Synthesis of Reabsorption-Suppressed Type-II/Type-I ZnSe/CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dots dan Aplikasinya untuk Immunosorbent Assay
Abstrak
Kami melaporkan metode satu pot bebas fosfin untuk mensintesis titik-titik kuantum inti-kerang (QDs) ZnSe/CdS/ZnS dengan struktur komposit tipe-II/tipe-I dan sifat-sifat penekanan reabsorpsi yang diakibatkannya. QD yang disintesis memiliki emisi merah efisien tinggi (dengan hasil kuantum 82%) dan stabilitas optik tinggi. Dibandingkan dengan QD tipe-I, QD ZnSe/CdS/ZnS menunjukkan pergeseran Stokes yang lebih besar dan reabsorpsi yang lebih rendah yang dapat mengurangi kehilangan emisi dan meningkatkan tingkat keluaran fluoresensi. ZnSe/CdS/ZnS QDs digunakan sebagai label fluoresen untuk mengeksploitasi aplikasinya dalam fluorescence-linked immunosorbent assay (FLISA) untuk pertama kalinya dalam pendeteksian C-reactive protein (CRP) dengan limit of detection (LOD) 0,85 ng/mL, yang lebih sensitif daripada FLISA berbasis QD tipe-I CdSe/ZnS (1.00 ng/mL). Hasilnya menunjukkan bahwa QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I mungkin merupakan kandidat yang baik untuk aplikasi dalam deteksi informasi biomedis.
Latar Belakang
Titik kuantum semikonduktor inti/kulit fluoresen (QDs) dicirikan oleh sifat optik yang sangat baik seperti rentang pancaran yang lebih luas, hasil kuantum fotoluminesensi (PL) yang lebih tinggi (QYs), dan stabilitas optik dan kimia yang lebih tinggi daripada pewarna organik tradisional. Keuntungan ini membuka peluang untuk kemajuan revolusioner dalam label fluoresen untuk diagnostik biomedis, pencitraan molekuler, dan bidang fotolistrik [1,2,3,4,5,6,7]. Menurut keselarasan pita antara bahan inti dan cangkang, QD inti/kulit dapat diklasifikasikan sebagai struktur tipe-I, tipe-I terbalik, dan tipe-II. QD tipe-I dicirikan oleh struktur penyelarasan pita "bersarang", yang dapat membatasi elektron dan hole ke wilayah inti untuk meningkatkan rekombinasi radiasi dan secara fisik memisahkan permukaan inti aktif optik dari media sekitarnya, dan dengan demikian meningkatkan intensitas PL dan stabilitas optik [6,7,8,9]. Terlepas dari sifat-sifat yang menguntungkan ini, pergeseran Stokes kecil (hanya selusin nanometer), disebut sebagai perbedaan antara absorpsi dan spektrum PL, menghasilkan reabsorpsi yang serius, yang menyebabkan hilangnya emisi secara keseluruhan dan membatasi penerapannya dalam penentuan kuantitatif [10, 11]. Sebaliknya, QD tipe-II dengan penyelarasan celah pita yang terhuyung-huyung mendorong pemisahan spasial elektron dan lubang ke berbagai wilayah struktur inti/kulit. Energi transisi rekombinasi e–h tepi pita berikutnya lebih kecil daripada celah pita salah satu komponen material penyusunnya, yang mengarah ke emisi pergeseran merah yang signifikan, yang tidak tersedia dengan salah satu material monokomponen. Kekuatan osilator dari fitur penyerapan eksiton pertama QD tipe-II berkurang secara dramatis dibandingkan dengan QD inti [12, 13]. Emisi yang sebagian besar bergeser merah dan puncak penyerapan eksiton pertama yang rata menurunkan tumpang tindih spektrum penyerapan dan emisi, yang menekan reabsorpsi, dan menguntungkan deteksi kuantitatif biologis. Tipe-II ZnSe/CdS QDs khas memiliki emisi merdu dari ungu kebiruan ke kisaran merah dan reabsorpsi ditekan [13]. Namun, elektron yang terdelokalisasi dalam cangkang CdS rentan terhadap jebakan dari cacat permukaan atau media sekitarnya, menyebabkan hasil kuantum fluoresensi rendah. Solusi yang layak adalah melapisi ZnSe/CdS QDs dengan kulit terluar ZnS tidak hanya untuk pasif permukaan untuk meningkatkan hasil kuantum dan stabilitas optik, tetapi juga untuk membatasi kebocoran elemen Cd beracun, mengurangi biotoksisitas. Sejauh ini, sebagian besar penelitian berfokus pada QDs tipe-I, dan hanya sedikit yang telah dilakukan pada QDs ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I [12,13,14,15]. Selain itu, semua studi tentang proses sintesis ZnSe/CdS/ZnS QDs menggunakan persiapan dua langkah dengan pemurnian awal QD inti ZnSe mentah dan menggunakan fosfin yang beracun dan mahal. Selain itu, tidak satupun dari mereka melibatkan penerapan QDs ZnSe/CdS/ZnS dalam deteksi biologis.
Di sini, kami melaporkan metode satu pot bebas fosfin untuk mensintesis QD inti/kulit ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I emisi merah berkualitas tinggi dengan fitur reabsorpsi-supresi dan penggunaan pertama QD untuk membuat uji imunosorben terkait fluoresensi (FLISA). Kami menggunakan prekursor Se (ODE-Se) dan seng oleat yang sangat reaktif dan toksik rendah untuk mensintesis QD inti ZnSe berkualitas tinggi, dan kemudian mencapai pertumbuhan multikulit tanpa pemurnian titik kuantum inti. Ini menunjukkan harapan besar untuk sintesis skala besar titik kuantum inti/kulit. Hasil kuantum QD pemancar merah ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I yang disiapkan dapat mencapai setinggi 82% dengan kandungan kadmium toksik yang lebih rendah yang sangat penting untuk mengurangi biotoksisitas di bidang biomedis. Selain itu, QD memiliki pergeseran Stokes yang besar serta puncak absorpsi pertama yang datar, yang menyebabkan tumpang tindih PL dan spektrum absorpsi yang rendah serta menekan efek reabsorpsi.
Protein C-reaktif (CRP), sebagai protein fase akut dari sel hati, telah dianggap sebagai indikator awal infeksi dan gangguan autoimun. Penyakit tersebut sering dimulai pada tingkat CRP yang sangat rendah. Oleh karena itu, analisis immunoassay kuantitatif sensitif dari tingkat CRP dalam sampel biologis sangat penting untuk diagnosis dan pemantauan evolusi penyakit [16]. Dibandingkan dengan tradisional enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), FLISA menghemat waktu tanpa reaksi enzimatik dan kurang sensitif terhadap kondisi lingkungan yang berasal dari kualitas optik QD fluorescent [17]. Oleh karena itu, FLISA telah menjadi hotspot penelitian baru dari immunoassay kuantitatif [2, 18,19,20,21]. Di sini, kami pertama-tama mendemonstrasikan FLISA kuantitatif immunoassay menggunakan ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I inti/shell QD yang larut dalam air sebagai probe fluoresen. Batas deteksi (LOD) untuk deteksi kuantitatif protein CRP mencapai 0,85 ng/mL yang 15% lebih sensitif daripada FLISA berbasis CdSe/ZnS tipe-I QD dalam eksperimen kontrol. QY yang tinggi, stabilitas optik yang sangat baik, dan efek reabsorpsi yang rendah dapat mendorong penerapan QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I dalam bidang biomedis dan fotolistrik.
Metode
Bahan kimia
Kadmium oksida (CdO, 99,99%), seng oksida (ZnO, 99,9%, bubuk), selenium (Se, 99,9%, bubuk), 1-oktadesen (ODE, 90%), 1-oktanethiol (OT, 98%), asam oleat (OA, 90%) Poli(anhidrida maleat-alt-1-oktadesen) (PMAO), dan asam 2-(N-morpholino) ethanesulfonat (MES) dibeli dari Aldrich. Minyak parafin (kelas analitis), aseton (kelas analitis), heksana (kelas analitis), dan metanol (kelas analitis) diperoleh dari Beijing Chemical Reagent Co., Ltd, China. NaOH, HCl, Na2 CO3 , NaHCO3 , KH2 PO4 , Na2 HPO4 , H3 BO3 , Na2 B4 O7 · 10H2 O, dan Tween-20 dibeli dari Shanghai Sangon Co., Ltd, China. Albumin serum sapi (BSA) dan serum anak sapi dibeli dari Sigma. 1-etil-3-(3-(dimetilamino) propil) karbodiimida (EDC), N-Hydroxysulfosuccinimide (sulfo-NHS) dan pelat mikro dibeli dari Thermo Fisher Scientific (AS). Antibodi monoklonal protein anti-C-reaction tikus dan antigen CRP diperoleh dari Abcam (USA). Semua bahan kimia dan pelarut digunakan seperti yang diterima tanpa pemurnian lebih lanjut.
Solusi Saham untuk Prekursor Se (0,1 M)
Se (6 mmol) dan ODE (60 mL) dimasukkan ke dalam labu leher tiga 100 mL, lalu dipanaskan hingga 220 °C selama 180 menit di bawah nitrogen untuk mendapatkan larutan bening berwarna kuning.
Solusi Saham untuk Prekursor Zn (0,4 M) dan Prekursor Cd (0,2 M)
ZnO (30 mmol), asam oleat (30 mL), dan 45 mL ODE dimasukkan ke dalam labu leher tiga 100 mL dan dipanaskan hingga 310 °C di bawah nitrogen untuk mendapatkan larutan yang jernih. Solusi yang dihasilkan dibiarkan dingin hingga 140 °C untuk injeksi. Proses preparasi prekursor Cd sama dengan prekursor Zn kecuali konsentrasinya diatur ke 0,2 M dan suhu reaksi diatur ke 240 °C.
Sintesis Tipikal QD ZnSe/CdS/ZnS Tipe-II/Tipe-I
Sebagai prosedur sintetik yang khas, prekursor Se 4 mL dan ODE (15 mL) ditempatkan dalam labu bundar 100 mL. Campuran dipanaskan hingga 310 °C. Pada suhu ini, 2 mL prekursor Zn dengan cepat disuntikkan ke dalam labu reaksi. Aliquot diekstraksi pada interval waktu yang berbeda untuk memantau evolusi posisi PL yang berkoordinasi dengan ukuran partikel QD. Ketika nanokristal inti mencapai dimensi yang diinginkan, suhu reaksi diturunkan menjadi 230 °C untuk pertumbuhan cangkang CdS. Tanpa tahapan pemurnian apapun, karena campuran prekursor Cd dan 1-oktanethiol (radio molar OT dan kation adalah 1:1.2) mulai ditambahkan tetes demi tetes dengan pompa jarum suntik dengan kecepatan 3 mL/jam, sementara suhu meningkat menjadi 310 °C. Proses yang sama diterapkan pada pertumbuhan cangkang ZnS. Aliquot dari QDs diambil selama reaksi untuk menganalisis perkembangan ZnSe/CdS/ZnS core/shell QDs. QD inti/kulit yang telah disiapkan dimurnikan dengan menambahkan aseton, dan kemudian didispersikan kembali dalam kloroform.
Sintesis Tipikal QD CdSe/ZnS Tipe-I
QD CdSe/ZnS disintesis seperti yang dijelaskan dalam laporan kami sebelumnya [7]. Selanjutnya, proses transfer fase, probe deteksi QDs-antibodi dan preparasi FLISA sama dengan QD ZnSe/CdS/ZnS, yang akan dijelaskan di bawah ini.
Transfer Fase QD ZnSe/CdS/ZnS untuk Bioapplication
Poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene) (PMAO)—oligomer amfifilik yang ujung hidrofobiknya menyatu dengan lapisan organik pada QD dan gugus ujung hidrofilik bebas berinteraksi dengan buffer di sekitarnya—telah digunakan untuk mentransfer QD hidrofobik menjadi murni air. ZnSe/CdS/ZnS QDs dan PMAO dicampur dan dilarutkan dalam kloroform dengan sonikasi (rasio molar QD/PMAO adalah 1:7). Setelah itu, kloroform dihilangkan dengan rotary evaporasi pada suhu 45°C. Kemudian, volume yang sama dari 0,1 M NaHCO3 larutan berair (pH = 8.5) ditambahkan untuk melarutkan QDs-PMAO. QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I yang dienkapsulasi PMAO tidak menunjukkan kehilangan fluoresensi dan memiliki stabilitas tinggi dalam larutan berair di bawah berbagai lingkungan pH.
Persiapan Probe Deteksi Antibodi QD
Prosedur ini telah banyak dilaporkan dalam literatur sebelumnya [1,2,3]. QDs-PMAO pertama-tama dikonjugasi dengan antibodi CRP monoklonal melalui aktivasi gugus -COOH ini oleh EDC dan sulfo-NHS. Selanjutnya, sejumlah antibodi CRP monoklonal ditambahkan ke dalam QD dan dilarutkan dalam buffer BS dan kemudian diblokir oleh BSA. Akhirnya, produk dicuci dengan buffer BS 5 mM (pH = 8.0) di bawah sentrifugasi. QDs-mAb disimpan dalam 50 μL buffer BS (5 mM, pH = 8.0).
Antibodi primer (konsentrasi antibodi monoklonal CRP adalah 1,8 mg/mL) diencerkan dengan buffer karbonat-bikarbonat (50 mM pH = 9,6, buffer CB) di setiap lubang lempeng mikro. Selanjutnya, mikroplate ditutup dengan sealing film dan diinkubasi pada suhu 4 °C selama 24 jam. Untuk menghilangkan antibodi pelapis ekstra, lempeng mikro dicuci tiga kali dengan buffer pencuci (0,05% Tween-20 dalam 10 mM PBS, pH = 7.4). Kemudian, situs pengikatan berlebih diblokir dengan 0,5% (b/v) BSA dalam 10 mM PBS (pH = 7.4) untuk diinkubasi semalaman pada suhu 4 °C. Proses ini memastikan bahwa semua sisi pengikatan yang tersedia dan yang tersisa dari sumur pelat mikro tertutup. Pelat mikro dikeringkan dalam ruang dengan suhu dan kelembaban konstan selama 24 jam, kemudian disimpan pada suhu 4°C untuk digunakan di masa mendatang.
Deteksi Kuantitatif CRP oleh Fluorescence-Linked Immunoassay
Di setiap sumur dari 96-sumur microplate, antibodi pelapis yang terkandung ditambahkan 100 L antigen standar dan diencerkan ke serangkaian konsentrasi dengan buffer sampel. Pelat diinkubasi pada 37 ° C selama 30 menit dan kemudian dicuci lima kali dengan buffer pencuci. Selanjutnya, 100 L probe QDs-mAb diencerkan dengan buffer probe (10% serum anak sapi (v/v) dalam 0,1 M PBS) ke dalam setiap sumur diinkubasi dan dicuci sama seperti proses yang disebutkan di atas.
Karakterisasi
Penyerapan UV-vis suhu kamar dan spektrum PL diukur dengan spektrofotometer Ocean Optik (mode PC2000-ISA). Hasil kuantum PL (QYs) ditentukan dengan perbandingan intensitas fluoresensi terintegrasi sampel QD dalam larutan dengan standar larutan etanol QYs (Rhodamin 101 (R101) yang diketahui (0,01% HCl, QY = 100%) sebagai standar) . Studi mikroskop elektron transmisi (TEM) dilakukan menggunakan mikroskop elektron JEOL JEM-2010 yang beroperasi pada 200 kV. Penentuan fasa produk dilakukan pada difraktometer sinar-X (D8-ADVANCE) menggunakan radiasi Cu-Ka (panjang gelombang = 1,54 Å). Ukuran probe QD dan antibodi QD direkam menggunakan hamburan cahaya dinamis (Nano-ZS 90, Malvern Instruments, UK).
Hasil dan Diskusi
Penyerapan UV-vis dan spektrum PL dari proses pertumbuhan cangkang ditunjukkan pada Gambar 1. Pergeseran Stokes inti ZnSe hanya 8 nm dengan puncak serapan pertama pada 420 nm dan puncak emisi pada 428 nm, dan lebar penuh emisi pada setengah maksimum (FWHM) 17 nm. Namun, ketika hanya satu lapisan tunggal (ML) cangkang CdS yang tumbuh pada inti ZnSe, pergeseran Stokes meningkat secara signifikan menjadi 54 nm dengan puncak serapan pertama pada 497 nm dan puncak emisi pada 551 nm, dengan lebar penuh emisi pada setengah maksimum (FWHM) dari 38 nm. Karena delokalisasi fungsi gelombang elektron, emisi PL dari ZnSe/CdS QDs (629 nm) bergeser merah sehubungan dengan QD inti ZnSe (428 nm), dan FWHM diperluas menjadi 52 nm dengan pengendapan cangkang CdS. PL FWHM yang diperluas berasal dari interaksi exciton-phonon mirip Frölich yang disempurnakan [22, 23]. Terlebih lagi, kekuatan osilator dari puncak penyerapan pertama dengan cepat melemah karena transisi tipe-II tidak langsung secara spasial dari pita valensi ZnSe ke pita konduksi CdS. Fenomena ini umum terjadi pada QD tipe-II [24,25,26]. Sementara peningkatan dramatis dalam penyerapan di wilayah spektral biru (<500 nm) ditetapkan ke celah pita material CdS massal (2,42 eV). Akibatnya, emisi merah, puncak penyerapan eksiton pertama yang rata dan penyerapan yang kuat di wilayah panjang gelombang pendek (<500 nm) ZnSe/CdS tipe-II QD menghasilkan pergeseran Stokes yang besar dan menekan reabsorpsi. Dengan pertumbuhan sekuensial cangkang ZnS, PL digeser ke panjang gelombang pendek dan FWHM dipersempit dari 52 nm menjadi 43 nm. Fenomena ini dianggap berasal dari fakta bahwa atom Zn berdifusi ke daerah kaya Cd untuk membentuk cangkang gradien pada suhu tinggi, sehingga meningkatkan band-offset cangkang. QY dapat meningkat dari 20 menjadi 82% selama proses pertumbuhan cangkang CdS dan ZnS ke inti ZnSe.
Evolusi penyerapan UV–vis dan spektrum PL pada pertumbuhan berturut-turut ZnSe/CdS/ZnS inti/kulit QDs
Perlu dicatat bahwa kelebihan prekursor Zn-OA relatif terhadap prekursor Se dalam larutan inti diperlukan untuk mendapatkan QD inti ZnSe yang berkualitas tinggi dan monodispersi. Akibatnya, cangkang paduan ZnCdSeS pasti akan terbentuk selama penambahan prekursor cangkang Cd-OT pada tahap awal karena suhu tinggi (>200 °C) mendorong pertukaran kation dan difusi antara Zn
2+
dan Cd
2+
, dan oktanetiol yang kaya dalam prekursor Cd-OT juga dapat bereaksi dengan kelebihan Zn-OA [7, 12, 27, 28]. Shell paduan tidak hanya dapat mengurangi tegangan antarmuka dan cacat untuk meningkatkan QYs tetapi juga menghasilkan penghalang energi untuk lubang. Tepi pita konduksi material cangkang paduan ZnCdSeS terletak di antara ZnSe dan CdS, sedangkan tepi pita valensi lebih dalam dari CdS. Ini membentuk palung potensial yang lebih besar di tepi pita valensi sebagai lapisan pemblokiran tambahan untuk lubang (Skema 1) [12]. Struktur pita energi ini selanjutnya dapat mengurangi tumpang tindih elektron dan hole untuk menurunkan kekuatan puncak absorpsi eksiton pertama dan menekan reabsorpsi.
Struktur skema (naik ) dan penyelarasan pita (bawah ) untuk QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I berdasarkan antarmuka mendadak dan paduan yang sesuai, masing-masing
Informasi tentang struktur pita inti/kulit dan evolusi PL dan absorbansi selama pertumbuhan cangkang dapat diverifikasi lebih lanjut dengan perbandingan XRD, TEM, dan HRTEM inti dan inti/kulit nanokristal. Pola XRD serbuk dari inti ZnSe, ZnSe/CdS, dan inti/kulit ZnSe/CdS/ZnS (gambar kiri Gbr. 2) menunjukkan bahwa puncak difraksi menjadi tajam dan bergeser ke posisi yang sesuai dengan cdS wurtzite curah (WZ) atau struktur kristal ZnS. Hasil ini konsisten dengan nilai prediksi untuk volume yang lebih besar dari cangkang CdS atau ZnS dibandingkan dengan inti ZnSe di inti/kulit QD akhir dan membuktikan pertumbuhan multikulit. Selain itu, transformasi dari inti ZnSe tipe zinc blende (ZB) menjadi core/shell tipe WZ telah terjadi dengan pelapisan CdS dan ZnS. Fenomena ini telah dilaporkan dalam sistem QD core/shell CdSe/CdS [29, 30]. Gambar TEM dari QD inti dan beberapa QD inti/kulit ditunjukkan pada Gambar. 2a − 2 F. Semua gambar TEM menunjukkan QD sferis yang hampir monodispersi dengan diameter rata-rata yang meningkat secara bertahap dari inti ZnSe asli (3,90 nm) ke tipe ZnSe/6CdS- II QD (7,98 nm) dan QD ZnSe/6CdS/6ZnS tipe-II/tipe-I (11,92 nm). Seperti yang ditunjukkan pada gambar HRTEM dari QD inti ZnSe (sisipan dari Gambar 2a), jarak kisi bidang (111) adalah 0,32 nm, dan QD memiliki kristalinitas dan monodispersitas yang baik. Dengan pertumbuhan cangkang, parameter kisi menunjukkan perubahan yang sesuai (0,35 nm untuk CdS dan 0,31 nm untuk ZnS) sesuai dengan data XRD. Hasilnya dengan jelas menunjukkan pertumbuhan terkendali dari CdS dan material cangkang ZnS berikutnya.
Kiri :Pola XRD QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I dengan tahap pertumbuhan cangkang yang berbeda. Garis difraksi untuk zinc blende (ZB) ZnSe (bawah), WZ CdS (tengah ), dan WZ ZnS (atas ) diindeks. Benar :TEM dan HRTEM yang sesuai (inset , batang 5 nm) gambar inti ZnSe (a ), ZnSe/CdS tipe-II QD dengan 2 ML (b ), 4 ML (c ) dan 6 ML (d ) Cangkang CdS, masing-masing, dan QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I dengan 3 ML (E) dan 6 ML (F), masing-masing
Sementara itu, untuk mengkonfirmasi evolusi komposisi selama pertumbuhan multikulit, analisis spektroskopi sinar-x (EDS) dispersif energi telah diambil untuk berbagai tahap pertumbuhan inti/kulit seperti yang ditunjukkan pada File tambahan 1:Tabel S1. Data EDS menunjukkan bahwa perubahan kandungan Cd, Se, Zn, dan S yang sesuai dengan tahap pertumbuhan cangkang. Tetapi perlu diperhatikan bahwa rasio molar Cd/(Zn + Cd) pada ZnSe/CdS QDs yang dihasilkan lebih tinggi daripada rasio umpan Cd/(Zn + Cd) karena pertukaran kation antara Zn
2+
dan Cd
2+
selama proses pelapisan cangkang CdS ke inti ZnSe di atas 200 °C. Dibandingkan dengan literatur yang diterbitkan tentang QDs tipe-I CdSe/CdS/ZnS (rasio molar Cd ~ 40%) [31], QDs tipe-II/tipe-I ZnSe/CdS/ZnS mengandung jauh lebih sedikit elemen Cd (~ 13%).
Perbandingan visual QD hidrofobik dalam kloroform dan QD tertutup PMAO dalam air di bawah sinar matahari dan sinar UV ditunjukkan dalam File tambahan 1:Gambar S1 (A). Tampaknya kedua solusi QD tidak terganggu dan tidak ada agregasi nanopartikel. Kedua QD memancarkan cahaya merah yang sama saat disinari dengan lampu UV genggam (365 nm). File tambahan 1:Gambar S1 (B) menunjukkan penyerapan UV-terlihat dan spektrum PL QD sebelum dan sesudah transfer fase. Dibandingkan dengan QD hidrofobik dalam kloroform, spektrum PL dari QD yang dibatasi PMAO memiliki perubahan yang dapat diabaikan, menunjukkan tidak ada perubahan yang jelas dalam ukuran partikel dan sifat PL. File tambahan 1:Gambar S1 (C) dan (D) menyajikan gambar TEM dari QD sebelum dan sesudah transfer fase yang selanjutnya menentukan morfologi dan status QD yang dibatasi oleh PMAO. Tampaknya QD yang dibatasi PMAO terisolasi dengan baik dan jarang diamati sebagai agregat.
Untuk mengkonfirmasi pembentukan QD yang dienkapsulasi PMAO selama proses transfer fase, spektroskopi FTIR digunakan untuk mengkarakterisasi gugus fungsi pada permukaan QD (ditunjukkan dalam file tambahan 1:Gambar S2). Penurunan puncak pada 1777 cm
−1
(bandingkan PMAO dengan QDs-PMAO) dan peningkatan puncak pada 1715 cm
−1
(bandingkan ketiga sampel) dikaitkan dengan dekomposisi anhidrida dan pembentukan -COOH. Hasil FTIR menunjukkan polimer amfifilik PMAO berhasil terlapisi pada permukaan ZnSe/CdS/ZnS QDs.
Stabilitas QD yang disiapkan sangat penting untuk perawatan selanjutnya. Gambar 3a menunjukkan bahwa evolusi stabilitas PL relatif dari ZnSe/CdS/ZnS QD hidrofobik pada langkah pemurnian. Intensitas PL dari QD inti/kulit ZnSe/CdS/ZnS dapat mempertahankan 85% pada banyak siklus pemurnian dalam heksana. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3b, stabilitas koloid QDs-PMAO dalam buffer BS (pH = 7.2) diperkirakan sebagai fungsi waktu pada 25 °C. Intensitas PL hampir konstan dan larutan tetap jernih bahkan setelah 400 jam. Hal ini menunjukkan bahwa QDs-PMAO stabil dalam larutan BS tanpa kerusakan apapun. Gambar 3c menunjukkan variasi intensitas PL QDs-PMAO yang direndam dalam larutan pH asam-basa (pH = 1-14, disesuaikan dengan HCl atau NaOH) selama 30 menit. Intensitas PL dari QD hidrofilik dapat mempertahankan lebih dari 85% kecuali jika PH = 14. Gambar 3d menunjukkan pengaruh parameter suhu pada intensitas fluoresensi relatif QDs-PMAO. Intensitas fluoresensi secara bertahap menurun dengan kenaikan suhu tetapi masih dipertahankan 76% pada 90 °C, sedangkan puncak PL secara bertahap bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang karena ekspansi termal dan efek kopling elektron-fonon. Semua evaluasi stabilitas menunjukkan bahwa ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I QD dan QDs-PMAO sangat stabil dan karenanya cocok untuk aplikasi biologis.
Uji stabilitas QD hidrofobik pada (a ) langkah-langkah proses pemurnian berulang; uji stabilitas QDs-PMAO pada (b ) penyangga BS, (c ) PH, dan (d ) suhu
CRP adalah protein fase akut dari sel hati, dan kadarnya dianggap sebagai indikator awal infeksi dan gangguan autoimun. Di sini, QD ZnSe / CdS / ZnS QD yang disintesis PMAO digabungkan dengan CRP untuk menunjukkan kemungkinan aplikasi dalam immunoassay kuantitatif. Diagram perbandingan spektrum fluoresensi ZnSe/CdS/ZnS QDs dan QDs-mAb ditunjukkan pada Gambar 4a. Jelas, bentuk puncak PL dari kedua sampel kira-kira identik kecuali bahwa intensitas fluoresensi menurun hingga 60% setelah reaksi penggandengan karena kehilangan sampel yang tak terhindarkan selama proses pemisahan sentrifugal. Ini membuktikan stabilitas optik QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I yang sangat baik bahkan setelah proses penggabungan protein antibodi.
Spektrum fluoresensi (a ) dan hamburan cahaya dinamis (b ) dari QDs-PMAO dan QDs-mAb dalam buffer
Untuk menyelidiki lebih lanjut efek konjugasi pada ukuran QDs, QDs berair dan QDs-mAb dicirikan oleh hamburan cahaya dinamis (DLS). Hasil DLS (Gbr. 4b) dengan jelas menunjukkan bahwa kedua sampel memiliki distribusi ukuran yang sempit dengan monodispersitas yang baik dan mempertahankan bentuk diskrit tanpa agregasi, sedangkan ukuran hidrodinamik meningkat dari 46 menjadi 120 nm setelah proses kopling. Ini menunjukkan keberhasilan dalam konjugasi dengan antibodi CRP.
Selanjutnya, kami menggunakan titik-titik kuantum komposit ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I alih-alih QDs tipe-I CdSe/ZnS sebagai probe fluoresen untuk membuat FLISA untuk deteksi kuantitatif CRP. Proses merakit ditunjukkan pada file tambahan 1:Skema S1. Gambar 5a menunjukkan intensitas fluoresensi relatif label fluoresensi QDs untuk immunoassay dalam mendeteksi berbagai konsentrasi antigen CRP (antigen CRP standar diencerkan menjadi 0, 1, 5, 10, 50, 100, 200, 400 ng/mL). Jelas, intensitas PL secara bertahap meningkat dengan meningkatnya konsentrasi CRP. Gambar 5b menunjukkan bahwa korelasi antara intensitas fluoresensi dan konsentrasi target CRP mematuhi persamaan kurva regresi kuadratik y = 44230 + 8121.1x-10.3x
2
dengan koefisien korelasi sebesar 0,9991, yang semakin mendekati 1 semakin baik. Konsentrasi kerja berkisar dari 0 hingga 400 ng/mL. LOD adalah salah satu parameter kunci untuk immunoassay untuk FLISA. Dengan menggunakan QDs komposit ZnSe/CdS/ZnS komposit tipe-II/tipe-I sebagai probe fluoresen, sensitivitas deteksi kuantitatif CRP adalah 0,85 ng/mL, yang 15% lebih sensitif dibandingkan FLISA berdasarkan tipe CdSe/ZnS -I QD (1.00 ng/ml) (dalam file tambahan 1:Gambar S3).
Spektrum fotoluminesensi FLISA untuk penentuan konsentrasi antigen CRP yang berbeda (a ) dan kurva standar (b )
Selain itu, percobaan pemulihan digunakan untuk mengevaluasi efek matriks FLISA dengan serangkaian antigen CRP standar yang diketahui untuk analisis, dan konsentrasi akhir mencakup tingkat risiko rendah, sedang, dan tinggi. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, semua tingkat pemulihan berada dalam kisaran 83,61-105,9%. Hasil ini menunjukkan bahwa FLISA berdasarkan QD ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I dengan sifat supresi reabsorpsi memiliki akurasi tinggi dan merupakan keuntungan besar dalam deteksi immunoassay kuantitatif.
Kesimpulan
Kami melaporkan metode satu pot bebas fosfin untuk mensintesis ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I inti/kulit QD yang ditekan reabsorpsi dengan pergeseran Stokes yang besar dan puncak absorpsi pertama yang datar. Karakteristik ini mengurangi reabsorpsi dan meningkatkan tingkat keluaran fluoresensi. QD yang disintesis memiliki QY tinggi (82%) dan stabilitas tinggi terhadap berbagai kondisi pengujian. Kemudian, pertama-tama kami menggunakan ZnSe/CdS/ZnS QDs sebagai probe fluoresensi di FLISA untuk deteksi kuantitatif protein CRP dengan sensitivitas tinggi (LOD 0,85 ng/mL). Ini menunjukkan bahwa QD inti/kulit ZnSe/CdS/ZnS tipe-II/tipe-I yang ditekan reabsorpsi memiliki potensi yang menjanjikan untuk aplikasi dalam bidang biomedis dan fotolistrik.
