Name: compact quantum dots for single-molecule imaging
Uploaded: 2012-10-09T12:00:00
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Les auteurs tiennent à remercier le Dr Hong Yi à la base Emory University microscopie intégrée pour l&#39;imagerie par microscopie électronique. Ce travail a été financé par des subventions du NIH (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338 et 1K99CA154006-01).

Les procédés de synthèse suivantes impliquent l&#39;air standard sans techniques et l&#39;utilisation d&#39;un aspirateur / collecteur de gaz inerte; méthodologie détaillée peut être trouvée dans les références 10 et 11. FDS pour toutes les substances potentiellement toxiques et inflammables doit être consulté avant toute utilisation et les composés inflammables et / ou de l&#39;air labile doit être répartie dans des flacons scellés septum dans une boîte à gants ou un sac à gants. <p class="jove_t...

<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>

Par rapport aux points quantiques de CdSe, alliage ternaire Hg x Cd 1-x Se nanocristaux peuvent être réglés en taille et en longueur d&#39;onde de fluorescence de manière indépendante. La taille est d&#39;abord sélectionné lors de la synthèse de nanocristaux de CdSe noyaux, et la longueur d&#39;onde de fluorescence est choisi dans une étape d&#39;échange de cations mercure secondaire, qui ne modifie pas sensiblement la taille des nanocristaux 9. Il est important de laisser le m...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom du réactif </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires (optionnel) </td></tr><tr><td> Sélénium </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> Pur à 97%, instable à l&#39;air </td></tr><tr><td> L&#39;oxyde de cadmium </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 202894 </td><td> Très toxique: soyez prudent </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic acide </td><td> Synthèse PCI </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadécène </td><td> Alfa Aesar </td><td> L11004 </td><td> De qualité technique </td></tr><tr><td> Hexadécylamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylphosphine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 252964 </td&gt; <td> Pyrophorique </td></tr><tr><td> L&#39;acétate de mercure </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 456012 </td><td> Très toxique: soyez prudent </td></tr><tr><td> 1-octanethiol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471836 </td><td> Forte odeur </td></tr><tr><td> L&#39;acide oléique </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> L&#39;acétate de zinc </td><td> Alfa Aesar </td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td> Cadmium hydrate d&#39;acétate </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 229490 </td><td> Très toxique: soyez prudent </td></tr><tr><td> Oléylamine </td><td> Fisher Scientific </td><td> AC12954 </td><td> Instable à l&#39;air </td></tr><tr><td> Soufre </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Oxyde de trioctylphosphine </td><td> Strem </td><td> 15-6661 </td><td> 99% </td></tr><tr><td> Pyridine </td><td> VWR </td><td> EM-PX2012-6 </td><td> Anhydre </td></tr><tr><td> Thioglycérol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M1753 </td><td> Forte odeur </td></tr><tr><td> Triéthylamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471283 </td><td> Anhydre </td></tr><tr><td> Un tube de dialyse </td><td> Spectrum Labs </td><td> 131342 </td><td> 20 kDa de coupure </td></tr><tr><td> Filtre centrifuge </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 kDa de coupure </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-diméthoxy-1 ,3,5-triazine-2-yl)-4-méthylmorpholinium hydrate de chlorure </td><td> Alfa Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime Chromatographie Plus System </td><td> GE HealthCare </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 6 10/300 GL Chromatographie sur colonne </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> Appendice Synthèse de mercure octanethiolate: Ajouter lentement une solution méthanolique d&#39;acétate de mercure (1 éq.) À une solution sous agitation de 1-octane (3 éq.) Et de l&#39;hydroxyde de potassium (3 éq.) Dans le méthanol à température ambiante. Isoler le précipité de mercure octanethiolate (II) par filtration, laver deux fois avec du méthanol et une fois avec de l&#39;éther, puis séché sous vide. Synthèse de polymère multidenté: Dissoudre l&#39;acide polyacrylique (1 g, 1.773 Da) dans 25 ml de diméthylformamide (DMF) dans 150 ml d&#39;un ballon à trois cols et la bulle d&#39;argon pendant 30 min. Ajouter une solution anhydre de cystéamine (374 mg, 4,87 mmol) dans 10 ml de DMF. À température ambiante avec une agitation vigoureuse, ajouter lentement diisopropylcarbodiimide anhydre (DIC, 736 mg, 5,83 mmol) pendant 30 min, puis de la triéthylamine (170 pi, 1,22 mmol), et de laisser la réaction se poursuivre pendant 72 heures à 60 ° C. Ajouter mercaptoéthanol (501 mg, 6,41 mmol) pour arrêter la réaction, et remuer pendant 2 heures à température ambiante. Éliminer le DMF par évaporation rotative et isoler le polymère avec l&#39;addition d&#39;un mélange 2:1 d&#39;acétone glacée: chloroforme, suivie d&#39;une centrifugation. Dissoudre le polymère dans ~ 5 ml de DMF anhydre, filtre, précipité à nouveau avec du diéthyléther, et recommencez. Sécher le produit sous vide et sous atmosphère d&#39;argon magasin. Détermination du diamètre du noyau CdSe: A partir du spectre d&#39;absorption UV-Vis de déterminer la longueur d&#39;onde du premier pic excitonique (λ, en nm), qui est le pic le plus long-longueur d&#39;onde (par exemple environ 498 nm pour CdSe dans la figure 2a), et d&#39;utiliser le dimensionnement courbe de Mulvaney et ses collègues 12: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;Équation 1&quot; /&gt; Détermination de la concentration nanocristal de CdSe: Issu d&#39;un milieu soustrait-UV-Vis spectre d&#39;une solution optiquement claire de nanocristaux de CdSe, déterminer l&#39;absorption à 350 nm de longueur d&#39;onde. Des dilutions en série peut être utilisé pour déterminer si l&#39;absorption optique est dans la plage linéaire de la loi de Beer. La concentration nanocristal (QD, en M) peut être déterminée en branchant le diamètre nanocristal (D, en nm), la valeur d&#39;absorption optique (A 3SA), et la longueur du chemin cuvette (L, en cm) dans l&#39;équation suivante à partir de la corrélation empirique de Bawendi et ses collègues 13: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="Équation 2" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

Une seule molécule d&#39;imagerie est un outil important pour la compréhension des mécanismes de la fonction biomoléculaire et pour visualiser l&#39;hétérogénéité spatiale et temporelle des comportements moléculaires qui sous-tendent la biologie cellulaire 1-4. À l&#39;image d&#39;une molécule individuelle d&#39;intérêt, il est généralement conjugué à un marqueur fluorescent (colorant, de protéines, de perles, ou points quantiques) et observé avec épifluorescence ou fluorescence à réflexion interne totale (TIRF) microscopie. Alors que les colorants et les protéines fluorescentes ont été le pilier de l&#39;imagerie de fluorescence pendant des décennies, leur fluorescence est instable sous haute flux de photons nécessaires pour observer les molécules individuelles, ce qui donne seulement quelques secondes d&#39;observation avant la perte totale du signal. Des billes de latex et de perles colorant étiquetés assurer la stabilité du signal amélioré, mais au détriment de la taille hydrodynamique considérablement plus grande, ce qui peut altérer la diffusion délétère et le comportement de la molécule étudiée. ntent &quot;&gt; Les quantum dots (QDs) offrent un équilibre entre ces deux régimes problématiques. Ces nanoparticules sont constituées de matériaux semi-conducteurs et peut être conçu avec une taille hydrodynamique compact avec une résistance exceptionnelle à la photodégradation 5. Ainsi, ces dernières années QDs ont joué un rôle en permettant aux observation à long terme du comportement complexe macromoléculaire sur le niveau de la molécule unique. Cependant, ces particules ont encore été trouvé exposer diffusion avec facultés affaiblies en environnements encombrés moléculaires tels que le cytoplasme cellulaire et synaptique neuronale de la fente, où leurs tailles sont encore trop grandes 4,6 , 7. Récemment, nous avons conçu les cœurs et les revêtements de boîtes quantiques de taille hydrodynamique réduite au minimum, tout en tenant compte des décalages à la stabilité colloïdale, photostabilité, la luminosité et la liaison non spécifiques qui ont entravé l&#39;utilité des boîtes quantiques compacts dans le passé 8,9. Le but de cet article est de démontrerla synthèse, la modification et la caractérisation de ces nanocristaux optimisées, composée d&#39;un alliage Cd Hg 1-x Se x noyau revêtu d&#39;un isolant Zn Cd Y 1-Y S coquille, en outre revêtu avec un ligand polydenté polymère modifié par du polyéthylèneglycol court ( PEG) (figure 1). Par rapport aux nanocristaux de CdSe conventionnels, Hg x Cd 1-x Se alliages offrent de meilleures rendements quantiques de fluorescence, fluorescence à des longueurs d&#39;onde rouge et proche infrarouge pour améliorer signal-sur-bruit dans les cellules, et d&#39;excitation à la non-cytotoxiques longueurs d&#39;onde visibles. Multidentés revêtements polymères se lier à la surface du nanocristal dans une conformation fermée et plane pour réduire au minimum la taille hydrodynamique, et PEG neutralise la charge de surface pour minimiser liaison non spécifique aux cellules et de biomolécules. Le résultat final est un nanocristal fluorescent vives avec des émissions entre 550-800 nm et une taille hydrodynamique totale près de 12 nm. C&#39;est dans le sgamme de taille ame autant de protéines globulaires solubles dans les cellules, et sensiblement plus petits que les points quantiques conventionnels PEGylées (25-35 nm).

La figure 2 illustre l&#39;absorption et des spectres de fluorescence représentant des nanocristaux de CdSe, Hg x Cd 1-x Se nanocristaux après échange cationique, Hg et Cd x 1-x Se / Zn Cd y 1-y nanocristaux S après croissance de la coquille. Les nanocristaux de CdSe de base ont un rendement quantique de fluorescence près de 15% (y compris les grandes longueurs d&#39;onde profonde piège d&#39;émission) mais cette efficacité tombe à moins de 1% après ...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Nous décrivons la préparation de points quantiques colloïdaux dont la taille hydrodynamique réduit au minimum pour l&#39;imagerie de fluorescence de molécules uniques. Par rapport aux points quantiques, ces nanoparticules ont une taille similaire à des protéines globulaires et sont optimisés pour une seule molécule de la luminosité, de la stabilité contre la photodégradation et la résistance à la liaison non spécifique des protéines et des cellules.

Compact points quantiques pour une seule molécule d&#39;imagerie

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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