסטיק חד פעמי מצורף מחט מד 16. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שטמפרטורת equilibrates ב310 מעלות צלזיוס, להגדיר את בקר הטמפרטורה ל 0 מעלות צלזיוס, ובזריזות להזריק פתרון TOP-Se ישירות לתוך פתרון קדמיום. הפתרון ישתנה מחסרי צבע לצהוב כתום והטמפרטורה תהיה ירידה במהירות ולהגדיל שוב ל ~ 280 ° C. לאחר 1 דקות של תגובה, הסר את הבקבוקון ממעטפת החימום ומהירות מגניבה עם זרם של אוויר עד שהטמפרטורה היא פחות מ 200 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הטמפרטורה מגיעה ל ~ 40 ° C, לדלל עם 30 המ&quot;ל הקסאן, רוב מבשר קדמיום הנותר יהיה ליישב מחוץ לפתרון. הסר משקע זה על ידי צנטריפוגה (5000 XG, 10 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכל אחד מצינור 6 50 מ&quot;ל פוליפרופילן חרוטי צנטריפוגה, לדלל 12 מ&quot;ל של פתרון ננו הגולמי עם אצטון 40 מ&quot;ל, צנטריפוגה (5000 XG למשך 10 דקות), ובזהירות למזוג ולהשליך supernatant. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממס את nanocrכדורי ystal בקסאן (25 מיליליטר נפח כולל). חלץ את הפתרון הזה 3 פעמים עם נפח שווה של מתנול, שמירת השלב העליון. לחילוץ השלישי, הנפח של מתנול יכול להיות מותאם ל~ 15 מ&quot;ל כדי להשיג פתרון הקסאן מרוכז של QDs CdSe הטהור בבערך 200 מיקרומטר. התשואה האופיינית של התגובה הזו היא 3 μmol של nanocrystals CdSe בקוטר של 2.3 ננומטרים (50-60 תשואת תגובת%). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את הקוטר וריכוז ננו על ידי מדידת ספקטרום בליעת UV-VIS ויעוץ בטבלה המידות לגוף של Mulvaney ועמיתים לעבודה 12 ומתאמי הכחדת Bawendi ועמיתים לעבודה 13. ראה נספח לפרטים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חילופי קטיון מרקורי: את nanocrystals ניתן להחליף עם כספית באופן חלקי לאדום להעביר את הבליעה ופליטת קרינה. מערבב יחד במטרה הבאה בבקבוקון 20 מיליליטר זכוכית עם stirbar (התגובה הזו עשויה להיות מדורגת כרצויה): 3 המ&quot;ל הקסאן, 2 מיליליטר כלורופורם, Cd מיקרומטר 1 המ&quot;ל 200פתרון Se QD (200 nmol), oleylamine 15 μl (OLA), ו500 μl של פתרון 0.1 מ &#39;מהמ&quot;כ (OT) 2 בכלורופורם. מרקורי octanethioate (HgOT 2) יכול להיות מוכן על ידי מגיב יצטט כספית וoctanethiol במתנול (ראה נספח). ככל שמתקדם תגובת exchange קטיון, ההיקף אדום המשמרת עשוי להיות במעקב עם ספקטרופוטומטריה ספיגת UV-Vis. לאחר שלהקת הקליטה הרצויה הושגה, מדידת הבליעה של פתרון ננו ב 350 ננומטר ולקבוע מקדם ההכחדה החדשה, בהנחה שריכוז ננו לא השתנה (30.7 מיקרומטר בדוגמה זו). להרוות את התגובה על ידי הסרת כספית unreacted: להוסיף 5 המ&quot;ל decane, הקסאן 10 מ&quot;ל, ומתנול מ&quot;ל 7 ולחלץ פתרון, שמירת השלב העליון המכיל את nanocrystals. לחלץ עוד פעמים בקסאן ומתנול, ולהתאים את עוצמת הקול של מתנול, כך שהשלב העליון הוא ~ 7 מ&quot;ל. אם השלבים הם איטיים להפריד, הפתרון עשוי להיות centrifuged (5000 XG,10 דקות). הוסף TOP 100 μl, OLA 100 μl, וחומצה אולאית 100 μl לnanocrystals אחרי אצטון מ&quot;ל 40 כדי לזרז ירידת משקעים. לאסוף את nanocrystals באמצעות צנטריפוגה ולפזר בקסאן 3 מ&quot;ל. צנטריפוגה שוב כדי להסיר את הרכיבים מסיסים ולקבוע את ריכוז ננו שוב, תוך שימוש במקדם ההכחדה החדש ב 350 ננומטר. אפשר פתרון ננו לגיל במשך לפחות 24 שעות בטמפרטורת חדר לפני שתמשיך לשלב הבא. </li></ol> 2. צמיחה של אבץ גופריתי קדמיום (Cd y Zn 1-y S) Shell <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 0.1 פתרונות מבשרים פגז ז 50 מיליליטר צלוחיות 3-עורפות. קדמיום מבשר: מימה קדמיום יצטט (230.5 מ&quot;ג, mmol 1) ו 10 המ&quot;ל oleylamine (OLA). מבשר אבץ: אבץ יצטט (183.5 מ&quot;ג, mmol 1) 10 מ&quot;ל ואולה. מבשר גופרית: גופרית (32.1 מ&quot;ג, mmol 1) ו 10 מ&quot;ל יודה. תחת ואקום, חום כל פתרון לריפלוקס לשעות 1 עד להניב פתרונות ברורים, ואז אקח עם ארגון. פתרון הגופרית עלוללהיות מקורר לטמפרטורת חדר, אבל מבשרי קדמיום ואבץ נשמרים על כ 50 ° C. חישובים של כמויות מבשרות מעטפת ניתן למצוא בהתייחסות 14. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף לבקבוק 3-צוואר: המ&quot;כ x Cd 1-x Se QDs (120 nmol, 2.3 קוטר ננומטר), יודה (2 מ&quot;ל), וtrioctylphosphine תחמוצת (topo, 250 מ&quot;ג). לפנות את הקסאן בטמפרטורת חדר באמצעות קו Schlenk. הגדל את הטמפרטורה ל 100 מעלות צלזיוס וריפלוקס במשך 15 דקות. שנה את שסתום קו Schlenk לארגון או גז חנקן ולהכניס את הצמד התרמי בפתרון ננו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדל את הטמפרטורה עד 120 המעלות צלזיוס, להוסיף 0.5 monolayers של פתרון מבשר גופרית (140 μl), ולאפשר את התגובה כדי להמשיך במשך 15 דקות. aliquots הקטן (&lt;50 μl) ניתן להסיר באמצעות מזרק זכוכית ועוקבת אחר ההתקדמות של התגובה באמצעות פלואורסצנטי ו / או ספקטרופוטומטריה ספיגת UV-Vis. הגדל את הטמפרטורה עד 140 מעלות צלזיוס, להוסיף 0.5 monolayers של פתרון מבשר קדמיום (140 μl), ולאפשר לתגובה כדי להמשיך במשך 15 דקות. הוסף 500 נטולי מי אולה לפתרון תגובת μl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב160 ° C להוסיף 0.5 monolayers של פתרון מבשר גופרית (220 μl) ואחריו כמות שווה של פתרון מבשר אבץ ב 170 ° C עם 15 דקות בין כל הוספה. אז ב 180 מעלות צלזיוס להוסיף 0.25 monolayers של פתרון מבשר אבץ במרווחים של 15 דקות פתרון מבשר גופרית (150 μl) ו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדר ושוב לחשב מקדם הכחדה חדשה לחלקיקים אלה באמצעות ספקטרום UV-Vis, בהנחה שמספר nanocrystals לא השתנה (120 nmol בפתרון 3.8 מיליליטר תגובה). אחסן את פתרון התגובה כתערובת גולמית במקפיא; את nanocrystals עשוי להיות מופשר ומטוהר במידת צורך תוך שימוש באותה השיטה שתוארה בסעיפי 1.8 ו -1.9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את nanocrystals ניתן לאפיין באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, ספקטרוסקופיה קליטת UV-Vis ו קרינת ספקטרוסקופיה. תשואת קוונטים יכולה להיותמחושב לחלוטין באמצעות שילוב או תחום יחסית בהשוואה לתקן ידוע בשיטות של 15 הפניה. </li></ol> 3. העברת שלב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף מטוהר ליבה / קליפה הכספי x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y S QDs (5 מ&quot;ל, 20 מיקרומטר) לבקבוק 50 מ&quot;ל 3-צוואר ולהסיר הקסאן תחת ואקום גבוה להניב סרט יבש. מלא את הבקבוק בארגון, להוסיף נטול המים פירידין (3 מ&quot;ל) לסרט nanoparticle וחום slurry עד 80 ° C. במשך 1-2 שעתי החלקיקים יתמוססו באופן מלא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 1-thioglycerol (מ&quot;ל 1) לפתרון ומערבב במהירות של 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. לאחר מכן לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדר ולהוסיף triethylamine (0.5 מ&quot;ל) לdeprotonate thioglycerol. מערבב למשך 30 דקות. הפתרון עשוי להיות עכור לאחר התוספת של triethylamine בשל המסיסות הגרועה של nanocrystals הקוטבי בתערובת ממס זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את הפתרון להמשך QD 50 מיליליטר חרוטי צנטריפוגה צינורaining תערובת של הקסאן 20 מ&quot;ל ואצטון מ&quot;ל 20, ומערבב היטב. מבודד את nanocrystals זרז באמצעות צנטריפוגה (5000 XG, 10 דקות), ולשטוף את הגלולה עם אצטון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממס את QD גלול ב DMSO (5 מ&quot;ל) עם sonication אמבטיה, ולאחר מכן צנטריפוגה (7000 XG, 10 דקות) כדי להסיר אגרגטים אפשריים. לקבוע את ריכוז nanoparticle מספקטרום ספיגת UV-Vis. פתרון זה של QDs הטהור יש להשתמש במרחק של עד 3 שעות, כמו thiols המשטח יכול להתחמצן לאט בתנאי סביבה באוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את תמיסת QD עד 10 מיקרומטר או פחות עם DMSO ולהעביר לבקבוק מ&quot;ל 50. הכן את פתרון 5 מ&quot;ג / מ&quot;ל ​​של חומצת polyacrylic thiolated (סינתזה המפורטת בנספח) בDMSO. הוסף פולימר הפתרון (0.15 מ&quot;ג לפולימר nmol QDs) dropwise לפתרון QD תוך הערבוב ודגת הפתרון בטמפרטורת חדר למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את פתרון QD / פולימר עם ארגון וחום עד 80 מעלות צלזיוס למשך 90 דקות. לאחר מכן לקרר את הפתרון לטמפרטורת חדרד dropwise להוסיף נפח שווה של borate 50 mM נתרן, 8-PH. מערבב למשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את QDs באמצעות דיאליזה (20 הפסקת KDA) בborate 50 mM נתרן, 8-pH, ולאחר מכן לרכז את החלקיקים באמצעות מסנן צנטריפוגלי (10 הפסקת KDA). לקבוע את הריכוז מספקטרום ספיגת UV-Vis. </li></ol> 4. PEG ציפוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בבקבוקון זכוכית עם 4 מיליליטר stirbar, לערבב 1 QDs nmol במאגר borate עם עודף טוחן 40000 x של 750 דה monoamino-פוליאתילן גליקול (30 מ&quot;ג, 40 μmol). אם פונקציונלי כימי ספציפי הוא שיש להוסיף את nanocrystals (למשל hydrazide או maleimide), זה עשוי להיות מוצג על ידי החלפת חלק של-PEG עם האמין-PEG אמין heterobifunctional (שבריר שומה 30% בדרך כלל עובד היטב). לדלל את תמיסת ננו ל1 מיקרומטר עם חיץ borate. תגובה זו עשויה להיות מדורגת כרצונך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון חדש של DMTMM (20 מ&quot;ג, 72 μmol) בDMSO (144 μl). פתרון זה יכול להיות מחומם בקצרה under זרם של ברז מים חמים או מתחת למים באמבטיה sonicator לפזר DMTMM באופן מלא. להוסיף במהירות העולה 25,000 x טוחן של פתרון זה 0.5 מ &#39;DMTMM (50 μl) לפתרון QD ומערבב בטמפרטורת חדר למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2 עוד ארבע פעמים כדי להרוות את משטח ננו עם PEG. לבסוף, להוסיף 200 μl 1 ז טריס החיץ כדי להרוות את התגובה ולטהר את nanocrystals באמצעות דיאליזה, מסננים צנטריפוגליים, או ultracentrifugation. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את nanocrystals עשוי להיות מנותח לmonodispersity, גודל הידרודינמית, ותשלום לפני שטח באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית, ג&#39;ל אלקטרופורזה agarose, ומיקרוסקופ פלואורסצנטי. כדי לקבוע את הגודל הידרודינמית והתפלגות גודל באמצעות מערכת כרומטוגרפיה נוזלית אוטומטית (GE AKTAprime פלוס), השתמש בעמודת 6 Superose, קצב זרימה של 0.5 מ&quot;ל / דקה עם eluent חיץ PBS, וזיהוי קליטה ב260 או 280 ננומטר. השווה פעמי elution nanoparticle עם אלה של סטנדרטי משקל מולקולריים. לagarose ג&#39;ל electrophoמתנ, להכין 0.5% agarose ג&#39;ל בחיץ 50 mM נתרן borate (pH 8.5) או חיץ 50 mM נתרן פוספט (pH 7.4), לערבב 1 דגימות מיקרומטר עם גליצרול 10% ועומס לתוך בארות, ולהפעיל ב100 וולט למשך 30 דקות . תמונה את nanocrystals בג&#39;ל באמצעות שרביט יד UV או transilluminator UV ולעירור קרינה. לתמונה את nanocrystals ברמת המולקולה הבודדה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי, לדלל את החלקיקים ל -0.2 ננומטר בחיץ פוספט 10 מ&quot;מימ, ירידה של 2.5 μl הפתרון בcoverslip זכוכית, ומניח בזהירות על coverslip 2 העליונים של חרוז נוזל להתפשט סרט בין coverslips. תמונת חלקיקי המשטח בכריכה באמצעות אובייקטיבי צמצם מספרי גבוהה (רצוי לפחות 1.40) בכל אחד ממצבי epifluorescence או TIRF עם עירור באורכי גל שבין 400-580 ננומטר ומצלמת CCD אלקטרונים ומתרבים. פרמטרי הדמיה מדויקים משתנים בין ההגדרה מיקרוסקופית. </li></ol>

<ol>
	<li>Toprak, E., Selvin, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+fluorescent+tools+for+watching+nanometer-scale+conformational+changes+of+single+molecules.">New fluorescent tools for watching nanometer-scale conformational changes of single molecules.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 36, 349-369 (2007).</li><li>Joo, C., Balci, H., Ishitsuka, Y., Buranachai, C., Ha, 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=Advances+in+single+molecule+fluorescence+methods+for+molecular+biology.">Advances in single molecule fluorescence methods for molecular biology.</a> Annu. Rev. Biochem. 77, 51-76 (2008).</li><li>Pinaud, F., Clarke, S., Sittner, A., Dahan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+cellular+events,+one+quantum+dot+at+a+time.">Probing cellular events, one quantum dot at a time.</a> Nat. Method. 7, 275-285 (2010).</li><li>Smith, A. M., Wen, M. M., Nie, 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=Imaging+dynamic+cellular+events+with+quantum+dots.">Imaging dynamic cellular events with quantum dots.</a> Biochemist. 32, 12-17 (2010).</li><li>Smith, A. M., Duan, H. W., Mohs, A. M., Nie, 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=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, 1226-1240 (2008).</li><li>Smith, A. M., Nie, 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=Next-generation+quantum+dots.">Next-generation quantum dots.</a> Nature Biotech. 27, 732-733 (2009).</li><li>Groc, L., Lafourcade, M., Heine, M., Renner, M., Racine, V., Sibarita, J. -. B., Lounis, B., Choquet, D., Cognet, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+trafficking+of+neurotransmitter+receptor:+comparison+between+single-molecule/quantum+dot+strategies.">Single trafficking of neurotransmitter receptor: comparison between single-molecule/quantum dot strategies.</a> J. Neurosci. 27, 12433-12437 (2007).</li><li>Smith, A. M., Nie, 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=Minimizing+the+hydrodynamic+size+of+quantum+dots+with+multifunctional+multidentate+polymer+ligands.">Minimizing the hydrodynamic size of quantum dots with multifunctional multidentate polymer ligands.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 11278-11279 (2008).</li><li>Smith, A. M., Nie, 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=Bright+and+compact+alloyed+quantum+dots+with+broadly+tunable+near-infrared+absorption+and+fluorescence+spectra+through+mercury+cation+exchange.">Bright and compact alloyed quantum dots with broadly tunable near-infrared absorption and fluorescence spectra through mercury cation exchange.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 24-26 (2011).</li><li>Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Manipulation of Air-Sensitive Compounds. , (1986).</li><li>Errington, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advanced Practical Inorganic and Metalorganic Chemistry. , (1997).</li><li>Jasieniak, J., Smith, L., van Embden, J., Mulvaney, P., Califano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Re-examination+of+the+size-dependent+absorption+properties+of+CdSe+quantum+dots.">Re-examination of the size-dependent absorption properties of CdSe quantum dots.</a> J. Phys. Chem. C. 113, 19468-19474 (2009).</li><li>Leatherdale, C. A., Woo, W. K., Mikulec, F. V., Bawendi, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+absorption+cross+section+of+CdSe+nanocrystal+quantum+dots.">On the absorption cross section of CdSe nanocrystal quantum dots.</a> J. Phys. Chem. B. 106, 7619-7622 (2002).</li><li>Smith, A. M., Mohs, A. M., Nie, 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=Tuning+the+optical+and+electronic+properties+of+colloidal+nanocrystals+by+lattice+strain.">Tuning the optical and electronic properties of colloidal nanocrystals by lattice strain.</a> Nature Nanotech. 4, 56-63 (2009).</li><li>Demas, J. N., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+measurement+of+photoluminescence+quantum+yields.+A+review.">The measurement of photoluminescence quantum yields. A review.</a> J. Phys. Chem. 75, 991-1024 (1971).</li><li>Van Embden, J., Jasieniak, J., Mulvaney, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+optical+properties+of+CdSe/CdS+heterostructure+nanocrystals:+the+effects+of+core+size+and+shell+thickness.">Mapping the optical properties of CdSe/CdS heterostructure nanocrystals: the effects of core size and shell thickness.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 14299-14309 (2009).</li><li>Smith, A. M., Duan, H. W., Rhyner, M. N., Ruan, G., Nie, 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=A+systematic+examination+of+surface+coatings+on+the+optical+and+chemical+properties+of+semiconductor+quantum+dots.">A systematic examination of surface coatings on the optical and chemical properties of semiconductor quantum dots.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 3895-3903 (2006).</li><li>Zhang, X., Mohandessi, S., Miller, L. W., Snee, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+functionalization+of+aqueous+CdSe/ZnS+nanocrystals+using+small-molecule+chemical+activators.">Efficient functionalization of aqueous CdSe/ZnS nanocrystals using small-molecule chemical activators.</a> Chem. Comm. 47, 3532-3534 (2011).</li><li>Bucio, L., Souza, V., Albores, A., Sierra, A., Chavez, E., Carabez, A., Guiterrez-Ruiz, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cadmium+and+mercury+toxicity+in+a+human+fetal+hepatic+cell+line+(WRL-68+cells).">Cadmium and mercury toxicity in a human fetal hepatic cell line (WRL-68 cells).</a> Toxicol. 102, 285-299 (1995).</li><li>Han, S. G., Castranova, V., Vallyathan, V. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+cytotoxicity+of+cadmium+and+mercury+in+a+human+bronchial+epithelial+cell+line+(BEAS-2B)+and+its+role+in+oxidative+stress+and+induction+of+heat+shock+protein+70.">Comparative cytotoxicity of cadmium and mercury in a human bronchial epithelial cell line (BEAS-2B) and its role in oxidative stress and induction of heat shock protein 70.</a> J. Toxicol. Environ. Health Part A. 70, 852-860 (2007).</li><li>Strubelt, O., Kremer, J., Tilse, A., Keogh, J., Pentz, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+studies+on+the+toxicity+of+mercury,+cadmium,+and+copper+toward+the+isolated+perfused+rat+liver.">Comparative studies on the toxicity of mercury, cadmium, and copper toward the isolated perfused rat liver.</a> J. Toxicol. Environ. Health Part A. 47, 267-283 (1996).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

בהשוואה לנקודות קונבנציונליות CdSe קוונטים, nanocrystals סגסוגת המשולשת הכספי x Cd 1-x Se יכול להיות מכוון בגודל ובאורך גל פלואורסצנטי באופן עצמאי. הגודל נבחר לראשונה במהלך הסינתזה של ננו CdSe ליבות, ואורך גל פלואורסצנטי נבחר בצעד משני כספית קטיון חליפין, שאינו משמעותי לשנות את גודל ננו 9. חשוב לאפשר מטוהרי כספית nanocrystals x Cd 1-x Se לדגירה בטמפרטורת חדר למשך 24 שעות לפחות לפני המכסה. זה מאפשר לחלק מקטיונים הכספיים adsorbed חלושה לפזר לתוך סריג ננו. מבלי לאפשר את התהליך הזה להתרחש, להקה שנייה בפלואורסצנטי הקרוב אינפרא אדום לעתים קרובות נצפה בשל נוקלאציה הומוגנית של nanocrystals HGS מיוני הכספי ניתק. בדוגמא שמוצגת בעבודה זו, אנו מוכנים ליבות CdSe עם גודל קרוב 2.3 ננומטר, מה שיכול להיותמכוון בפלואורסצנטי בין 550-800 ננומטר לאחר שסיים לכסות על ידי שינוי הכמות כספית שולבה סריג הליבה. עם קליפת monolayer 2.5, הקוטר הסופי של QDs אלה היה קרוב 3.2 ננומטר, שהוא למעשה nanoparticle הגודל הקטן ביותר שאנחנו יכולים להכין שהוא מספיק photostable הן ובהיר מספיק להדמית מולקולה בודדה (מקדם הכחדה קרובה 350.000 M -1 סנטימטר -1 ב 400 ננומטר ותשואת קוונטים קרובים 50% במים). nanocrystals אלה הם באופן משמעותי ובהירים יותר מאשר photostable nanocrystals שתואר קודם לכן עם גדלים דומים שפולטים מעל טווח הספקטרום הזה (למשל CdTe, InAs, InP). כמו רוב fluorophores, הקרינה מן החלקיקים אלה ברמת המולקולה הבודדה היא לסירוגין (מהבהב) 5,6. עבור יישומים מסוימים, זה עשוי להיות מועיל כדי להשתמש nanocrystals מידה מעט גדול יותר. באמצעות ננו גדולה CdSe ליבה, פלואורסצנטי bandwiDTH הוא צר לאחר חילופי קטיון כספית. רוחב שיא קרינה אופייני עבור כספית x Cd nanocrystals 1-x Se עם פליטה בחלון ננומטר הוא 600-650 ננומטר 50-70 לליבות 2.3 ננומטר ו40-50 ננומטר עבור 3.2 ליבות ננומטר. ובכך, nanocrystals הגדול לאפשר יכולת גבוהה יותר לריבוב רפאים. בנוסף, הגדלת הגודל יהיה גם להגדיל את חתך הקליטה של ​​nanocrystals. הגדלת עובי שכבת מעטפת ביניים התקליטורים יהיה גם להגדיל את הבהירות, ועוד יותר להאריך את יציבות פלואורסצנטי במהלך עירור. גודל ליבת CdSe ניתן להעלות פשוט על ידי הארכת משך סינתזת ליבת CdSe, וניטור הגודל יעיל באמצעות ספקטרופוטומטר הספיגה UV-VIS. אנחנו גילינו שQDs המימי מצופה חומצות carboxylic נוטה ספיחה לא ספציפית לתאים וחלבונים, ונטרולו של המטען השלילי החזק שלהם במאגרים פיסיולוגיים הוא CRitical לצמצום אינטראקציות לא ספציפיות 17. בדוגמות כאן, השתמש PEG קצר שרשרת לנטרל את מטען המשטח ולשמור על יציבות במים. PEG יכול להיות הציג לתוך עמוד שדרת הפולימר או לפני קובץ מצורף לQDs או לאחר ציפוי. שני הליכים גורמים לחלקיקים כמעט ניטראליים, אבל אלו מצופים ראשונים עם פולימר carboxyl הם קטנים באופן משמעותי, כנראה בשל אינטראקצית multidentate משופרת עם פני השטח. לנטרול משטח שלם עם PEG, מצאו שחיבור חוזר של סוכני מפעילות חומצת carboxylic הוא הכרחי בשל זמן מחצית חיים הקצרים של המינים תגובתי. אנו משתמשים DMTMM במקום של ריאגנטים carbodiimide נפוצים יותר (למשל EDC) בגלל היציבות המשופרת של DMTMM באחסון ובשל יעילות תגובה משופרת במי 18. לבסוף, חשוב לציין שנקודות קוונטיות וסוגים רבים אחרים של nanocrystals מכיליםאלמנטים ציטוטוקסיות 5. יוני קדמיום וכספיים יכולים להשפיע על התהליכים הנורמלים של תאים ואורגניזמים חיים ועלולים להיות 19-21 מסרטנים. עם זאת cytotoxicity של CdSe הקונבנציונלי / nanocrystals ZnS נחקר באופן נרחב וזה כבר דווח כי nanocrystals חסון המצופה עם ligands האורגני יציב לא לעורר תגובות גלוי ציטוטוקסיות בהשוואה לאלמנטים המרכיבים אותן, פשוט כי היסודות הרעילים הם מוחרמים משם ביעילות מסוכני חמצון 5. יתר על כן, עבור יישומי הדמית מולקולה בודדה, השפעות רעילות הן סביר בשל ריכוזים הקטנים מאוד המשמשים להדמיה (בדרך כלל 1 ננומטר או פחות) שהם סדרי גודל קטן יותר מההתפרצות של השפעות רעילות גילוי (50-100 NM). רוב ניסויי המולקולה בודדה מיישמים QDs עד כה מנוצל nanocrystals ZnS, שהם גדולים בהרבה מאלה המתוארים במסמך CdSe / הזמין מסחרי. על ידי צמצום nגודל anocrystal, המספר הכולל של אטומי משטח לחלקיקים ואת המספר הכולל של אטומי חלקיקים רעילים למופחת באופן משמעותי, ובכך להפחית את הפוטנציאל להשפעה הכולל טוקסיקולוגי. שילוב של כספית לתוך ננו צפוי להקטין עוד יותר את פוטנציאל הרעילות, ככספית divalent ידוע להיות פחות רעיל מקדמיום divalent בסוגי תאים רבים 19-21.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> סלניום </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 229865 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphine </td><td> שטרם </td><td> 15-6655 </td><td> 97% טהורים, לא יציב באוויר </td></tr><tr><td> קדמיום אוקסיד </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 202894 </td><td> זהירות שימוש: רעיל ביותר </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic חומצה </td><td> סינתזת PCI </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadecene </td><td> אלפא Aesar </td><td> L11004 </td><td> כיתה טכנית </td></tr><tr><td> Hexadecylamine </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylphosphine </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 252964 </td&gt; <td> Pyrophoric </td></tr><tr><td> תצטט מרקורי </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 456012 </td><td> זהירות שימוש: רעיל ביותר </td></tr><tr><td> 1-Octanethiol </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 471836 </td><td> ריח חזק </td></tr><tr><td> חומצה אולאית </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> יצטט אבץ </td><td> אלפא Aesar </td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td> קדמיום מימה תצטט </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 229490 </td><td> זהירות שימוש: רעיל ביותר </td></tr><tr><td> Oleylamine </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> AC12954 </td><td> לא יציב באוויר </td></tr><tr><td> גופרית </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Trioctylphosphine תחמוצת </td><td> שטרם </td><td> 15-6661 </td><td> 99% </td></tr><tr><td> פירידין </td><td> VWR </td><td> EM-PX2012-6 </td><td> נטול מים </td></tr><tr><td> Thioglycerol </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> M1753 </td><td> ריח חזק </td></tr><tr><td> Triethylamine </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 471283 </td><td> נטול מים </td></tr><tr><td> צינורות דיאליזה </td><td> מעבדות ספקטרום </td><td> 131342 </td><td> הפסקת kDa 20 </td></tr><tr><td> מסנן צנטריפוגלי </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 הפסקת kDa </td></tr><tr><td> Monoamino-PEG </td><td> ראפ Polymere </td><td> 12 750-2 </td><td> 750 Da </td></tr><tr><td> DMTMM, 4 - (4,6-Dimethoxy-1-,3,5 triazin-2-י.ל.)-4-methylmorpholinium מימה כלוריד </td><td> אלפא Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime פלוס כרומטוגרפיה המערכת </td><td> GE Healthcare </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 6 10/300 GL עמודת כרומטוגרפיה </td><td> GE Healthcare </td><td> 17-5172-01 </td><td></td></tr><tr><td> Agarose, OmniPur </td><td> VWR </td><td> EM-2120 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> נספח סינתזה של הכספית octanethiolate: לאט להוסיף פתרון מתנול יצטט כספית (1 EQ). לפתרון ערבוב של 1-octanethiol (3 EQ.) ואשלגן (3 EQ.) במתנול בטמפרטורת חדר. לבודד את משקע הכספית (השני) octanethiolate באמצעות סינון, לשטוף פעמים עם מתנול ופעם אחת עם אתר, ולאחר מכן יבש תחת ואקום. סינתזה של פולימר multidentate: ממס חומצת polyacrylic (1 גרם, 1773 דה) בdimethylformamide 25 מ&quot;ל (DMF) בבקבוק 150 מ&quot;ל של שלושה צוואר ובועה עם ארגון למשך 30 דקות. הוסף פתרון נטול מים של cysteamine (374 מ&quot;ג, 4.87 mmol) בDMF 10 מ&quot;ל. בטמפרטורת חדר עם ערבוב נמרץ, מוסיף diisopropylcarbodiimide נטול מים לאט (דסק&quot;ש, 736 מ&quot;ג, 5.83 mmol) מעל 30 דקות, ואחריו triethylamine (170 μl, 1.22 mmol), ולאפשר לתגובה כדי להמשיך במשך 72 שעות ב 60 ° C. הוסף mercaptoethanol (501 מ&quot;ג, 6.41 mmol) כדי להרוות את התגובה, ומערבב 2 שעות בטמפרטורת חדר. הסר DMF באמצעות אידוי סיבובי ולבודד את הפולימר בתוספת של 2:1 תערובת של אצטון קר כקרח: כלורופורם, ואחריו צנטריפוגה. ממס את הפולימר ב~ 5 מ&quot;ל נטול מי DMF, מסנן, יזרז שוב עם דיאתיל אתר, וחזור. ייבש את המוצר תחת ואקום וחנות תחת ארגון. קביעת קוטר ליבת CdSe: מספקטרום ספיגת UV-Vis לקבוע את אורך הגל של אקסיטון השיא הראשון (λ, בננומטר), שהוא הארוך ביותר גל השיא (למשל בערך 498 ננומטר לCdSe באיור 2a), ולהשתמש שינוי הגודל של עקומת Mulvaney ועמיתים 12: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;משוואה 1&quot; /&gt; קביעת ריכוז ננו CdSe: מספקטרום רקע נגרע UV-Vis של פתרון ברור אופטי של nanocrystals CdSe, לקבוע את הקליטה באורך גל 350. דילולים סידוריים יכולים לשמש כדי לקבוע אם הקליטה האופטית נמצאת בטווח הליניארי של החוק של באר. ריכוז ננו (QD, בM) ניתן לקבוע על ידי חיבור ננו הקוטר (D, בננומטר), ערך הקליטה האופטית (3sa), ואורך נתיב קובט (יב, בסנטימטר) למשוואה הבאה מ המתאם האמפירי של Bawendi ועמיתים 13: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="משוואה 2" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

הדמיה יחידה מולקולה היא כלי חשוב להבנת המנגנונים של תפקוד biomolecular ולהמחשת הטרוגניות מרחב ובזמן של התנהגויות מולקולריות שבבסיס ביולוגיה תאית 1-4. לתמונת מולקולה בודדה של עניין, זה בדרך כלל מוצמד לניאון תג (צבע, חלבון, חרוז, או נקודה קוונטית) ונצפה עם השתקפות מיקרוסקופ הפנימי epifluorescence או מלא פלואורסצנטי (TIRF). אמנם צבעים וחלבוני ניאון היו עמוד התווך של דימות פלואורסצנטי במשך עשרות שנים, הקרינה שלהם אינה יציבה תחת נתיבים גבוהים פוטון דרושים כדי להתבונן מולקולות בודדות, מניב רק כמה שניות של התבוננות לפני האובדן מוחלט של אות. חרוזים וחרוזי לטקס צבע כותרת-לספק יציבות אות השתפרה אבל על חשבון גודל הידרודינמית דרסטי גדול יותר, שיכול לשנות deleteriously דיפוזיה וההתנהגות של המולקולה נחקרת. ntent &quot;&gt; נקודות קוונטיות (QDs) מציע איזון בין שני משטרים הבעייתיים אלה. חלקיקים אלה מורכבים מחומרים מוליכים למחצה ויכולים להיות מהונדס בגודל hydrodynamically קומפקטי עם עמידות יוצאת דופן לphotodegradation 5. כך בשנים האחרונות QDs היה גורם חשוב במאפשר תצפית ארוכת טווח של התנהגות macromolecular המורכבת ברמת המולקולה הבודדה. עם זאת חלקיקים אלה עדיין נמצאו להפגין דיפוזיה מולקולריות לקויה בסביבות צפופות כגון ציטופלסמה התאית ועצבית סינפטית שסועה, בו הגדלים שלהם עדיין גדולים מדי 4,6 , 7. לאחרונה יש לנו מהונדסים הליבות וציפויי פני שטח של QDs לגודל הידרודינמית ממוזער, תוך איזון קיזוז ליציבות colloidal, photostability, בהירות, ומחייב לא ספציפי שהפריע את התועלת של QDs הקומפקטי ב8,9 העבר. מטרת מאמר זה היא להראותהסינתזה, שינוי, והאפיון של nanocrystals אופטימיזציה אלה, מורכבים ממ&quot;כ x Cd ליבת 1-x Se alloyed מצופה בבידוד Cd y 1-y Zn S קליפה, נוסף מצופה בפולימר יגנד multidentate שונה עם פוליאתילן גליקול הקצרה ( PEG) שרשרות (איור 1). לעומת nanocrystals CdSe הקונבנציונלי, כספית x Cd סגסוגות 1-x Se מציעות תשואות גבוהות יותר של קוונטי פלואורסצנטי, פלואורסצנציה באורכי גל אדומים וקרובים אינפרא אדום לאות לרעש משופר בתאים, ועירור בתחום האור הנראה אינם ציטוטוקסיות. ציפויים פולימריים Multidentate להיקשר אל פני שטח ננו בקונפורמציה סגורה והשטוחה כדי למזער את הגודל הידרודינמית, וPEG מנטרל את מטען המשטח כדי למזער מחייבים לא ספציפית לתאים וביומולקולות. התוצאה הסופית היא ננו מאור ניאון עם פליטה בין 550-800 ננומטר וגודל הידרודינמית כמעט מוחלט 12 ננומטר. זה ביםטווח גודל ame כמו חלבונים רבים מסיסים בתאים כדוריים וקטנים באופן משמעותי מQDs PEGylated הקונבנציונלי (25-35 ננומטר).

איור 2 מתאר קליטת נציג וספקטרום פלואורסצנטי לnanocrystals CdSe, nanocrystals הכספית x Cd 1-x Se לאחר חילופי קטיון, והמ&quot;כ x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y nanocrystals S לאחר צמיחת פגז. את nanocrystals CdSe הליבה יש תשואת קוונטים של קרינה בקרבת 15% (כולל פליטה ארוכת גל מלכודת עמוקה), אבל יעילות זה יורדת ל פחות מ 1% לאחר כספית חליפין, כנראה עקב לחייב מלכודות מובילות הציגו באמצעות שיבוש אטום שטח 9. עם זאת הצמיחה של קליפה דקה של CD y Zn 1-y S מגבירה את יעילות זו ליותר מ 70%, אשר נשמר במידה רבה לאחר העברה למים (50% טיפוסיים). לעומת זאת, nanocrystals CdSe / CD y Zn S 1-y ללא התאגדות כספית מאבד חלק נכבד מתשואת קוונטיהם במים, אלא אם כן קליפה עבה היא גדלה. לכן על ידי שילוב של כספית לתוך ליבת nanocrystaאני, קטן בגודל של ננו יכול להישמר (ראה TEM באיור 3), מבלי להקריב את הבהירות. חשוב לציין כי מכסה עם התקליטור y Zn 1-y S מסיטה את הספקטרום לזליגה של נושאי מטען האלקטרוניים לחומר המעטפת האדומה; שינוי זה הוא סביב 20-30 ננומטר לCdSe 16 ליבות, ועולה עם הגדלת תכולת כספית בליבה (עד 100 ננומטר). השימוש בהעברת שלב 2-צעד למים הוא קריטי להשגת אוכלוסייה הומוגנית של nanocrystals שאינו דורש גודל נוסף מיון להסיר אשכולות ואגרגטים. בשלב הראשון, nanocrystals מועברים באמצעות DMSO 1-thioglycerol, שדוחק oleylamine על פני השטח של ננו. אז Thioglycerol מוחלף בפולימר multidentate יניארי, וכתוצאה מהחלקיקים מאוד יציבים עם עלייה מינימאלית בגודל הידרודינמית כתוצאה מהציפוי האורגני (&lt;4 ננומטר לאומיעל לקוטר הידרודינמית). הכרומתוגרמה גודל ההדרה מתוארת באיור 4 א מאשרת כי הגודל דומה לזה של conalbumin (75 KDA), ואחרי שינוי עם 750 Da-PEG אמינו, בגודלו עלה ל רק 12 ננומטר, בדומה לזה של נוגדן IgG . PEG שינוי מנטרל את מטען המשטח, כפי שאושר בניסוי אלקטרופורזה ג&#39;ל agarose המתואר באיור 4 ב. אנו משתמשים באופן שגרתי כרומטוגרפיה גודל הדרה ואלקטרופורזה ג&#39;ל לאפיון מהיר של גודל, התפלגות גודל, ותשלום לפני שטח. פיזור האור דינאמי וpotentiometry זטה יכולים לשמש גם, עם זאת פיזור החתך של חלקיקים אלה ultrasmall הוא קטן מאוד, ואנחנו רואים שתוצאות ממכשירים מסחריים הן לא לשעתק. 5a חושף מיקרוסקופ epifluorescence של nanocrystals אלה שהופקד על coverslip זכוכית ונרגשת עם 545 ננומטר אור נראה. nanocrystals האלה בקלות הם o. Bserved ברמת המולקולה בודדה בקצב של 30 מסגרות לשנייה עם מצלמת CCD אלקטרוני הכפלת 5b האיור מראה כי מספר חלקיקי ניאון שנצפו בכל מסגרת משתנה לאורך זמן עם גירוי רצוף, וזאת עקב שילוב של מהבהב וphotodegradation . מהבהב שולט ל1 ~ 7 דקות לפני photodegradation חמצונים הופך לאט נראה לעין. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4236/4236fig1.jpg" /> איור 1. תיאור סכמטי של הליך סינתזת nanoparticle. (א) מבשרי קדמיום סלניום להגיב ליצירת nanocrystals CdSe, אשר טופל בכספית octanethiolate, גרימה חלקיים → חילופי קטיון כספיים Cd להניב הכספי Cd x nanocrystals סגסוגת המשולשת Se 1-x. קליפה של Cd y Zn 1-y S היא אז גדל על הליבה באמצעות תצטט קדמיום, יצטט אבץ, וגופרית. (ב) כsynthesized, nanocrystals האלה מצופים בligands האורגני nonpolar (oleylamine). לsolubilize חלקיקים אלה במאגרים מימיים, ligands מוחלף בליגנד הפולימרים multidentate, אשר יחד קוולנטית לאמין-PEG. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4236/4236fig2.jpg" /> איור 2. תכונות אופטיות של המ&quot;כ x Cd 1-x Se / CD y Zn nanocrystals S 1-y. (א) קליט ​​(שחור) ופלואורסצנטי ספקטרום (אדום) של ננו CdSe ליבות, המ&quot;כ x Cd ליבות Se 1-x לאחר חילופי קטיון, והמ&quot;כ x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y nanocrystals S לאחר צמיחת פגז . ספקטרה מקוזזת לבהירות (ב) ספקטרום קרינה של כספית x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y S עם כמויות יחסיות שונות של התאגדות כספית. הספקטרום הכחול מתאר ליבות עם תוכן אפס כספית (x = 0, CdSe).<img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4236/4236fig3.jpg" /> איור 3. הילוכי האלקטרון מיקרוסקופ () וגודל חלקיקי הפצה (ב) למ&quot;כ x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y nanocrystals S, מראים קוטר ממוצע ± סטיית תקן של 3.2 ± 0.6 ננומטר. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4236/4236fig4.jpg" /> איור 4. אפיון הידרודינמית של המ&quot;כ x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y QDs S בתמיסה מימית. (א) הכרומתוגרמה הדרת גודל של nanocrystals מצופית בפולימר יגנד multidentate לפני (אדום) ואחרי הנטייה (כחול) לאמין-PEG. סטנדרטי חלבון משקל מולקולריים הם ציינו לעיל החלקות. (ב) ניסוי agarose ג&#39;ל אלקטרופורזה של QDs במאגר borate נתרן (pH ~ 8.5) לפני (משמאל) ואחרי נטייה (מימין) לאמין-PEG. גם מסומן בחץ וקוטביות האלקטרודה מצוינת בימין, מראה כי לפני הצמיד את nanocrystals להעביר כחלקיקי anionic וnanocrystals PEGylated הם אלקטרוסטטי ניטראליים. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/4236/4236fig5.jpg" /> איור 5. הכספי x Cd 1-x Se / CD y Zn 1-y QDs S adsorbed על coverslip זכוכית בחיץ פוספט, צלם עם מיקרוסקופיה epifluorescence. (א) תמונת QD הושגה ב 33 פריימים לשניים. תמונה היא 15 x 15 מיקרומטר מיקרומטר. (ב) מספר QDs ניאון לשדה ראייה בתאורה רציפה במשך 20 דקות עם מנורת קשת מרקורי עם 545 ננומטר (30 bandpass ננומטר) וסינון עירור של 625 ננומטר (20 bandpass ננומטר) פליטת סינון ו100x אובייקטיבי 1.4 NA. מדידות של 3 שדות של נוף היו ממוצעות מעל 20 דקות ב12.5 פריימים לשניים.

Watch this Scientific Journal Video about Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging at JoVE.com

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

אנו מתארים את ההכנה של נקודתי קוונטיות colloidal עם גודל הידרודינמית ממוזער עבור דימות פלואורסצנטי מולקולה בודדה. בהשוואה לנקודות קוונטיות קונבנציונליות, חלקיקים אלה הם בגודל דומים לחלבונים כדוריים ומותאמים לבהירות מולקולה בודדה, יציבות נגד photodegradation, והתנגדות לקשירה לא ספציפית לחלבונים ותאים.

נקודות קוונטיות קומפקטיות להדמית מולקולה בודדה

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

compact-quantum-dots-for-single-molecule-imaging

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

18.0K Views.  Emory University. אנו מתארים את ההכנה של נקודתי קוונטיות colloidal עם גודל הידרודינמית ממוזער עבור דימות פלואורסצנטי מולקולה בודדה. בהשוואה לנקודות קוונטיות קונבנציונליות, חלקיקים אלה הם בגודל דומים לחלבונים כדוריים ומותאמים לבהירות מולקולה בודדה, יציבות נגד photodegradation, והתנגדות לק?...

Video: Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

חוקר מולקולה בודדת הדבקה על ידי הכוח האטומי ספקטרוסקופיה

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...