Name: compact quantum dots for single-molecule imaging
Uploaded: 2012-10-09T12:00:00
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著者らは、電子顕微鏡イメージングのためのエモリー大学の統合顕微鏡コアで博士香港李に感謝したいと思います。この作品は、NIHの助成金（PN2EY018244、R01 CA108468、U54CA119338、そして1K99CA154006-01）が主催した。

以下の合成手順は、標準的な空気のない技術や真空/不活性ガスマニホールドの使用を含む、詳細な方法論は、10と11の参考文献に記載されています。すべての潜在的に有毒で引火性の物質のMSDSは、使用する前に相談する必要があり、すべての可燃性および/または空気に不安定な化合物は、グローブボックスやグローブバッグ内セプタム密封バイアルに分注しなければならない。 <p class="jov...

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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>

従来のCdSe量子ドットに比べて、三元合金のHg X CD 1-X SEナノ結晶は、独立して大きさと蛍光波長に同調させることができる。サイズは、第1 CdSeナノ結晶コアの合成時に選択され、蛍光波長は、実質的にナノサイズ9を変えない二水銀カチオン交換工程で選択されます。精製された水銀X CD 1-X Seのナノ結晶がキャッピング前に、少なくとも24時間室温でインキュベートする?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td>セレン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 229865 </td><td></td></tr><tr><td>トリ-n-オクチル</td><td>ストレム</td><td> 15から6655 </td><td>空気中で不安定で、97％の純度</td></tr><tr><td>酸化カドミウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 202894 </td><td>非常に有毒：使用注意</td></tr><tr><td>テトラデシルホスホン酸</td><td> PCIの合成</td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td>オクタデセン</td><td> Alfa Aesar社</td><td> L11004 </td><td>工業銘柄</td></tr><tr><td>ヘキサ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td>ジフェニル</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 252964 </td&gt; <td>自然発火性の</td></tr><tr><td>酢酸水銀</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 456012 </td><td>非常に有毒：使用注意</td></tr><tr><td> 1 - オクタンチオール</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 471836 </td><td>悪臭</td></tr><tr><td>オレイン酸</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td>酢酸亜鉛</td><td> Alfa Aesar社</td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td>酢酸塩水和物カドミウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 229490 </td><td>非常に有毒：使用注意</td></tr><tr><td>オレイルアミン</td><td>フィッシャー·サイエンティフィック</td><td> AC12954 </td><td>空気中で不安定である</td></tr><tr><td>硫黄</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td>トリオクチルホスフィンオキシド</td><td>ストレム</td><td> 15から6661 </td><td> 99パーセント</td></tr><tr><td>ピリジン</td><td> VWR </td><td> EM-PX2012から6 </td><td>無水</td></tr><tr><td>チオ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> M1753 </td><td>悪臭</td></tr><tr><td>トリエチルアミン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 471283 </td><td>無水</td></tr><tr><td>透析チューブ</td><td>スペクトラムラボ</td><td> 131342 </td><td> 20kDaのカットオフ</td></tr><tr><td>遠心ろ過機</td><td>ミリポア</td><td> UFC801024 </td><td> 10kDaのカットオフ</td></tr><tr><td>モノアミノ-PEG </td><td>ラップPolymere </td><td> 12 750から2 </td><td> 750ダ</td></tr><tr><td> DMTMM、4 - （4,6 - ジメトキシ-1,3,5 - トリアジン-2 - イル）-4 - メチルモルホリニウムクロリド水和物</td><td> Alfa Aesar社</td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprimeプラスクロマトグラフィーシステム</td><td> GEヘルスケア</td><td></td><td></td></tr><tr><td>スーパーロース6 10/300 GLカラムクロマトグラフィー</td><td> GEヘルスケア</td><td> 17-5172-01 </td><td></td></tr><tr><td>アガロース、OmniPur </td><td> VWR </td><td> EM-2120 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>付録 水銀octanethiolateの合成 ：ゆっくり1 -オクタンチオール（3当量）を、室温でメタノール中の水酸化カリウム（3当量）の撹拌溶液に酢酸水銀（1当量）のメタノール溶液を加える。濾過により水銀（II）octanethiolate沈殿を分離し、真空下で乾燥した後、メタノールで2回洗浄し、一度エーテルで、と。 多座ポリマーの合成 ：30分間アルゴンを150ミリリットルの三口フラスコと泡で25mlのジメチルホルムアミド（DMF）中のポリアクリル酸（1g、1773 Da）を溶かす。 10mlのDMF中のシステアミン（374ミリグラム、4.87 mmol）の無水溶液を加える。激しく撹拌しながら室温では、ゆっくりと無水ジイソプロピルを追加（トリエチルアミン（170μL、1.22 mmol）を加え、反応を60℃で72時間進行させる℃に続いて30分、オーバーDIC、736ミリグラム、5.83 mmol）を反応を停止させ、室温で2時間撹拌し（501ミリグラム、6.41 mmol）のメルカプトエタノールを追加します。ロータリーエバポレーターを介してDMFを除去し、氷冷アセトンの2:1混合物を添加してポリマーを単離：続いて遠心分離し、クロロホルム。ジエチルエーテル、リピートで再度沈殿〜5ミリリットル無水DMF、フィルター、中のポリマーを溶かす。アルゴン下で真空や店舗で製品を乾燥させてください。 CdSeコア径の決定 ：UV-Vis吸収スペクトルから最長波長のピーク（ 例えば 図2a中のCdSeのためのおよそ498 nm）である第一励起子ピーク（λ、nm単位）の波長を決定し、使用マルヴェイニーや同僚12の曲線をサイジング： <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;式1&quot; /&gt; CdSeナノ結晶の濃度の測定 ：CdSeナノ結晶の光学的に透明な液のバックグラウンド減算UV-Visスペクトルから、350nmの波長での吸光度を決定します。連続希釈液は、光の吸収はBeerの法則の線形範囲内にあるかどうかを判断するために使用できます。ナノ結晶の濃度は（QD、M中）から次の式にナノ結晶粒径（D、nm単位）、光吸収値（3SA）、およびキュベット·パスの長さ（cm単位リットル ）を接続することによって決定することができるBawendiや同僚13の経験的相関： <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="式（2）" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

1分子イメージングは、生体分子機能のメカニズムを理解するための細胞生物学1-4根底にある分子の挙動の空間的および時間的異質性を可視化するための重要なツールです。画像興味のある個々の分子には、それは一般的に蛍光タグ（染料、タンパク質、ビーズ、または量子ドット）にコンジュゲートと落射蛍光または全内部反射蛍光（TIRF）顕微鏡で観察しています。色素や蛍光タンパク質は何十年​​も蛍光イメージングの主力となっているが、それらの蛍光は、信号が完全に失われる前に、観測の数秒しかもたらして、個々の分子を観察するために必要な高い光子フラックス下では不安定である。ラテックスビーズと色素標識ビーズが改善された信号安定性を提供しますが、有害な研究対象の分子の拡散挙動を変更することができます大幅に大きい流体力学的サイズを犠牲にして。 ntent &quot;は&gt;量子ドット（QD）は、これら二つの問題が政権の間のバランスを提供します。これらのナノ粒子は半導体材料で構成され、光分解5〜並外れた耐性を有する流体力学的にコンパクトなサイズで設計することができるため、近年、量子ドットは有効に尽力されました単一分子レベルでの複雑な高分子の挙動の長期観測。しかし、これらの粒子はまだそのような彼らのサイズがまだ大きすぎる4,6細胞質および神経シナプス間隙などの混雑した環境での分子拡散障害を示すことが見出された、7。 コロイド安定性、光安、明るさ、過去8,9にコンパクトQDの効用を妨げてきた非特異的結合に対するオフセットバランスを取りながら、最近我々は、コアおよび流体力学的サイズを最小化するための量子ドットの表面コーティングを設計した。この記事の目的は、実証することである絶縁カドミウム亜鉛Y 1-Y Sシェル、短いポリエチレングリコールで修飾された多座配位高分子でさらに被覆（でコーティングされた合金化水銀X CD 1-X SEのコアで構成され、これらの最適化されたナノ結晶の合成、修正、および特性PEG）鎖（ 図1）。従来のCdSeナノ結晶と比較して、水銀X CD 1-X SE合金は強化された細胞内の信号対雑音、非細胞毒性可視波長での励起のために赤と近赤外波長の蛍光、蛍光の大きい量子収率を提供します。多座ポリマーコーティングは、流体力学的サイズを最小にするために閉鎖とフラットなコンフォメーションでナノ結晶表面に結合し、PEGは細胞や生体分子に非特異的な結合を最小限に抑えるために表面電荷を中和する。最終的な結果は、550から800 nmおよび12 ​​nm付近合計流体力学的サイズとの間の発光と明るい蛍光ナノ結晶である。これは、sにありますAMEサイズの細胞には多くの水溶性球状タンパク質などの範囲、および従来のPEG化された量子ドット（25-35 nm）に比べてかなり小さい。

図2は、CdSeナノ結晶、陽イオン交換後の水銀X CD 1-X SEナノ結晶、およびHg X CD 1-X SE / CD Y Znの殻の成長後の1-Y Sナノ結晶の代表的な吸収および蛍光スペクトルを示す。コアのCdSeナノ結晶は15％近くに蛍光の量子収率を持っている（長波長ディープトラップの排出を含む）が、この効率は、表面原子の中断9を通じて導入されたキャリアのトラ?...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

我々は、単一分子蛍光イメージングのための最小限に流体力学的サイズを有するコロイド量子ドットの調製を記載している。従来の量子ドットに比べ、これらのナノ粒子はサイズが球状タンパク質と類似しており、単一分子の明るさ、光分解に対する安定性、タンパク質や細胞への非特異的な結合への抵抗のために最適化されています。

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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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