Name: compact quantum dots for single-molecule imaging
Uploaded: 2012-10-09T12:00:00
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लेखकों के Emory विश्वविद्यालय के एकीकृत माइक्रोस्कोपी कोर में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी इमेजिंग के लिए डा. हाँग यी धन्यवाद देना चाहूंगा. यह काम NIH अनुदान द्वारा प्रायोजित किया गया था (PN2EY018244, CA108468 R01, U54CA119338, और-01 1K99CA154006).

निम्नलिखित संश्लेषण प्रक्रिया मानक हवा मुक्त तकनीक और एक वैक्यूम / अक्रिय गैस कई गुना का उपयोग शामिल है, विस्तृत कार्यप्रणाली 10 और 11 संदर्भ में पाया जा सकता है. सभी संभावित विषैले और ज्वलनशील पदार्थों ?...

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	<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>

पारंपरिक सीडीएसई क्वांटम डॉट्स की तुलना में, त्रिगुट मिश्र धातु पारा एक्स सीडी 1-x से nanocrystals आकार और प्रतिदीप्ति तरंग दैर्ध्य स्वतंत्र रूप में देखते जा सकता है. आकार 1 सीडीएसई nanocrystal कोर के संश्लेषण ?...

<table border="1"><tbody><tr><td> अभिकर्मक के नाम </td><td> कंपनी </td><td> सूचीपत्र संख्या </td><td> टिप्पणियां (वैकल्पिक) </td></tr><tr><td> सेलेनियम </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 229865 </td><td></td></tr><tr><td> त्रिकोणीय n octylphosphine </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> 97% शुद्ध हवा में अस्थिर </td></tr><tr><td> ऑक्साइड Cadmium </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 202894 </td><td> बेहद जहरीला: सावधानी बरतें </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic एसिड </td><td> PCI संश्लेषण </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadecene </td><td> अल्फा Aesar </td><td> L11004 </td><td> तकनीकी ग्रेड </td></tr><tr><td> Hexadecylamine </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylphosphine </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 252964 </td&gt; <td> Pyrophoric </td></tr><tr><td> पारा एसीटेट </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 456012 </td><td> बेहद जहरीला: सावधानी बरतें </td></tr><tr><td> 1-Octanethiol </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 471836 </td><td> मजबूत गंध </td></tr><tr><td> Oleic एसिड </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> जिंक एसीटेट </td><td> अल्फा Aesar </td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td> एसीटेट हाइड्रेट Cadmium </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 229490 </td><td> बेहद जहरीला: सावधानी बरतें </td></tr><tr><td> Oleylamine </td><td> फिशर साइंटिफिक </td><td> AC12954 </td><td> हवा में अस्थिर </td></tr><tr><td> सल्फर </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Trioctylphosphine ऑक्साइड </td><td> Strem </td><td> 15-6661 </td><td> 99% </td></tr><tr><td> पिरिडीन </td><td> VWR </td><td> EM-PX2012-6 </td><td> निर्जल </td></tr><tr><td> Thioglycerol </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> M1753 </td><td> मजबूत गंध </td></tr><tr><td> Triethylamine </td><td> सिग्मा Aldrich </td><td> 471283 </td><td> निर्जल </td></tr><tr><td> डायलिसिस टयूबिंग </td><td> स्पेक्ट्रम लैब्स </td><td> 131342 </td><td> 20 केडीए cutoff </td></tr><tr><td> केन्द्रापसारक फिल्टर </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 केडीए cutoff </td></tr><tr><td> Monoamino खूंटी </td><td> Rapp POLYMERE </td><td> 12 750-2 </td><td> 750 दा </td></tr><tr><td> DMTMM, 4 - (4,6 - Dimethoxy एक ,3,5 triazin-2-YL) 4 - methylmorpholinium क्लोराइड हाइड्रेट </td><td> अल्फा Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime प्लस क्रोमैटोग्राफी प्रणाली </td><td> जीई हेल्थकेयर </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 10/6 300 जीएल क्रोमैटोग्राफी स्तंभ </td><td> जीई हेल्थकेयर </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> परिशिष्ट पारा octanethiolate के संश्लेषण: धीरे धीरे (3 eq) 1 octanethiol और कमरे के तापमान पर मेथनॉल में पोटेशियम हीड्राकसीड (eq 3) के समाधान के लिए एक भावप्रवण पारा एसीटेट (1 eq) की एक मेथनॉल समाधान जोड़ने. छानने का काम के माध्यम से पारा (द्वितीय) octanethiolate तलछट अलग, और आकाश के साथ एक बार मेथनॉल के साथ दो बार धोने, और फिर शून्य के अंतर्गत सूखा. संश्लेषण multidentate बहुलक: polyacrylic एसिड (1 ग्राम, दा 1773) एक 150 मिलीलीटर फ्लास्क तीन गर्दन और 30 मिनट के लिए बुलबुला argon साथ में 25 मिलीलीटर dimethylformamide (DMF) में भंग. 10 मिलीलीटर DMF में एक cysteamine (374 मिलीग्राम, 4.87 mmol) निर्जल समाधान जोड़ें. जोरदार सरगर्मी के साथ कमरे के तापमान पर, धीरे निर्जल diisopropylcarbodiimide जोड़ (जिला उद्योग केंद्र, 736 मिलीग्राम, 30 मिनट, triethylamine (170 μl, 1.22 mmol) द्वारा पीछा किया, और प्रतिक्रिया 72 घंटे के लिए 60 पर आगे बढ़ने के लिए अनुमति देते डिग्री सेल्सियस पर 5.83 mmol) जोड़ें mercaptoethanol (501 मिलीग्राम, 6.41 mmol) प्रतिक्रिया बुझाना, और कमरे के तापमान पर 2 घंटे के लिए हलचल. रोटरी वाष्पीकरण के माध्यम DMF निकालें और ठंडा एसीटोन के एक 2:1 मिश्रण के अलावा साथ बहुलक अलग: क्लोरोफॉर्म, centrifugation द्वारा पीछा किया. ~ 5 मिलीलीटर निर्जल DMF, फिल्टर में बहुलक भंग, फिर diethyl ईथर, और दोहराने के साथ तलछट. निर्वात और argon के तहत दुकान के तहत उत्पाद सूखी. सीडीएसई कोर व्यास का निर्धारण: अवशोषण यूवी विज़ स्पेक्ट्रम से 1 exciton (λ, एनएम) में चोटी है, जो लंबे समय तक तरंगदैर्ध्य शिखर (जैसे 2a चित्रा में सीडीएसई के लिए लगभग 498 एनएम) की तरंग दैर्ध्य का निर्धारण, और उपयोग Mulvaney और 12 सहकर्मियों की वक्र sizing: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;1 समीकरण&quot; /&gt; सीडीएसई nanocrystal एकाग्रता का निर्धारण: एक पृष्ठभूमि घटाया सीडीएसई nanocrystals की एक ऑप्टिकली स्पष्ट समाधान के स्पेक्ट्रम यूवी विज़ से, 350 एनएम तरंगदैर्ध्य अवशोषण का निर्धारण. सीरियल dilutions निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है अगर ऑप्टिकल अवशोषण बीयर कानून के रैखिक सीमा के भीतर है. nanocrystal एकाग्रता (QD, एम में) से निम्नलिखित समीकरण में nanocrystal व्यास (डी, एनएम), ऑप्टिकल अवशोषण मूल्य (एक 3sa), और क्युवेट पथ लंबाई (एल, सेमी में) में plugging द्वारा निर्धारित किया जा सकता है के अनुभवजन्य संबंध Bawendi और 13 सहकर्मियों: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="2 समीकरण" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

चित्रा 2 प्रतिनिधि और सीडीएसई nanocrystals, पारा एक्स सीडी 1 x कटियन विनिमय के बाद से nanocrystals, और पारा x 1-x से सीडी सीडी / y 1-y खोल वृद्धि के बाद nanocrystals Zn लिए प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा के अवशोषण को दर्शाय?...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

हम एकल अणु प्रतिदीप्ति इमेजिंग के लिए कम से कम hydrodynamic आकार के साथ कोलाइडयन क्वांटम डॉट्स की तैयारी का वर्णन करता है. पारंपरिक क्वांटम डॉट्स की तुलना में, इन नैनोकणों गोलाकार प्रोटीन के आकार में समान हैं और एकल अणु चमक, खिलाफ स्थिरता photodegradation, और प्रोटीन और कोशिकाओं को nonspecific बाध्यकारी प्रतिरोध के लिए अनुकूलित कर रहे हैं.

एकल अणु इमेजिंग के लिए कॉम्पैक्ट क्वांटम डॉट्स

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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