Модификация поверхности наночастиц меркаптокислотами с различной длиной углеводородного радикала

 Позже методика была модифицирована. Уменьшили количество взятых КТ до 0,1 мл, вместо 4 мл деионизированной воды + 0,5 мл 0,1 М раствора NaOH использовали 4 мл 0,1М раствора NaOH, а полученный раствор перед заключительным центрифугированием подвергали воздействию ультразвука в течение 20 минут.

Сначала параллельно переводили в воду различные квантовые точки CdSe/ZnSe и CdS/ZnS. Для гидрофилизации использовали меркаптоундекановую кислоту. Была проведена серия параллельных экспериментов с различными образцами квантовых точек. Спектры флуоресценции показали, что перевод в воду лучше происходит для квантовых точек CdS/ZnS.

Затем квантовые точки CdS/ZnS переводили в воду, используя меркаптоуксусную кислоту. Применялась та же методика, только вместо 200 мг меркаптоундекановой кислоты добавляли по 0,06 мл  меркаптоуксусной. Флуоресценция в полученных таким образом образцах была очень низкой, что косвенно указывает на плохую гидрофилизацию поверхности нанокристаллов.

 

Реактивы и оборудование

В настоящей работе использовались следующее реактивы:

• КТ CdSe/ZnSe (положение максимума 583 нм, полуширина пика 27 нм, квантовый выход 35,9%)
• КТ CdS/ZnS (положение максимума 481 нм, полуширина пика 21 нм, квантовый выход 13,6%)
• КТ CdS/ZnS (положение максимума 471 нм, полуширина пика 19 нм, квантовый выход 8,6%)
• Меркаптоундекановая кислота (Aldrich, 95%)
• 1,4-диоксан (99%, Химмед)
• Деионизированная вода Milli-Q (сопротивление 18 МОм)
• Меркаптоуксусная кислота (Acros Organics, 98%)
• Гидроксид натрия микрогранулы (Химмед, х.ч.)

В ходе эксперимента применялось оборудование:

• Центрифуга MiniSpain (Eppendorf)
• Центрифуга Allegra X-22 Centrifuge (Beckman Coulter)
• Аналитические весы ExplorerPro (OHAUS)

Спектры поглощения и возбуждения снимались на:

• Спектрофотометре Agilent 8453 (Agilent)
• Спектрофлуориметре Cary Eclipse (Varian)

 

Обсуждение результатов

В ходе данной курсовой работы был проведен анализ методик перевода различных квантовых точек в воду. Были получены следующие результаты.

Из результатов экспериментов по гидрофилизации КТ CdSe/ZnSe в меркаптоуксусной кислоте,  проведенных ранее в нашей лаборатории, мы можем наблюдать существенное снижение флуоресценции (рис. 5). Этот эффект может  быть объяснен тем, что меркаптоуксусная кислота имеет короткий углеводородный скелет, поэтому «шуба», образованная данной кислотой, лишь в незначительной степени экранирует нанокристалл от тушителей флуоресценции, присутствующих в воде, например кислорода.

 

Рис. 5. Спектр флуоресценции КТ CdSe/ZnSe, модифицированных меркаптоуксусной кислотой.

 

Нами был проведен эксперимент по переводу в воду аналогичных КТ CdSe/ZnSe, но с использованием меркаптоундекановой кислоты. Как видно из рисунка 6, в данном случае падение флуоресценции незначительно.

Рис. 6. Спектр флуоресценции КТ CdSe/ZnSe, модифицированных меркаптоундекановой кислотой.

 

Вероятно, это происходит вследствие того, что меркаптоундекановая кислота за счет более длинного УВ-радикала намного лучше экранирует поверхность нанокристалла.

Затем аналогичная методика применялась для КТ CdS/ZnS в двух параллельных сериях. Можно заметить, что результаты также являются удовлетворительными.

Рис. 7. Спектр флуоресценции КТ CdS/ZnS (481 нм), модифицированных меркаптоундекановой кислотой.

Рис. 8. Спектр флуоресценции КТ CdS/ZnS (471 нм, модифицированных меркаптоундекановой кислотой.

 

 Также возможно, что «шуба», создаваемая меркаптоундекановой  кислотой, препятствует изменению  поверхности и процессу автоокисления.

В заключение эксперимента было решено использовать для точек CdS/ZnS меркаптоуксусную кислоту:

Рис. 9. Спектр флуоресценции КТ CdS/ZnS (481 нм), модифицированных меркаптоуксусной кислотой.

 

Рис. 10. Спектр флуоресценции КТ CdS/ZnS (471 нм), модифицированных меркаптоуксусной кислотой.

 

Следует отметить, что в последнем случае переход в воду наночастиц практически не осуществился по тем же причинам, что и с точками CdSe/ZnSe.

Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что для перевода в воду квантовых точек лучше всего использовать меркаптокислоты с длинным углеводородным радикалом, например, меркаптоундекановую.

 

Приношу благодарность ведущему инженеру, к.х.н. Маняшину А.О. за помощь в проведении экспериментов.

 

Выводы

1. Проведен анализ литературы по методам гидрофилизации поверхности КТ. Показано, что метод с использованием меркаптокислот в качестве модификаторов наиболее подходит для целей конъюгации нанокристаллов с биомолекулами.
2. Проведен анализ литературы, посвященной методам пептидного синтеза. Сделан вывод, что вариант синтеза с карбодиимидом является наиболее перспективным.
3. Модифицирована поверхность коллоидных квантовых точек CdSe/ZnSe и CdS/ZnS с использованием меркаптокислот. Опробованы методики с использованием меркаптоуксусной и меркаптоундекановой кислот.
4. Произведены оценки качества модификации поверхности КТ на основании данных флуоресцентной спектроскопии.
5. Улучшена методика гидрофилизации поверхности КТ CdSe/ZnSe и опробована на новом виде нанокристаллов - CdS/ZnS.
6. Показано, что при увеличении длины углеводородного радикала меркаптокислоты улучшается качество модификации поверхности нанокристаллов.

 

Список литературы

1. Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р. Флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине //  Российские нанотехнологии, том 2, №1-2 2007, стр.160 – 173.
2. Якубке Х., Ешкайт Х. Аминокислоты, пептиды, белки // стр. 140 – 160, 1985
3. Sukhanova A., Venteo L., Devy J., Artemyev M., Oleinikov V., Pluot M., Nabiev I. Highly Stable Fluorescent Nanocrystals as a Novel Class of Labels for Immunohistochemical Analysis of Paraffin-Embedded Tissue Sections // Laboratory Investigation, Vol. 82, No. 9, p. 1259, 2002
4. Bruchez M. Jr, Moronne M., Gin P., Weiss S., Alivisatos A.P. // Science, 1998, V. 281, P. 2013.
5. Gerion D., Pinaud F., Willimas S.C., Parak W.J., Zanchet D., Weiss S., Alivisatos A.P. // J. Phys. Chem. B, 2001, V. 105, P. 8861.
6. Murray C.B., Norris D.J., Bawendi M.G. // J. Am. Chem. Soc., 1993, V. 115, P. 8706.
7. Dabbousi B.O., Rodriguez-Viejo J., Mikulec F.V., Heine J.R., Mattoussi H., Ober R., Jensen K.F., Bawendi M.G. // J. Phys. Chem. B, 1997, V. 101, P. 9463.
8. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсионные системы. Учебник для вузов. // М.: Химия, стр. 336, 1988