저자는 전자 현미경 영상에 모리 대학의 통합 현미경 코어에서 박사 홍콩 이순신 감사드립니다. 이 작품은 (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338 및 1K99CA154006-01) NIH 교부금의 후원했다.

다음 합성 절차는 표준 공기 무료 기술과 진공 / 불활성 가스 매니 폴드의 사용을 포함, 자세한 방법론은 참조 10 호와 11 호에서 찾을 수 있습니다. 모든 잠재적 인 독성 및 가연성 물질에 대한 MSDS는 사용하기 전에 조언을해야하고 모든 가연성 및 / 또는 공기 불안정한 화합물은 글러브 박스 나 장갑 가방에 심장 - 밀봉 된 병에 aliquoted해야합니다. 1. 머큐리 카드뮴 셀렌의 합성 (HG X CD 1-X SE) 양자 도트 코어 <ol><li> trioctylphosphine (TOP)에서 셀레늄의 0.4 M 솔루션을 준비합니다. 50 ML 3 목 플라스크에 셀레늄 (0.316 g, 4 mmol)을 추가 한 다음 벗어나 아르곤은 Schlenk 라인을 사용하여 입력합니다. 공기가없는 상황에서 (건조 질소 또는 아르곤 분위기), 100-10 ML의 TOP와 열을 추가 ° C 명확한, 무색의 솔루션을 창출하고 1 시간에 감동하면서. 실내 온도에 솔루션을 시원하고 옆 술병을 설정합니다. </li><li> 250 ML 3 목 플라스크에, 카드뮴 산화물을 추가 (CDO 0.0770 g, 0.6 mmol), tetradecylphosphonic 산 (TDPA, 0.3674 g, 1.32 mmol) 및 octadecene (ODE, 27.6 ML)를 교반하면서 Schlenk 줄을 사용 솔루션을 피난한다. 100 ° C로 온도를 높이고 저비점 불순물을 제거하는 추가 15 분에 피난한다. </li><li> 아르곤 또는 질소 가스에서 완전히 CDO를 해산하기 위해 1 시간 300 ° C로 혼합물을 가열. 이 솔루션은 명확하고 무색에 붉은 색으로 변경됩니다. 실내 온도에 솔루션을 냉각. </li><li> 카드뮴 솔루션으로 hexadecylamine을 (HDA, 7.0 g)를 추가, 70 열 ° C, 그리고 피난한다. 일정한 압력이 달성되면, 100-110로 온도를 증가 ° C와 30 분에 환류 솔루션을. 불활성 가스로 Schlenk 라인 밸브를 전환하여 솔루션에 직접 열전대를 삽입합니다. </li><li> 공기가없는 조건에서 솔루션에 diphenylphosphine을 (DPP, 100 μl)을 추가하고 310 ° C.에 온도를 증가 0.4 M TOP - 괜찮다 솔루션의 7.5 ML를 제거(3 mmol의 셀레늄) 16 게이지 바늘에 부착 된 일회용 플라스틱 주사기 인치 </li><li> 온도가 310 ° C에서 equilibrates되면 0으로 온도 컨트롤러를 설정 ° C 신속 카드뮴 솔루션에 직접 TOP - 괜찮다 솔루션을 주입. 이 솔루션은 노란색 - 오렌지에 무색에서 변경하고 온도가 빠르게 내려 ~ 280 ° C.에 다시 증가합니다 온도가 200보다 ° C. 될 때까지 반응 1 분 후, 가열 망태에서 병을 제거하고 공기의 흐름과 빠르게 쿨 </li><li> 온도가 ~ 40에 도달하면 ° C, 30 ML 헥산으로 희석, 대부분의 나머지 카드뮴 전구체 중 솔루션에서 해결됩니다. 원심 분리 (5,000 XG, 10 분)하여 침전물을 제거합니다. </li><li> 여섯 50 ML의 폴리 프로필렌 원뿔 원심 분리기 튜브의 각에 40 ML의 아세톤, 원심 분리기 (10 분 5,000 XG)와 원유 nanocrystal 솔루션의 12 ML을 희석하고, 신중하게 가만히 따르다하고 표면에 뜨는 폐기하십시오. </li><li> nanocr를 해산헥산에 ystal 펠릿 (25 ML 총 볼륨). 상단 위상을 유지, 메탄올의 동일한 볼륨으로이 솔루션을 3 번씩 압축을 풉니 다. 세 번째 추출의 경우 메탄올의 양이 약 200 μM에서 순수 CdSe의 QDs의 집중 헥산 용액을 얻기 위해 ~ 15 ML로 조정할 수 있습니다. 이 반응의 전형적인 수율은 2.3 nm의 (50-60% 반응 수율)의 직경 CdSe nanocrystals 3 μmol입니다. </li><li> UV-VIS 흡수 스펙트럼을 측정하고 Mulvaney와 동료 (12)의 크기 피팅 차트와 Bawendi와 동료 (13)의 멸종의 상관 관계를 컨설팅하여 nanocrystal 직경과 집중을 확인합니다. 자세한 내용은 부록을 참조하십시오. </li><li> 수은 양이온 교환 : nanocrystals이 부분적으로 흡수 및 형광 방출 붉은 이동하기 위해 수은이 교환 할 수 있습니다. 3 ML 헥산, 2 ML 클로로포름, 1 ML 200 μM의 CD : stirbar과 20 ML의 유리관 (이 반응은 원하는대로 확장 할 수 있습니다)에 위해 함께 다음을 혼합SE QD 솔루션 (200 nmol), 15 μl oleylamine (안녕) 및 클로로포름에 HG (OT) 2 0.1 M 솔루션 500 μl. 수은 octanethioate (HgOT 2) 수은 아세테이트와 메탄올의 octanethiol를 (부록 참조) 반응에 의해 준비 할 수 있습니다. 양이온 교환 반응 진행으로 붉은 변화의 범위는 UV-VIS 흡수 분광 광도법으로 모니터링 할 수 있습니다. 원하는 흡수 대역이 달성 된 후, 350 nm의에서 nanocrystal 솔루션의 흡수를 측정하고 nanocrystal 농도 (이 예에서는 30.7 μM) 변경되지 않았다는 것을 가정, 새로운 흡광 계수를 결정합니다. unreacted 수은을 제거하여 반응을 해소 : 5 ML decane, 10 ML의 헥산, 7 ML의 메탄올을 추가하고 nanocrystals를 포함하는 상위 단계를 유지 솔루션을 압축을 풉니 다. 헥산 및 메탄올로 두 번 더 추출하고, 상단 단계는 ~ 7 ML이되도록 메탄올의 볼륨을 조정합니다. 단계가 분리 속도가 느린 경우, 솔루션은 (5000 XG, centrifuged 할 수 있습니다10 분). 강수량를 유도하기 위해 40 ML의 아세톤 다음 nanocrystals에 100 μl TOP, 100 μl보세요, 100 μl 올레 산을 추가합니다. 원심 분리를 통해 nanocrystals를 수집, 3 ML의 헥산에 분산. 불용성 구성 요소를 제거하고 350 nm의에서 새로운 흡광 계수를 사용하여 다시 nanocrystal 농도를 결정하기 위해 다시 원심 분리기. 다음 단계로 이동하기 전에 상온에서 최소 24 시간 연령에 nanocrystal 솔루션을 허용합니다. </li></ol> 2. 카드뮴 아연 황화물의 성장 (CD Y 아연 1-Y S) 쉘 <ol><li> 50 ML 3 목 플라스크에 0.1 M 쉘 전구체 솔루션을 준비합니다. 카드뮴 아세테이트 하이드레이트 (230.5 밀리그램, 1 mmol) 10 ML oleylamine (안녕) : 전구체를 카드뮴. 아연 전구체 : 아연 아세테이트 (183.5 밀리그램, 1 mmol)과 안녕 10 ML. 황 전구체 : 유황 (32.1 밀리그램, 1 mmol) 10 ML ODE. 진공에서 명확한 솔루션을 창출하고 1 시간에 환류 각 솔루션을 가열 한 후 아르곤과 비용이 청구됩니다. 유황 솔루션은 할 수있다실내 온도에 냉각 될 수 있지만, 카드뮴, 아연 전구체는 약 50 유지 ° C. 쉘 전구체 수량의 계산은 참조 14에서 찾을 수 있습니다. </li><li> 3 목 플라스크에 추가 : HG X CD 1-X 놈들이 QDs (120 nmol 2.3 nm의 직경), ODE (2 ML) 및 trioctylphosphine 산화물 (TOPO, 250 MG). Schlenk 줄을 사용 실온에서 헥산을 대피하십시오. 100 ° C와 15 분에 환류에 온도를 높입니다. 아르곤 또는 질소 가스로 Schlenk 라인 밸브를 변경하고 nanocrystal 솔루션에 열전대를 삽입합니다. </li><li> 120의 온도를 증가 ° C, 유황, 전구체 용액의 0.5 monolayers (140 μl)를 추가하고, 반응이 15 분 동안 진행 할 수 있습니다. 작은 aliquots (&lt;50 μl)을 형광 및 / 또는 UV-VIS 흡수 분광 광도법을 사용하여 반응의 진행 상황을 모니터링하기 위해 유리 주사기를 사용하여 제거 할 수 있습니다. 140의 온도를 증가 ° C, 카드뮴 전구체 용액의 0.5 monolayers을 추가 (140 μl)와 반응은 15 분 동안 진행 할 수 있습니다. 반응 솔루션에 올라 500 μl 무수을 추가합니다. </li><li> 160 ° C에서 각 또한 사이 15 분에 170에 아연 전구체 용액의 같은 양에 이어 황 전구체 용액의 0.5 monolayers (220 μl) ° C를 추가합니다. 다음 180의 ° C 유황 전구체 용액 (150 μl)와 15 분 간격으로 아연 전구체 용액의 0.25 monolayers를 추가합니다. </li><li> 실내 온도에 솔루션을 냉각 한 후 다시 nanocrystals의 수가 (3.8 ML 반응 용액 120 nmol) 변경되지 않았다는 것을 가정, UV-VIS 스펙트럼을 사용하여 이러한 입자에 대한 새 흡광 계수를 계산합니다. 냉동실에 원유 혼합으로 반응 용액을 저장, 섹션 1.8 1.9에 설명 된 동일한 방법을 사용하여 필요에 따라 nanocrystals는 해동하고 정화 할 수 있습니다. </li><li> nanocrystals는 전자 현미경, UV-VIS 흡수 분광 및 형광 분광을 사용하여 특징 될 수 있습니다. 양자 수율이 될 수 있습니다통합 영역 또는 상대적으로 참조 15 방법을 사용하여 알려진 표준에 비해를 사용하여 절대적으로 계산됩니다. </li></ol> 3. 단계 전송 <ol><li> 50 ML 3 목 플라스크에 1-X 놈들이 핵심 / 쉘 HG X CD / CD Y 아연 1 Y S QDs을 (5 ML, 20 μM) 정화 추가 건조 필름을 얻을 수있는 높은 진공 헥산을 제거합니다. 80 nanoparticle 필름 및 열 슬러리에 무수 피리딘 (3 ML)를 추가, 아르곤과 함께 술병을 작성 ° C. 1-2 시간의 과정을 통해 나노 입자가 완전히 분해됩니다. </li><li> 솔루션에 1 thioglycerol (1 ML)를 추가하고 80 저어 ° C를 2 시간에. 그런 다음 실온에 솔루션을 냉각하고 thioglycerol을 deprotonate하는 triethylamine을 (0.5 ML)를 추가합니다. 30 분에 젓는다. 이 솔루션이 용매 혼합물 극 nanocrystals의 가난한 용해도로 인해 triethylamine의 추가 흐린 후 될 수 있습니다. </li><li> 50 ML 원뿔 원심 분리기 관 cont에 QD 솔루션을 전송20 ML의 헥산 20 ML의 아세톤의 혼합물을 aining, 잘 섞는다. 원심 분리 (5,000 XG, 10 분)를 통해 유발 nanocrystals를 분리하고, 아세톤으로 펠릿을 씻는다. </li><li> 수 집계를 제거하는 QD 목욕 sonication과 DMSO의 펠렛 (5 ML)을 입력 한 다음 원심 분리기를 (7000 XG, 10 분) 디졸브. UV-VIS 흡수 스펙트럼에서 nanoparticle 농도를 결정합니다. 표면 thiols 천천히 공기 환경 조건에서 산화 수 있으므로 순수 QDs의이 솔루션은 3 시간 이내에 사용해야합니다. </li><li> DMSO 10 개 μM 이하로 QD 솔루션을 희석하고 50 ML 플라스크에 전송할 수 있습니다. DMSO의 thiolated polyacrylic 산 (부록에 설명 된 합성)의 5 MG / ML 솔루션을 준비합니다. 5 분 동안 실온에서 솔루션을 교반하고 가스를 제거하다하는 동안 QD 솔루션에 dropwise 폴리머 솔루션을 (nmol QDs 당 0.15 밀리그램 폴리머)를 추가합니다. </li><li> 아르곤과 80 열 ° C 90 분에있는 QD / 폴리머 솔루션을 깨끗이. 그런 다음 실온에 솔루션을 냉각D dropwise 50 MM 나트륨 borate, 산도 8 동일한 볼륨을 추가 할 수 있습니다. 10 분 동안 젓는다. </li><li> 50 MM 나트륨 borate, 산도 8 투석 (20 kDa의 컷오프)를 통해 QDs을 정화 한 다음 원심 필터 (10 kDa의 컷오프)를 사용하여 입자를 집중. UV-VIS 흡수 스펙트럼의 농도를 결정합니다. </li></ol> 4. PEG 코팅 <ol><li> stirbar있는 4 ML 유리 병에, 750 다 monoamino - 폴리에틸렌 글리콜 (30 밀리그램, 40 μmol)의 40,000 X 몰 초과로 borate 버퍼 1 nmol QDs을 섞는다. 특정 화학 기능 nanocrystals (예 : 히드라 지드 또는 maleimide)에 추가 할 경우, 그것은 heterobifunctional 아미노 PEG (30 % 몰분율은 일반적으로 잘 작동)과 아미노 PEG의 일부를 대체하여 도입 할 수 있습니다. borate 버퍼 1 μM에 nanocrystal 솔루션을 희석. 원하는대로이 반응은 축소 될 수 있습니다. </li><li> DMSO (144 μl)에 DMTMM (20 밀리그램, 72 μmol)의 새로운 솔루션을 준비합니다. 이 솔루션은 간단히 가열 할 수 있습니다 U탭 물 온수 또는 완전히 DMTMM를 해산하기 위해 목욕 sonicator에 잠겨의 스트림을 nder. 신속 QD 솔루션이 0.5 M DMTMM 솔루션의 25,000 X 몰 초과 (50 μl)을 추가하고 30 분 동안 실온에서 젓는다. </li><li> PEG와 nanocrystal 표면을 포화에 4.2 이상 네 번 단계를 반복합니다. 마지막으로, 반응을 잃게 200 μl 1 M 트리스 버퍼를 추가하고 투석, 원심 필터 또는 ultracentrifugation를 사용하여 nanocrystals를 정화. </li><li> nanocrystals는 monodispersity, 유체 역학적 크기, 액체 크로마토 그래피, 아가로 오스 겔 전기 영동 및 형광 현미경을 사용하여 표면 전하에 대한 분석 될 수있다. 자동 액체 크로마토 그래피 시스템 (GE AKTAprime 플러스)를 사용하여 유체 역학적 크기 및 크​​기 분포를 확인하려면, 260 또는 280 nm의에서 Superose 6 열, PBS 버퍼 eluent와 0.5 ML / 분의 유량 및 흡수 감지를 사용합니다. 분자량 표준의 사람들과 nanoparticle의 용출 시간을 비교합니다. 아가로 오스 겔 electropho에 대한resis는, 50 MM 나트륨 borate 버퍼 (산도 8.5) 또는 50 MM 나트륨 인산염 버퍼 (산도 7.4)에서 0.5 % 아가로 오스 겔을 준비 우물에 10 % 글리세롤, 부하 1 개 μM 샘플을 혼합하고, 30 분에 100 V에서 실행 . UV 손 지팡이 나 UV의 transilluminator를 사용하여 젤과 형광 여기에 대한 이미지 nanocrystals합니다. 형광 현미경을 사용하여 단일 분자 수준에서의 이미지가 nanocrystals를 위해, 10 MM 인산 버퍼에있는 입자에 0.2 나노 미터를 희석, 유리 coverslip에 솔루션의 2.5 μl를 삭제하고 신중하게 확산 액체 구슬의 상단에 두 번째 coverslip를 배치 coverslips 사이에 필름​​. 400-580 나노 미터 및 전자 - 배가 CCD 카메라 사이의 파장에서 여기있는 중 epifluorescence 또는 TIRF 모드에서 높은 수치 조리개 목표를 (이상적으로 최소한 1.40)를 사용하여 이미지의 표면에 바인딩 입자. 정확한 이미징 매개 변수 현미경 설정 사이에 다릅니다. </li></ol>

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관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

기존의 CdSe 양자 점에 비해, 삼원 합금 HG X CD 1-X 놈들의 nanocrystals는 크기와 독립적으로 형광 파장에서 조정 할 수 있습니다. 크기가 처음 CdSe nanocrystal 코어의 합성 중에 선택되어 있으며, 형광 파장은 실질적으로 nanocrystal 크기 9 변경하지 않는 보조 수은 양이온 교환 단계에서 선택됩니다. 그것은 정화 HG X CD 1-X 놈들의 nanocrystals이 상한 전에 최소 24 시간 동...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 (선택 사항) </td></tr><tr><td> 셀렌 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 229865 </td><td></td></tr><tr><td> 트라이-N-octylphosphine </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> 97%, 순수한 공기 불안정 </td></tr><tr><td> 산화 카드뮴 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 202894 </td><td> 높은 독성 : 사용주의 </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic 산 </td><td> PCI 합성 </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadecene </td><td> 알파 Aesar </td><td> L11004 </td><td> 기술 등급 </td></tr><tr><td> Hexadecylamine </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylphosphine </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 252964 </td&gt; <td> 발화 </td></tr><tr><td> 수은 아세테이트 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 456012 </td><td> 높은 독성 : 사용주의 </td></tr><tr><td> 1 Octanethiol </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 471836 </td><td> 강한 냄새 </td></tr><tr><td> 올레산 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> 아연 아세테이트 </td><td> 알파 Aesar </td><td> 35,792 </td><td></td></tr><tr><td> 아세테이트 하이드레이트를 카드뮴 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 229490 </td><td> 높은 독성 : 사용주의 </td></tr><tr><td> Oleylamine </td><td> 피셔 과학 </td><td> AC12954 </td><td> 공기 불안정 </td></tr><tr><td> 황 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Trioctylphosphine 산화 </td><td> Strem </td><td> 15-6661 </td><td> 99% </td></tr><tr><td> 피리딘 </td><td> VWR </td><td> EM-PX2012-6 </td><td> 무수의 </td></tr><tr><td> Thioglycerol </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> M1753 </td><td> 강한 냄새 </td></tr><tr><td> Triethylamine </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 471283 </td><td> 무수의 </td></tr><tr><td> 투석 관 </td><td> 스펙트럼 연구소 </td><td> 131342 </td><td> 20 kDa의 차단 </td></tr><tr><td> 원심 필터 </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 kDa의 차단 </td></tr><tr><td> Monoamino-PEG </td><td> Rapp Polymere </td><td> 12 750-2 </td><td> 750 다 </td></tr><tr><td> DMTMM, 4 - (4,6-Dimethoxy-1 ,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium 염화물 수화물 </td><td> 알파 Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime 플러스 크로마토 그래피 시스템 </td><td> GE 헬스 케어 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 6 300분의 10 GL 크로마토 그래피 칼럼 </td><td> GE 헬스 케어 </td><td> 17-5172-01 </td><td></td></tr><tr><td> 아가로 오스, OmniPur </td><td> VWR </td><td> EM-2120 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 충수 수은 octanethiolate의 합성 : 천천히 1 octanethiol (. 3 EQ)와 실온에서 메탄올의 수산화 칼륨 (. 3 EQ)의 감동 솔루션에 수은 아세테이트 (1. EQ)의 메탄올 솔루션을 추가 할 수 있습니다. 여과를 통해 수은 (II) octanethiolate의 침전물을 분리, 에테르와 메탄올 한 번으로 두 번 씻어하고, 진공 후 건조합니다. multidentate 폴리머의 합성 : 30 분에 아르곤과 150 ML 세 목이 술병과 거품의 25 ML의 dimethylformamide (DMF)에 polyacrylic 산 (1 G, 1773 다) 디졸브. 10 ML의 DMF의 cysteamine (374 MG, 4.87 mmol)의 무수 솔루션을 추가 할 수 있습니다. 활발한 저어가있는 방 온도에서 천천히 무수 diisopropylcarbodiimide을 추가 (DIC, 30 triethylamine (170 μl, 1.22 mmol) 다음 분, 그리고 반응이 60에서 72 시간 동안 진행 할 수 있습니다 ° C. 이상 736 MG, 5.83 mmol) 반응을 해소하고, 실온에서 2 시간에 휘몰아 치기 (501 MG, 6.41 mmol) 메르 캅토 에탄올을 추가합니다. 회전 증발을 통해 DMF를 제거하고 얼음처럼 차가운 아세톤의 2시 1분 혼합물의 추가와 고분자 분리 : 클로로포름, 원심 분리 한 다음 있습니다. 디 에틸 에테르, 그리고 반복으로 다시 ~ 5 ML 무수 DMF, 필터에 고분자를 침전 분해. 아르곤에 따라 진공 및 매장에 따라 제품을 말린다. CdSe 코어 직경의 결정 : UV-VIS 흡수 스펙트럼에서의 긴 파장 피크 (예를 들면 그림 2A의 CdSe에 약 498 nm 정도)입니다 처음 exciton 피크 (λ, NM에서)의 파장을 결정하고,를 사용하여 Mulvaney와 동료 (12)의 곡선 크기 조정 : <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;공식 1&quot;/&gt; CdSe nanocrystal 농도의 결정 : CdSe nanocrystals의 광학 명확한 솔루션의 배경 - 공제 UV-VIS 스펙트럼에서, 350 nm의 파장에서 흡수를 결정한다. 시리얼 dilutions는 광 흡수가 맥주의 법칙의 선형 범위 내에 있는지 확인하는 데 사용할 수 있습니다. nanocrystal 농도 (QD, M의가)에서 다음과 같은 방정식으로 nanocrystal 직경 (D, NM에서), 광학 흡수 값 (A 3sa) 및 큐벳 경로 길이 (L, cm에서)에 연결해에 의해 결정될 수있다 Bawendi와 동료 (13)의 경험적 상관 관계 : <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="수식이" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

단일 분자 이미징은 biomolecular 기능의 메커니즘을 이해하고 세포 생물학 1-4 기초 분자 행동의 공간과 시간적 이질성을 시각화를위한 중요한 도구입니다. 이미지의 관심 개별 분자를로, 일반적으로 형광 태그 (염료, 단백질, 구슬, 또는 양자 점)에 복합 및 epifluorescence 또는 총 내부 반사 형광 (TIRF) 현미경으로 관찰합니다. 염료와 형광 단백질 수십 년 동안 형광 이미징의 의지가되는 것되었습니다 있지만, 자신의 형광 신호의 전체 손실되기 전에 관찰 몇 초 만에 항복, 개별 분자를 관찰 할 필요가 높은 광자 fluxes에서 불안정합니다. 라텍스 구슬 및 염료 표시된 구슬은 개선 신호 안정성을 제공하지만, deleteriously 연구 아래에있는 분자의 확산과 동작을 변경할 수 있습니다 획기적으로 큰 유체 역학적 크기의 비용. ntent는 &quot;&gt; 양자 점 (QDs)은이 두 문제가 정권 사이의 균형을 제공합니다.이 나노 입자는 반도체 재료로 구성되어 있으며 photodegradation 5 뛰어난 저항과 hydrodynamically 소형 크기 설계 할 수 있습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 QDs 사용 설정에 역할을되었습니다 단일 분자 수준에서 복잡한 macromolecular 문제의 장기 관찰. 그러나 이러한 입자는 여전히 이러한 자신의 크기가 여전히 4,6 너무 큰 세포 세포질과 분열 neuronal 신경 등 사람들이 많은 분자 환경에서 장애 확산을 전시 할 수 발견되었습니다 , 7. 콜로이드 안정성, photostability, 밝기, 그리고 과거 8,9에 소형 QDs의 유틸리티를 방해 한 특이 현상 바인딩 오프셋을 균형하면서 최근 우리는 코어와 최소화 유체 역학적 크기 QDs의 표면 코팅을 설계했습니다. 이 문서의 목적은 입증하는 것입니다절연 카드뮴 Y 아연 1 Y S 쉘, 짧은 폴리에틸렌 글리콜과 수정 multidentate 고분자 리간드들과의 코팅 (코팅 합금 HG X CD 1-X 놈들이 코어 구성이 최적화 된 nanocrystals의 합성, 수정, 및 특성, PEG) 체인 (그림 1). 기존의 CdSe의 nanocrystals에 비해, HG X CD 1-X 놈들이 합금은 강화 된 세포의 신호 대 노이즈 비 세포 독성 눈에 보이는 파장의 여기에 붉은 색과 가까운 적외선 파장에서 형광, 형광의 큰 양자 수율을 제공합니다. Multidentate 폴리머 코팅 유체 역학적 크기를 최소화하기 위해 폐쇄와 평면 형태의 nanocrystal의 표면에 바인딩, 그리고 PEG는 세포와 분자에 특이 현상 바인딩을 최소화하기 위해 표면 전하를 중화. 최종 결과는 550-800 nm의 12 나노 미터 근처에있는 총 유체 역학적 크기 사이의 방출과 밝은 형광 nanocrystal입니다. 이들에많은 수용성 구형 세포의 단백질, 그리고 기존의 PEGylated QDs (25-35 nm 정도)보다 실질적으로 더 작은으로 보자 크기까지 다양합니다.

그림 2는 CdSe nanocrystals, 양이온 교환 후 HG X CD 1-X 놈들의 nanocrystals, 그리고 HG X CD 1-X 놈들이 / CD Y 아연 쉘 성장 후 1-Y S nanocrystals을위한 대표 흡수 및 형광 스펙트럼을 도시한다. 핵심 CdSe의 nanocrystals는 양자 15% 근처에 형광 수율 (긴 파장 깊은 트랩 방출 포함)하지만 효율성이 표면 원자 방해 구를 통해 소개 캐리어 트랩을 청구 ?...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

우리는 단일 분자 형광 이미징을위한 최소화 유체 역학적 크기 콜로이드 양자 점의 준비에 대해 설명합니다. 기존의 양자 점에 비해,이 나노 입자는 구형 단백질의 크기와 비슷합니다 및 단일 분자 밝기, photodegradation에 대한 안정성 및 단백질과 세포에 특이 현상 바인딩에 대한 저항에 최적화되어 있습니다.

단일 분자 이미징을위한 소형 양자 점

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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Research

JoVE Journal

Engineering

18.0K 조회수.  Emory University. 우리는 단일 분자 형광 이미징을위한 최소화 유체 역학적 크기 콜로이드 양자 점의 준비에 대해 설명합니다. 기존의 양자 점에 비해,이 나노 입자는 구형 단백질의 크기와 비슷합니다 및 단일 분자 밝기, photodegradation에 대한 안정성 및 단백질과 세포에 특이 현상 바인딩에 대한 저항에 최적화되어 있습니다.

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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.

온난 한 원자 증기의 그라데이션 에코 양자 메모리

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

연구

공학

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.

게이트 정의 갈륨 비소 / AlGaAs 측면 양자점 나노

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.

단 하나의 GaN 나노 와이어 장치에 대한 문의 인터페이스의 분석

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.

원자 물리학에 대한 외부 공동 다이오드 레이저의 구조 및 특성

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.

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

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.

원자 힘 분광학에 의해 단일 ​​분자 접착 조사

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.

액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정

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.

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.

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

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.

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

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