Name: compact quantum dots for single-molecule imaging
Uploaded: 2012-10-09T12:00:00
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Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Hong Yi no Núcleo de Microscopia da Universidade Emory Integrado de imagens de microscopia eletrônica. Este trabalho foi patrocinado pelo NIH (PN2EY018244, R01 CA108468, U54CA119338, e 1K99CA154006-01).

Os procedimentos de síntese a seguir envolvem padrões de ar livres de técnicas e a utilização de um colector de vácuo / gás inerte; metodologia detalhada pode ser encontrada nas referências 10 e 11. MSDS para todas as substâncias potencialmente tóxicas e inflamáveis ​​deve ser consultado antes do uso e compostos de todos inflamáveis ​​e / ou ar-lábil deve ser aliquotado em septo fechados frascos em uma caixa de luva ou saco de luvas. 1. Síntese de Mercúrio seleneto de c?...

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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>

Em relação ao convencional pontos quânticos de CdSe, ternário liga Hg x CD nanocristais 1-X SE pode ser ajustado em tamanho e comprimento de onda de fluorescência de forma independente. O tamanho é primeiro seleccionado durante a síntese de núcleos CdSe nanocristais, e o comprimento de onda de fluorescência é escolhido de um passo secundário de troca de catiões de mercúrio, o que não altera substancialmente o tamanho dos nanocristais 9. É importante para permitir que o Hg ...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários (opcional) </td></tr><tr><td> Selênio </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, instável em ar </td></tr><tr><td> Óxido de cádmio </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 202894 </td><td> Altamente tóxico: uso cautela </td></tr><tr><td> Tetradecylphosphonic ácido </td><td> Síntese PCI </td><td> 4671-75-4 </td><td></td></tr><tr><td> Octadeceno </td><td> Alfa Aesar </td><td> L11004 </td><td> Grau técnico </td></tr><tr><td> Hexadecilamina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> H7408 </td><td></td></tr><tr><td> Difenilfosfina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 252964 </td&gt; <td> Pirofórico </td></tr><tr><td> Acetato de mercúrio </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 456012 </td><td> Altamente tóxico: uso cautela </td></tr><tr><td> 1-Octanethiol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471836 </td><td> Odor forte </td></tr><tr><td> Ácido oléico </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> W281506 </td><td></td></tr><tr><td> Acetato de zinco </td><td> Alfa Aesar </td><td> 35792 </td><td></td></tr><tr><td> Cádmio hidratar acetato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 229490 </td><td> Altamente tóxico: uso cautela </td></tr><tr><td> Oleilamina </td><td> Fisher Scientific </td><td> AC12954 </td><td> Instável, em ar </td></tr><tr><td> Enxofre </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 344621 </td><td></td></tr><tr><td> Trioctylphosphine óxido </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> Tioglicerol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M1753 </td><td> Odor forte </td></tr><tr><td> Trietilamina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 471283 </td><td> Anidro </td></tr><tr><td> Tubagem de diálise </td><td> Espectro Labs </td><td> 131342 </td><td> 20 kDa de corte </td></tr><tr><td> Filtro centrífugo </td><td> Millipore </td><td> UFC801024 </td><td> 10 kDa de corte </td></tr><tr><td> Monoamino-PEG </td><td> Rapp Polymere </td><td> 12 750-2 </td><td> Da 750 </td></tr><tr><td> DMTMM, 4 - (4,6-dimetoxi-1 ,3,5-triazina-2-il)-4-hidrato de cloreto de methylmorpholinium </td><td> Alfa Aesar </td><td> H26333 </td><td></td></tr><tr><td> AKTAprime Cromatografia Plus Sistema </td><td> GE HealthCare </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Superose 6 10/300 GL coluna de cromatografia </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> Apêndice Síntese de mercúrio octanethiolate: Adicionar lentamente uma solução de metanol de acetato de mercúrio (1 eq.) A uma solução em agitação de 1-octanethiol (3 eq.) E hidróxido de potássio (3 eq.) Em metanol à temperatura ambiente. Isolar o mercúrio precipitado octanethiolate (II) por meio de filtração, lava-se duas vezes com metanol e uma vez com éter e, em seguida, seco sob vácuo. Síntese de polímero multidentado: Dissolver o ácido poliacrílico (1 g, 1773 Da), em 25 ml de dimetilformamida (DMF) num balão de 150 ml de três tubuladuras e de bolha com árgon, durante 30 min. Adicionar uma solução anidra de cisteamina (374 mg, 4,87 mmol) em 10 ml de DMF. À temperatura ambiente, com agitação vigorosa, adiciona-se lentamente diisopropilcarbodiimida anidro (DIC, 736 mg, 5,83 mmol) ao longo de 30 min, seguido de trietilamina (170 ul, 1,22 mmol), e deixar a reacção prosseguir durante 72 horas a 60 ° C. Adicionar mercaptoetanol (501 mg, 6,41 mmol) para extinguir a reacção e agitou-se durante 2 horas à temperatura ambiente. Remover DMF por meio de evaporação rotativa e isolar o polímero, com a adição de uma mistura 2:1 de gelo-acetona fria: clorofórmio, seguido de centrifugação. Dissolve-se o polímero em ~ 5 ml de DMF anidro, filtra-se precipitar novamente com éter dietílico, e de repetição. Seca-se o produto sob vácuo e armazenamento sob atmosfera de árgon. Determinação de CdSe diâmetro do núcleo: A partir do espectro de absorção no UV-Vis determinar o comprimento de onda do primeiro pico exciton (λ, em nm), o que é o pico mais longo comprimento de onda (por exemplo, cerca de 498 nm para CdSe na Figura 2a), e usar o dimensionamento curva de Mulvaney e colaboradores 12: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq1.jpg" alt= &quot;Equação 1&quot; /&gt; Determinação da concentração de nanocristais CdSe: A partir de um fundo-subtraído do espectro de UV-Vis de uma solução opticamente clara de nanocristais CdSe, determinar a absorção a 350 nm de comprimento de onda. Diluições em série pode ser utilizado para determinar se a absorção óptica está dentro do intervalo linear da Lei de Beer. A concentração dos nanocristais (QD, em M) pode ser determinada ligando o diâmetro dos nanocristais (D, em nm), o valor de absorção óptica (A 3SA), e o comprimento do percurso da cuvete (l, em cm) para a equação seguinte a partir de a correlação empírica de Bawendi e colaboradores 13: <img src="/files/ftp_upload/4236/4236eq2.jpg" alt="Equação 2" /></td></tr></tbody></table>

compact quantum dots for single-molecule imaging

Única molécula-imagem é uma ferramenta importante para a compreensão dos mecanismos da função biomolecular e para visualizar a heterogeneidade espacial e temporal de comportamentos moleculares subjacentes à biologia celular 1-4. A imagem de uma molécula individual de interesse, é tipicamente conjugado com um marcador fluorescente (corante, proteína, grânulo, ou quantum dot) e observadas com epifluorescência ou por reflexão total interna microscopia de fluorescência (TIRF). Embora os corantes fluorescentes e de proteínas têm sido o esteio de imagens de fluorescência ao longo de décadas, a fluorescência é instável sob elevados fluxos de fótons necessárias para observar as moléculas individuais, obtendo-se apenas de alguns segundos de observação antes de completa perda de sinal. Esferas de látex e os grânulos de corantes marcados proporcionar estabilidade melhorada do sinal, mas à custa de maior tamanho hidrodinâmico drasticamente, o que pode alterar prejudicialmente a difusão e o comportamento da molécula em estudo. ntent &quot;pontos quânticos (QDs&gt;) oferecem um equilíbrio entre estes dois regimes problemáticos. Estas nanopartículas são compostos de materiais semicondutores e podem ser projetados com um tamanho compacto hidrodinamicamente com excepcional resistência à fotodegradação 5. Assim, nos últimos anos QDs têm sido fundamentais na viabilização observação a longo prazo do comportamento complexo macromolecular no nível única molécula. No entanto, estas partículas têm sido ainda encontrados para exibir difusão prejudicada em ambientes aglomerados moleculares, tais como o citoplasma celular e a fenda sináptica neuronal, onde os tamanhos são ainda demasiado grande de 4,6 , 7. Recentemente, temos os núcleos de engenharia e revestimentos de superfície de QDs para minimizar tamanho hidrodinâmico, enquanto equilibra as compensações para a estabilidade coloidal, fotoestabilidade, brilho e ligação inespecíficos que têm dificultado a utilidade de QDs compactos no 8,9 passado. O objetivo deste artigo é demonstrara síntese, modificação e caracterização destes nanocristais optimizado, composto por uma liga Hg x 1-x Cd núcleo Se revestidas com um isolante y Zn Cd 1-y shell S, ainda revestidos com um ligante de polímero multidentado modificada com polietilenoglicol curto ( cadeias PEG) (Figura 1). Comparado com nanocristais CdSe convencionais, Hg x CD ligas 1-X SE oferecer maiores rendimentos quânticos de fluorescência, com comprimentos de onda de vermelho e de infravermelho próximo para reforço de sinal-para-ruído de células, de excitação e de não citotóxicas comprimentos de onda visíveis. Os revestimentos de polímero multidentados se ligar à superfície de nanocristais de uma conformação fechada e plana para minimizar o tamanho hidrodinâmico, e PEG neutraliza a carga de superfície para minimizar a ligação não específica de células e biomoléculas. O resultado final é um nanocristais brilhantemente fluorescentes com emissão entre 550-800 nm e um tamanho hidrodinâmico quase total 12 nm. Isto é, no same gama de dimensões, como muitas proteínas globulares solúveis em células, e substancialmente mais pequenas do que as convencionais QDs peguilado (25-35 nm).

A Figura 2 representa a absorção representante e espectros de fluorescência de nanocristais de CdSe, x Hg Cd nanocristais 1-X SE depois de troca de cátions e Hg x CD 1-X SE / Cd y Zn 1-y S nanocristais após crescimento shell. Os nanocristais CdSe núcleo ter um rendimento quântico de fluorescência perto de 15% (incluindo o comprimento de onda de emissão de armadilha de profundidade), mas este rendimento cai para menos de 1% depois...

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Descreve-se a preparação de pontos quânticos coloidais com minimizada tamanho hidrodinâmico para uma única molécula de imagens de fluorescência. Em comparação com os pontos convencionais quântica, estas nanopartículas são semelhantes em tamanho às proteínas globulares e são optimizadas para uma única molécula de brilho, estabilidade contra a fotodegradação, e resistência a ligação não específica a proteínas e células.

Compactas pontos quânticos para uma única molécula de imagem

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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