Gli autori desiderano ringraziare il Dr. Hong Yi presso la Emory University di Microscopia di base integrata per l&#39;imaging microscopia elettronica. Questo lavoro è stato sponsorizzato dal NIH (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338 e 1K99CA154006-01).

Le procedure di sintesi seguenti comporta standard di aria libere tecniche e l&#39;uso di un vuoto / collettore gas inerte; metodologia dettagliata può essere trovata in riferimenti 10 e 11. Scheda di sicurezza per tutte le sostanze potenzialmente tossiche e infiammabili deve essere consultata prima dell&#39;uso e composti tutti infiammabili e / o aria-labile deve essere frazionato in setto-fiale sigillate in un vano portaoggetti o borsa guanto. 1. Sintesi di seleniuro di cadmio mercurio (Hg Cd x 1-x Se) Quantum Dot Nuclei <ol><li> Preparare una soluzione 0,4 M di selenio in trioctylphosphine (TOP). Aggiungere selenio (0,316 g, 4 mmol) ad una 50 ml a 3 colli pallone, poi evacuare e riempire con argon usando una linea Schlenk. Sotto aria senza condizioni (azoto secco o argon), aggiungere 10 ml TOP e calore a 100 ° C sotto agitazione per 1 ora per ottenere una soluzione limpida, incolore. Raffreddare la soluzione a temperatura ambiente e impostare il matraccio da parte. </li><li> Per 250 ml a 3 colli pallone, aggiungere ossido di cadmio (CdO 0,0770 g, 0,6 mmol), acido tetradecylphosphonic (TDPA, 0,3674 g, 1,32 mmol), e octadecene (ODE, 27,6 ml), ed evacuare la soluzione utilizzando una linea Schlenk agitando. Aumentare la temperatura a 100 ° C ed evacuare per altri 15 minuti per rimuovere impurità bassobollenti point. </li><li> Sotto argon o azoto, riscaldare la miscela a 300 ° C per 1 ora per sciogliere completamente la CdO. La soluzione cambierà da un colore rossastro al trasparente ed incolore. Raffreddare la soluzione a temperatura ambiente. </li><li> Aggiungi esadecilammina (HDA, 7,0 g) alla soluzione cadmio, riscaldare a 70 ° C, ed evacuare. Una volta che una pressione costante viene raggiunta, aumentare la temperatura a 100-110 ° C e la soluzione riflusso per 30 min. Commutare la valvola linea Schlenk a gas inerte e inserire la termocoppia direttamente nella soluzione. </li><li> Sotto aria senza condizioni, aggiungere diphenylphosphine (DPP, 100 pl) alla soluzione e aumentare la temperatura a 310 ° C. Rimuovere 7,5 ml di M 0.4 TOP-Se la soluzione(3 selenio mmol) in una siringa di plastica monouso collegato a un ago calibro 16. </li><li> Una volta che la temperatura si equilibra a 310 ° C, impostare il regolatore di temperatura a 0 ° C e rapidamente iniettare il TOP-Se la soluzione direttamente nella soluzione di cadmio. La soluzione passa da incolore a giallo-arancio e la temperatura rapidamente scendere e aumentare di nuovo a ~ 280 ° C. Dopo 1 min di reazione, allontanare il pallone dal mantello riscaldante e raffreddare velocemente con un flusso di aria fino a quando la temperatura è inferiore a 200 ° C. </li><li> Quando la temperatura raggiunge i 40 ° C, diluire con 30 ml di esano, la maggior parte del precursore cadmio rimanente depositarsi di soluzione. Rimuovere questo precipitato mediante centrifugazione (5000 xg, 10 min). </li><li> In ciascuna delle sei tubo da 50 ml conica in polipropilene da centrifuga, diluire 12 ml della soluzione grezza nanocristalli con 40 ml di acetone, centrifuga (5.000 xg per 10 minuti), e con attenzione decantare ed eliminare il surnatante. </li><li> Sciogliere il nanocrpellets ystal in esano (25 ml di volume totale). Estrarre questa soluzione 3 volte con un uguale volume di metanolo, mantenendo la fase superiore. Per la terza estrazione, il volume di metanolo può essere regolata per ~ 15 ml per ottenere una soluzione concentrata di esano QD CdSe puri a circa 200 pM. La resa tipica di questa reazione è 3 micromole di nanocristalli CdSe con un diametro di 2,3 nm (50-60% resa di reazione). </li><li> Determinare il diametro di nanocristalli e la concentrazione misurando la UV-Vis spettro di assorbimento e la consultazione delle dimensioni-montaggio grafico di Mulvaney e collaboratori 12 e le correlazioni di estinzione Bawendi e collaboratori 13. Vedi Appendice per i dettagli. </li><li> Di scambio cationico Mercury: i nanocristalli possono essere parzialmente scambiate con il mercurio al rosso-spostare l&#39;assorbimento e l&#39;emissione di fluorescenza. Mescolare il seguente insieme in ordine in una fiala di vetro da 20 ml con stirbar (questa reazione può essere scalata a piacere): 3 ml di esano, 2 ml di cloroformio, 1 ml 200 uM CdSe QD soluzione (200 nmol), 15 microlitri oleilammina (OLA), e 500 microlitri di una soluzione 0,1 M di Hg (OT) 2 in cloroformio. Mercury octanethioate (HgOT 2) possono essere preparati facendo reagire acetato di mercurio e octanethiol in metanolo (vedi appendice). Con il procedere della reazione di scambio cationico, il grado di spostamento verso il rosso può essere monitorato con UV-Vis spettrofotometria di assorbimento. Dopo la banda di assorbimento desiderato è stato raggiunto, misurare l&#39;assorbimento della soluzione nanocristallo a 350 nm e determinare il nuovo coefficiente di estinzione, assumendo che la concentrazione nanocristallo non è cambiata (30,7 pM in questo esempio). Estinguere la reazione rimuovendo il mercurio non reagito: aggiungere 5 ml decano, 10 ml di esano, e 7 ml di metanolo ed estrarre la soluzione, mantenendo la fase superiore contenente i nanocristalli. Estratto due volte con esano e metanolo, e regolare il volume di metanolo in modo che la fase superiore è ~ 7 ml. Se le fasi sono lenti a separare, la soluzione può essere centrifugati (5000 xg,10 min). Aggiungere 100 microlitri TOP, 100 microlitri OLA, e 100 microlitri di acido oleico ai nanocristalli seguiti da 40 ml di acetone per indurre la precipitazione. Raccogliere i nanocristalli mediante centrifugazione e si disperdono in 3 ml di esano. Centrifugare nuovamente per rimuovere i componenti insolubili e determinare la concentrazione nanocristallo nuovamente, utilizzando il coefficiente di estinzione nuovo a 350 nm. Consentire alla soluzione nanocristallo invecchiare per almeno 24 ore a temperatura ambiente prima di procedere alla fase successiva. </li></ol> 2. Crescita di solfuro di cadmio di zinco (Zn Cd y 1-y S) Shell <ol><li> Preparare 0,1 m soluzioni precursori shell in 50 ml a 3 colli palloni. Cadmio precursore: acetato idrato cadmio (230,5 mg, 1 mmol) e 10 ml oleilammina (OLA). Zinco precursore: acetato di zinco (183,5 mg, 1 mmol) e 10 ml OLA. Precursore zolfo: zolfo (32,1 mg, 1 mmol) e 10 ml ODE. Sotto vuoto, riscaldare ogni soluzione a riflusso per 1 ora per ottenere soluzioni chiare, e poi caricare con argon. La soluzione di zolfo puòessere raffreddata a temperatura ambiente, ma i precursori cadmio e zinco sono mantenuta a circa 50 ° C. I calcoli di quantità precursori shell si possono trovare in riferimento 14. </li><li> Aggiungi a un pallone a 3 colli: Hg Cd x 1-x Se QD (120 nmol, 2.3 nm di diametro), ODE (2 ml), e trioctylphosphine ossido (TOPO, 250 mg). Evacuare fuori esano a temperatura ambiente utilizzando la linea Schlenk. Aumentare la temperatura a 100 ° C sotto riflusso per 15 min. Modificare la valvola della linea di Schlenk argon o azoto e inserire la termocoppia nella soluzione nanocristalli. </li><li> Aumentare la temperatura a 120 ° C, aggiungere 0,5 monostrati di soluzione di precursore di zolfo (140 pl), e consentire la reazione per 15 min. Piccole aliquote (&lt;50 pl) può essere rimosso usando una siringa di vetro per monitorare l&#39;andamento della reazione mediante fluorescenza e / o UV-Vis spettrofotometria di assorbimento. Aumentare la temperatura a 140 ° C, aggiungere 0,5 monostrati di soluzione precursore cadmio (140 pl), e consentire la reazione per 15 min. Aggiungere 500 pl anidro OLA alla soluzione di reazione. </li><li> A 160 ° C aggiungere 0,5 monostrati di soluzione di precursore di zolfo (220 microlitri) seguita da una pari quantità di soluzione di precursore di zinco a 170 ° C con 15 min tra ogni aggiunta. Poi a 180 ° C aggiungere 0,25 monostrati di soluzione di precursore di zolfo (150 ml) e soluzione di precursore di zinco in intervalli di 15 min. </li><li> Raffreddare la soluzione a temperatura ambiente e ancora calcolare un nuovo coefficiente di estinzione per queste particelle utilizzando un spettro UV-Vis, supponendo che il numero di nanocristalli non è cambiata (120 nmol in 3,8 ml di soluzione di reazione). Conservare la soluzione di reazione come una miscela grezza in un congelatore, i nanocristalli possono essere scongelate e purificato come necessario utilizzando lo stesso metodo descritto nelle sezioni 1.8 e 1.9. </li><li> I nanocristalli possono essere caratterizzati mediante microscopia elettronica, spettroscopia UV-Vis di assorbimento, e la spettroscopia di fluorescenza. Resa quantica può essereassolutamente calcolato utilizzando una sfera di integrazione o relativamente rispetto ad uno standard noto utilizzando i metodi di riferimento 15. </li></ol> 3. Fase di trasferimento <ol><li> Aggiungere purificato nucleo / guscio Hg x Cd 1-x Se / Zn Cd y 1-y S QDs (5 ml, 20 pM) per un 50 ml a 3 colli pallone e rimuovere la esano sotto alto vuoto per ottenere un film secco. Riempire il pallone con argon, aggiungere piridina anidra (3 ml) al film nanoparticelle e calore dello slurry a 80 ° C. Nel corso di 1-2 ore le nanoparticelle si dissolvono completamente. </li><li> Aggiungere 1-tioglicerolo (1 ml) alla soluzione e agitare a 80 ° C per 2 h. Quindi raffreddare la soluzione a temperatura ambiente ed aggiungere trietilammina (0,5 ml) a deprotonate tioglicerolo. Agitare per 30 min. La soluzione può diventare torbida dopo l&#39;aggiunta di trietilammina a causa della scarsa solubilità dei nanocristalli polari in questa miscela solvente. </li><li> Trasferire la soluzione QD in un cont centrifuga da 50 ml tubo conicoaining una miscela di 20 ml di esano e 20 ml di acetone, e mescolare bene. Isolare i nanocristalli precipitati tramite centrifugazione (5000 xg, 10 min), e lavare il pellet con acetone. </li><li> Sciogliere il precipitato QD in DMSO (5 ml) con sonicazione vasca, e quindi centrifuga (7000 xg, 10 min) per rimuovere eventuali aggregati. Determinare la concentrazione delle nanoparticelle da un UV-Vis spettro di assorbimento. Questa soluzione di QD puri deve essere usato entro 3 ore, come i tioli di superficie può lentamente ossidare in condizioni ambientali in aria. </li><li> Diluire la soluzione QD a 10 pm o meno con DMSO e trasferirla in un pallone tarato da 50 ml. Preparare a 5 mg / ml soluzione di tiolato acido poliacrilico (sintesi descritta in appendice) in DMSO. Aggiungere la soluzione di polimero (0,15 mg di polimero per nmol QD) goccia a goccia alla soluzione sotto agitazione QD e degassare la soluzione a temperatura ambiente per 5 min. </li><li> Spurgare il QD / polimero soluzione con argon e scaldare a 80 ° C per 90 min. Quindi raffreddare la soluzione a temperatura ambiente und gocciolata aggiungere un volume uguale di 50 mM di sodio borato, pH 8. Agitare per 10 min. </li><li> Purificare le QDs tramite dialisi (20 kDa cutoff) in 50 mM di sodio borato, pH 8, e quindi concentrare le particelle utilizzando un filtro centrifugo (10 kDa cutoff). Determinare la concentrazione di raggi UV-Vis spettro di assorbimento. </li></ol> 4. PEG Rivestimento <ol><li> In una fiala di vetro da 4 ml con stirbar, mescolare 1 nmol QDs in tampone borato con un eccesso molare di 40.000 x 750 Da monoamino-polietilene glicole (30 mg, 40 umol). Se una funzionalità chimica specifica deve essere aggiunta ai nanocristalli (es idrazide o maleimide), esso può essere introdotto sostituendo una frazione del ammino-PEG con un eterobifunzionale amino-PEG (frazione molare 30% lavora generalmente bene). Diluire la soluzione nanocristalli a 1 micron con tampone borato. Questa reazione può essere ridotta come desiderato. </li><li> Preparare una soluzione fresca di DMTMM (20 mg, 72 umol) in DMSO (144 microlitri). Questa soluzione può essere brevemente riscaldata under un flusso di acqua corrente calda o immersi in un bagno di sonicazione per sciogliere completamente il DMTMM. Aggiungere rapidamente un eccesso molare 25.000 x di questa soluzione 0,5 M DMTMM (50 microlitri) alla soluzione QD ed agitare a temperatura ambiente per 30 min. </li><li> Ripetere il passaggio 4,2 più quattro volte per saturare la superficie nanocristalli con PEG. Infine, aggiungere 200 microlitri di tampone Tris 1 M per placare la reazione e purificare i nanocristalli con dialisi, filtri centrifughi, o ultracentrifugazione. </li><li> I nanocristalli possono essere analizzati per monodispersity, dimensione idrodinamica, e carica superficiale usando cromatografia liquida, elettroforesi su gel di agarosio, e microscopia a fluorescenza. Per determinare la dimensione idrodinamica e distribuzione dimensionale usando un sistema automatizzato cromatografia liquida (GE AKTAprime Plus), utilizzare una colonna Superose 6, una velocità di flusso di 0,5 ml / min con eluente tampone PBS, e rilevazione assorbimento a 260 o 280 nm. Confrontare i tempi di eluizione nanoparticelle con quelli di standard di peso molecolare. Per gel di agarosio electrophoresistenza, preparare un gel di agarosio 0,5% in tampone borato di sodio 50 mM (pH 8,5) o 50 mM tampone fosfato di sodio (pH 7,4), miscelare 1 pM campioni con il 10% di glicerolo e di carico in pozzi, e correre a 100 V per 30 min . Immagine i nanocristalli nel gel con una bacchetta UV mano o transilluminatore UV e per l&#39;eccitazione di fluorescenza. Per le immagini a livello di nanocristalli singola molecola mediante microscopia a fluorescenza, diluire le particelle di 0,2 nM in tampone fosfato 10 mM, goccia 2,5 pl della soluzione su un vetrino di vetro, e depositarla un coprioggetto secondo sopra il tallone liquido di diffondere un film tra i coprioggetti. Immagine della superficie-bound particelle utilizzando un obiettivo ad alta apertura numerica (idealmente almeno 1.40) sia in modalità a epifluorescenza o TIRF con eccitazione a lunghezze d&#39;onda tra 400-580 nm e un elettrone moltiplicatore di telecamere CCD. Parametri di imaging esatto varierà tra installazione microscopia. </li></ol>

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Rispetto ai tradizionali CdSe punti quantici, in lega ternaria Hg Cd x 1-x nanocristalli SE può essere sintonizzato per dimensioni e lunghezza d&#39;onda di fluorescenza in modo indipendente. La dimensione viene prima selezionata durante la sintesi di nanocristalli CdSe nuclei, e la lunghezza d&#39;onda di fluorescenza viene scelto in una fase secondaria di scambio cationico mercurio, che non alteri sostanzialmente le dimensioni nanocristallo 9. È importante permettere purificato Hg Cd x 1-x...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti (opzionale) </td></tr><tr><td> Selenio </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 229865 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphine </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> 97% puro, instabile in aria </td></tr><tr><td> Ossido di cadmio </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 202894 </td><td> Altamente tossico: l&#39;uso cautela </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic acido </td><td> PCI Sintesi </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadecene </td><td> Alfa Aesar </td><td> L11004 </td><td> Grado tecnico </td></tr><tr><td> Esadecilammina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylphosphine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 252964 </td&gt; <td> Piroforico </td></tr><tr><td> Mercurio acetato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 456012 </td><td> Altamente tossico: l&#39;uso cautela </td></tr><tr><td> 1-Octanethiol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471836 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> Acido oleico </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> Zinco acetato </td><td> Alfa Aesar </td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td> Cadmio acetato idrato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 229490 </td><td> Altamente tossico: l&#39;uso cautela </td></tr><tr><td> Oleilammina </td><td> Fisher Scientific </td><td> AC12954 </td><td> Instabile in aria </td></tr><tr><td> Zolfo </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Trioctylphosphine ossido </td><td> Strem </td><td> 15-6661 </td><td> 99% </td></tr><tr><td> Piridina </td><td> VWR </td><td> EM-PX2012-6 </td><td> Anidro </td></tr><tr><td> Tioglicerolo </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M1753 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> Trietilammina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471283 </td><td> Anidro </td></tr><tr><td> Dialisi tubo </td><td> Spectrum Labs </td><td> 131342 </td><td> 20 kDa cutoff </td></tr><tr><td> Filtro centrifugo </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 kDa di taglio </td></tr><tr><td> Monoamino-PEG </td><td> Rapp Polymere </td><td> 12 750-2 </td><td> 750 Da </td></tr><tr><td> DMTMM, 4 - (4,6-dimetossi-1 ,3,5-triazin-2-il)-4-idrato methylmorpholinium cloruro </td><td> Alfa Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime Più Sistema per cromatografia </td><td> GE Healthcare </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 6 10/300 GL cromatografia su colonna </td><td> GE Healthcare </td><td> 17-5172-01 </td><td></td></tr><tr><td> Agarosio, OmniPur </td><td> VWR </td><td> EM-2120 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Appendice Sintesi di mercurio octanethiolate: Aggiungere lentamente una soluzione di acetato di mercurio metanolo (1 eq.) Ad una soluzione sotto agitazione di 1-octanethiol (3 eq.) E idrossido di potassio (3 eq.) In metanolo a temperatura ambiente. Isolare il (II) octanethiolate mercurio precipitato mediante filtrazione, lavaggio due volte con metanolo e una volta con etere, e quindi asciugare sotto vuoto. Sintesi di multidentati polimero: Sciogliere acido poliacrilico (1 g, 1.773 Da) in 25 ml di dimetilformammide (DMF) in 150 ml pallone a tre colli e bolle con argon per 30 minuti. Aggiungere una soluzione anidra di cisteamina (374 mg, 4,87 mmol) in 10 ml di DMF. A temperatura ambiente sotto vigorosa agitazione, aggiungere lentamente diisopropilcarbodiimmide anidro (DIC, 736 mg, 5,83 mmol) in 30 min, seguito da trietilammina (170 pl, 1,22 mmol), e consentire la reazione per 72 ore a 60 ° C. Aggiungi mercaptoetanolo (501 mg, 6,41 mmol) per spegnere la reazione, e mescolare per 2 ore a temperatura ambiente. Rimuovere DMF tramite evaporazione rotante ed isolare il polimero con l&#39;aggiunta di una miscela 2:1 di acetone ghiacciato: cloroformio, seguito da centrifugazione. Sciogliere il polimero in ~ 5 ml di DMF anidra, filtro, nuovamente precipitato con etere dietilico, e ripetere. Asciugare il prodotto sotto vuoto e conservare sotto argon. Determinazione del diametro del nucleo CdSe: Dal UV-Vis spettro di assorbimento determinare la lunghezza d&#39;onda del primo eccitone picco (λ, in nm), che è la più lunga lunghezza d&#39;onda di picco (ad esempio circa 498 nm per CdSe in figura 2a), e utilizzare il dimensionamento curva di Mulvaney e collaboratori 12: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;Equazione 1&quot; /&gt; Determinazione della concentrazione CdSe nanocristalli: Da un background-sottratto UV-Vis spettro di una soluzione otticamente trasparente di nanocristalli CdSe, determinare l&#39;assorbimento a 350 nm. Diluizioni seriali possono essere utilizzati per determinare se l&#39;assorbimento ottico è entro l&#39;intervallo lineare di legge di Beer. La concentrazione nanocristallo (QD, in M) può essere determinata inserendo il diametro nanocristallo (D, in nm), il valore di assorbimento ottico (A 3SA), e la lunghezza del percorso cuvetta (l, in cm) nell&#39;equazione seguente la correlazione empirica di Bawendi e collaboratori 13: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="Equazione 2" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

Singola molecola di imaging è uno strumento importante per la comprensione dei meccanismi di funzionamento biomolecolare e per visualizzare l&#39;eterogeneità spaziale e temporale dei comportamenti molecolari che sono alla base della biologia cellulare 1-4. Esporre una singola molecola di interesse, è tipicamente coniugato ad un tag fluorescente (colorante, proteine, perlina, o quantum dot) e osservato con epifluorescenza o totale riflessione interna fluorescenza (TIRF) microscopio. Mentre coloranti e proteine ​​fluorescenti sono state il pilastro di immagini a fluorescenza per decenni, la loro fluorescenza è instabile in alto fondenti fotoni necessari per osservare singole molecole, ottenendo solo pochi secondi di osservazione prima completa perdita di segnale. Perle di lattice e perline dye-etichettati fornire stabilità del segnale migliorata, ma a scapito della dimensione idrodinamica drasticamente più grande, che può alterare deleteria la diffusione e il comportamento della molecola in esame. S copi &quot;&gt; Punti quantici (QD) offrono un equilibrio tra questi due regimi problematici. Queste nanoparticelle sono composti da materiali semiconduttori e può essere costruito con un idrodinamico compatto con eccezionale resistenza alla fotodegradazione 5. Così, nel corso degli ultimi anni QD sono state fondamentali per consentire osservazione a lungo termine del comportamento complesso macromolecolare a livello di singola molecola. Tuttavia, queste particelle sono ancora stati trovati esporre diffusione ridotta in ambienti affollati molecolari come il citoplasma cellulare e la fessura sinaptica neuronale, in cui le loro dimensioni sono ancora troppo grandi 4,6 , 7. Recentemente abbiamo progettato i nuclei e rivestimenti per superfici di QD per ridurre al minimo dimensioni idrodinamico, mentre il bilanciamento offset per la stabilità colloidale, fotostabilità, luminosità, e vincolante non specifici che hanno impedito l&#39;utilità di QD compatti in passato 8,9. L&#39;obiettivo di questo articolo è quello di dimostrarela sintesi, la modifica e la caratterizzazione di questi nanocristalli ottimizzate, composto da una lega Hg Cd x 1-x Se nucleo rivestito con un isolante Zn Cd y 1-y shell S, ulteriormente rivestito con un legante polimerico multidentati modificato con polietilenglicole corta ( PEG) catene (Figura 1). Rispetto ai nanocristalli CdSe convenzionali, Hg Cd x 1-x leghe selenio offrire maggiori rese quantiche di fluorescenza, fluorescenza a lunghezze d&#39;onda rosse e nel vicino infrarosso per una maggiore rapporto segnale-rumore nelle cellule, e di eccitazione a lunghezze d&#39;onda visibili non citotossiche. Multidentati rivestimenti polimerici legarsi alla superficie nanocristallo in una conformazione chiusa e piana di minimizzare la dimensione idrodinamica, PEG e neutralizza la carica superficiale per ridurre il legame non specifico di cellule e biomolecole. Il risultato finale è un nanocristallo brillantemente fluorescente con emissione tra 550-800 nm e una dimensione idrodinamica totale vicino a 12 nm. Questo è in same gamma di dimensioni, come molte proteine ​​globulari solubili nelle cellule, e di dimensioni notevolmente inferiori rispetto ai tradizionali QD pegilato (25-35 nm).

La figura 2 mostra l&#39;assorbimento di rappresentanza e spettri di fluorescenza per nanocristalli CdSe Hg, Cd x 1-x nanocristalli di Se dopo di scambio cationico, Hg e Cd x 1-x Se / Zn Cd y 1-y S nanocristalli dopo la crescita della conchiglia. I nanocristalli CdSe nucleo ha una resa quantica di fluorescenza vicino a 15% (compreso lunghezza d&#39;onda di emissione deep-trap) ma questa efficienza scende a meno di 1% dopo mercurio scambio, probabilmente a causa di addebi...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Si descrive la preparazione di punti quantici colloidali con minimizzata dimensione idrodinamica per singola molecola imaging di fluorescenza. Rispetto ai tradizionali punti quantici, queste nanoparticelle sono di dimensioni simili alle proteine ​​globulari e sono ottimizzati per singola molecola luminosità, stabilità contro la fotodegradazione, e resistenza al legame non specifico a proteine ​​e cellule.

Compact Quantum Dots per singola molecola Imaging

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

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18.0K Views.  Emory University. Si descrive la preparazione di punti quantici colloidali con minimizzata dimensione idrodinamica per singola molecola imaging di fluorescenza. Rispetto ai tradizionali punti quantici, queste nanoparticelle sono di dimensioni simili alle proteine ​​globulari e sono ottimizzati per singola molecola luminosità, stabilità contro la fotodegradazione, e resistenza al legame non specifico a proteine ​​e cellule.

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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 Quantum Memoria 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 ...

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Ingegneria

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.

Nanofabbricazione di Porta definiti-GaAs / AlGaAs laterali 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 ...

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.

Analisi di contatto Interfacce semplici dispositivi GaN nanowire

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.

Costruzione e caratterizzazione di cavità esterne diodi laser per la Fisica Atomica

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.

Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

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.

Indagare singola molecola di adesione da Atomic Spectroscopy Forza

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.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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.

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

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.

L&#39;uso di un multi-comparto dinamico singolo enzima Phantom per gli Studi di hyperpolarized Risonanza Magnetica Agents

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.

Lens-meno compatta digitale olografico microscopio per MEMS di ispezione e caratterizzazione

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