DE202022101500U1 - Ein System zur Synthesizierung von Ni-bedampften CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen - Google Patents

Abstract

System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen, wobei das System umfasst:
eine Quantenpunktsyntheseeinheit zur Synthese von Ni²⁺-dotierten CdSe-Quantenpunkten (QDs), d.h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

wobei zuerst die Cadmium-Vorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von $\text{Kern}-{\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zur Bildung von KernSchale-Nickel-dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

zugegeben werden; und
eine Oberflächenliganden-Herstellungseinheit zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},$

${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{ und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

sind.

Description

• BEREICH DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Halbleiter-Nanokristalle sind auch als Quantenpunkte (QD) bekannt, und diese Punkte werden hauptsächlich in der Elektronik und der biologischen Bildgebung und vielen anderen Bereichen eingesetzt. Diese Halbleiter-Nanokristalle werden in der multiplexen Bio-Bildgebung und bei Langzeit-Tracking-Experimenten eingesetzt, da ihre optischen Eigenschaften eingestellt werden können.Dotierung ist ein Prozess, der verwendet wird, um die Eigenschaften von Halbleitern entsprechend zu verbessern, und die Dotierstoffe haben erhebliche Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften von QDs, weshalb neu dotierte QDs als neue Klasse leuchtender Materialien gelten.
• Dotierte QDs haben mehrere Vorteile, wie z. B. eine erhebliche Stokes-Verschiebung aufgrund ihrer atomähnlichen Emissionszustände und eine schmale Emissionsenergie-Bandlücke im Vergleich zur Absorptionsbandlücke der Wirts-QDs. Darüber hinaus haben die dotierten QDs einen Vorteil, weil sie die Selbstabschreckung vermeiden. Für die Dotierung dieser QDs wird als eines der besten Metallionen-Dotiermittel Ni in Betracht gezogen, das als stabilstes und effizientestes Dotiermittel für QDs gilt und im Vergleich zu anderen Metalldotiermitteln ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Die Dotierstoffe in QDs werden als potente Anwendung genutzt und dies geschieht durch die Verbesserung der magnetischen und elektrischen Eigenschaften.
• CdSe ist einer der wichtigsten Leuchtstoffe im Vergleich zu CdS und CdTe, und zwar wegen seiner besseren chemischen Stabilität und der gewünschten elektronischen und optischen Eigenschaften für optoelektronische Anwendungen. Ni-dotierte QDs haben mehrere Vorteile, wie z. B. eine höhere Helligkeit, eine verbesserte Stabilität gegen Ausbleichen und eine geringere spektrale Linienbreite.Die Forscher sind nun verstärkt an der Synthese hochwertiger QDs interessiert, weshalb sowohl reine als auch dotierte Halbleiter sehr intensiv untersucht werden. Allerdings sind die biologischen Anwendungen von Ni-dotierten QDs noch sehr begrenzt.
• In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiternanokristallen benötigt wird.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen. Die vorliegende Offenbarung schlägt einen synthetisierten Ni-dotierten CdSe/ZnS-Quantenpunkt mit roter Emission und aktiven physikalischen Eigenschaften einschließlich optischer und magnetischer Eigenschaften vor. Die synthetisierten Quantum Dots haben die chemische Zusammensetzung ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

  

  und diese Halbleiter-Nanokristalle werden mittels hydrothermaler Methode und chemischer Fällung synthetisiert, wobei die nasschemische Fällung zur Synthese verwendet wird. Die hergestellten QDs haben eine sehr hohe Affinität und können für die Durchführung des Bioimagings von Zellen und Anwendungen im Zusammenhang mit der Zellsortierung verwendet werden. Die Isolierung der nanokristallinen Phase der vorbereiteten Nanostruktur wird durchgeführt und anschließend wird die Röntgenbeugung (XRD) zur Charakterisierung der Struktur und eine EDS-Analyse zur Bestätigung der elementaren Zusammensetzung der vorbereiteten Quantum Dots (QDs) durchgeführt. Die mittlere kristalline Größe des dotierten Kern/Schale-Ni-Dotierstoffbereichs beträgt 9.0 ± 2.0 mm. Das magnetische Verhalten der hergestellten QDs wird durch die ferromagnetischen Daten gezeigt. Es wurde festgestellt, dass die vorbereiteten QDs optische Absorptionsmessungen im UV-visuellen Bereich von 200-800 nm aufweisen, was dem Wert der Bandlücke von 2.11 eV für die vorbereiteten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  entspricht. Dies zeigt, dass sowohl das reine ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  als auch das ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  eine Rotverschiebung im Vergleich zum massiven CdSe erfahren haben. Es wurde herausgefunden, dass ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  erfolgreich von Zelllinien wie HeLa und MCF-7 aufgenommen wird, um Bioimaging und Anwendungen im Zusammenhang mit der Sortierung durchzuführen.
• Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen bereitzustellen. Das System umfasst: eine Quantenpunktsyntheseeinheit zur Synthese von Ni²⁺-dotierten CdSe-Quantenpunkten (QDs), d.h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  wobei zuerst die Cadmiumvorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von $\text{Kern}-{\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zugegeben werden, um mit Nickel dotierte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  mit Kernhülle zu bilden; und eine Oberflächenliganden-Präparationseinheit zur Herstellung wasserlöslicher Quantenpunkte, in der verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

  

  sind.Das System umfasst ferner: eine Beurteilungseinheit zur Durchführung einer Lebensfähigkeitsbeurteilung der zubereiteten wasserlöslichen Quantenpunkte, wobei die HeLa- und MCF-7-Zellen zur Durchführung von MTT-Testmessungen verwendet werden, bei denen die Zellen mit verschiedenen Dosen von zubereiteten wasserlöslichen Quantenpunkten behandelt werden; und eine Sortiereinheit zur Durchführung des Zellsortierassays, wobei die MCF-7-Zellen auf einem Glasdeckglas mit 24 mm Durchmesser in einer Sechs-Well-Kulturplatte kultiviert werden.
• Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen bereitzustellen.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Entwicklung von QDs mit hoher Affinität, die für Bioimaging- und Sortieranwendungen verwendet werden können.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Durchführung einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) zur Bestätigung der elementaren Zusammensetzung der hergestellten QDs.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Durchführung einer XRD-Analyse zur Charakterisierung der hergestellten QDs.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Untersuchung des magnetischen Verhaltens der hergestellten QDs.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Durchführung von optischen Absorptionsmessungen an den hergestellten QDs.
• Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Figuren dargestellt ist. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den begleitenden Figuren beschrieben und erklärt werden.
• Figurenliste
• Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
• 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiternanokristallen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
• 2 das Schema zur Synthese der ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$
  
  -Quantenpunkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
• Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass ein oder mehrere Bauteile der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für den Fachmann mit den hierin enthaltenen Beschreibungen leicht erkennbar sind.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
• Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
• Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
• Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.
• Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.
• Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiternanokristallen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 umfasst eine Quantenpunktsyntheseeinheit 102 zur Synthese von Ni²⁺-dotierten CdSe-Quantenpunkten (QDs), d.h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

  

  wobei zuerst die Cadmiumvorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer hinzugefügt werden, was zur Bildung von $\text{Kern}-{\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  führt, und dann die Dotierung durch Hinzufügen von Ni-Vorläufern erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer hinzugefügt werden, um mit Nickel dotierte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  mit Kernhülle zu bilden.
• In einer Ausführungsform wird eine Oberflächenliganden-Präparationseinheit 104 zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten verwendet, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte $${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$$

  

  sind.
• In einer Ausführungsform umfasst das System 100 ferner: eine Beurteilungseinheit 106 zur Durchführung einer Lebensfähigkeitsbeurteilung der zubereiteten wasserlöslichen Quantenpunkte, wobei die HeLa- und MCF-7-Zellen zur Durchführung von MTT-Testmessungen verwendet werden, bei denen die Zellen mit verschiedenen Dosen zubereiteter wasserlöslicher Quantenpunkte behandelt werden; und eine Sortiereinheit 108 zur Durchführung des Zellsortierassays, wobei die MCF-7-Zellen auf einem Glasdeckglas mit 24 mm Durchmesser in einer Sechs-Well-Kulturplatte kultiviert werden.
• In einer Ausführungsform umfasst die Synthese von Ni²⁺-dotierten CdSe-Quantenpunkten die Herstellung einer Lösung A mit 1 M Se in 5 ml Tri-n-Butylphosphin (TBP), die dann unter Inertgas bei Raumtemperatur gehalten wird;Herstellen einer Lösung B durch Vereinigen von 4 mM CdO und 0.2 M Stearinsäure (STA) in einem mehrhalsigen Rundkolben, der dann in einem Ölbad gehalten und dann bei einer Temperatur von 120°C für einen Zeitraum von 20 Minuten erhitzt wird, um eine farblose Cadmiumstearatlösung zu erzeugen, und diese Lösung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und erneut unter Intergas bei einer Temperatur von 280°C mit 1 mM C₁₀H₁₄NiO₄ und 0.2 M Trioctylphosphinoxid (TOPO) erhitzt, das später zugegeben wird, und dann die Temperatur auf 310°C erhöht;Zugabe von Lösung A in die heiße Reaktion von Lösung B zusammen mit 1 ml 1M TBP:Se; anschließend wird das Gemisch kontinuierlich gerührt und die Temperatur des Reaktionsgemischs 5-10 Minuten lang auf 230 °C gesenkt, um ein Partikelwachstum zu erzielen;Langsames Einspritzen von 1 ml IM-Oleylamin-Schwefel-Lösung in die Reaktionsmischung bei einer Temperatur von 250°C und anschließendes Abkühlen der Reaktionsmischung auf Raumtemperatur nach einstündigem Rühren; anschließend werden 5 ml Toluol zugegeben, um das Erstarren von TOPO bei Raumtemperatur zu verhindern;Ausfällen der hergestellten Quantenpunkte, d. h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

  

  unter Verwendung von Methanol und anschließendes Zentrifugieren bei maximaler Drehzahl und anschließendes Dispergieren in n-Hexan, nachdem die Dispersion von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  unter Verwendung eines Spritzenfilters mit einer Porengröße von 0.22 µm Porengröße filtriert wird, um den nicht umgesetzten Vorläufer vollständig zu entfernen; und das gereinigte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  in einer n-Hexan-Lösung bei Raumtemperatur in einer inerten Umgebung gehalten wird, wobei die Reinigung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  noch zweimal durchgeführt wird.
• In einer Ausführungsform wird der MPA (3-Mercaptopropionsäure)-Oberflächenligandenaustausch zur Herstellung von MPA-verkappten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  verwendet, der Oberflächenligandenaustausch mit DL-CYS (DL-Cystin) wird verwendet, um ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  wasserlöslich zu machen, und der Oberflächenligandenaustausch DPA (D-Penicillamin) wird zur Herstellung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  verwendet.
• In einer Ausführungsform wird die morphologische Charakterisierung sowohl der undotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  als auch der dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  -Quantenpunkte mit Hilfe der UV-Spektralanalyse, des Photolumineszenzspektrums, des XRD-Musters und der Molekülmorphologie unter Verwendung eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt.
• In einer Ausführungsform werden die Magnetfeldabhängigkeiten der Magnetisierung sowohl von undotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  als auch von dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  -Quantenpunkten mit Hilfe der Analyse supraleitender Quanteninterferenzgeräte für das magnetische Moment gemessen.
• In einer Ausführungsform wird eine Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralanalyse der dotierten Quantenpunkte und der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt.
• In einer Ausführungsform wird die biokompatible Anwendung der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durch Überprüfung der Photostabilität in physiologischen Puffern und zellulärem Wachstumsmedium untersucht.
• In einer Ausführungsform wird ein In-vitro-Toxizitätstest der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt, um ihre Toxizität zu überprüfen.
• 2 veranschaulicht das Schema für die Synthese der ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  -Quantenpunkte in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Figur (a) stellt dar, dass die Cadmiumvorstufe zusammen mit den Lösungsmitteln geladen wird. Figur (b) stellt dar, dass undotierte Quantenpunkte durch Zugabe von Se-Vorläufern hergestellt werden, was zur Bildung von ${\text{''QD}}_{\text{CdSe}}^{650}\text{'}\text{'}$

  

  führt. Figur (c) stellt die Verarbeitung der Dotierung dar, bei der ein Nip-Vorläufer hinzugefügt wird, und schließlich stellt Figur (d) die Bildung von nickeldotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  dar, wobei Zn- und S-Vorläufer hinzugefügt werden, um die Kernschale der dotierten Quantenpunkte zu bilden.
• Sobald die Ni²⁺-dotierten Quantenpunkte hergestellt sind, werden sie einem biophasischen Ligandenaustausch unterzogen, um sie biokompatibel zu machen und die Zytotoxizität zu verringern. Dies geschieht, indem sie durch Verwendung hydrophiler Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure), DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin) wasserlöslich gemacht werden.
• Zur Herstellung des MPA-verkappten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  wird zunächst 1 ml MPA in Methanol zu 1 ml ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  in Chloroform gegeben und ein Gemisch mit einer Endkonzentration von 1mg/ml hergestellt, wobei der pH-Wert des MPA unter Verwendung von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung) in Methanol in einem begrenzten Verhältnis auf 12 eingestellt wird.Die vorbereitete Mischung aus MPA und ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  wird 90 Minuten lang bei einer Temperatur von 4 °C in einem MPA-Oberflächenaustauscher beschallt, dann wird 1 ml doppelt destilliertes Wasser (DDW) in die Mischung gegeben und erneut 30 Minuten lang beschallt. Nach der Beschallung wird ein Fläschchen verwendet, um die oberste Schicht der beiden nicht mischbaren Lösungsmittel aufzufangen, die nach der Beschallung entstanden sind, wobei in diesen beiden Lösungsmitteln ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}}$

  

  verteilt wird.Die erhaltenen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/MPA}$

  

  werden dann mit Isopropanol gereinigt und der Niederschlag wird dreimal mit Chloroform gewaschen, um sicherzustellen, dass der Überschuss an Tensid entfernt wird. Nach der Reinigung und dem Waschen werden die erhaltenen ligandspezifischen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/MPA}-$

  

  Präzipitate in 1 ml bidestilliertem Wasser gelöst und bei 4 °C aufbewahrt.
• Zur Herstellung von wasserlöslichen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/CYS}$

  

  -Quantenpunkten wird ein Oberflächen-Ligandenaustausch mit DL-CYS verwendet, wobei bei diesem Verfahren zunächst 1 ml TBP-verkapptes ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  zu 1 ml CHCl₃ gegeben wird und diese Mischung dann zu 1 ml 1g/ml DL-CYS in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gegeben wird, um einen biphasischen Ligandenaustausch zu erzeugen.Das erhaltene zweiphasige Gemisch wird dann bei Raumtemperatur gerührt, und nach einer Zeitspanne von zwei Stunden findet ein Phasenwechsel von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/CYS}$

  

  statt, bei dem die Phase von der organischen in die wässrige Phase übergeht, was zu einer farblosen CHCl₃-Schicht führt.Die erhaltenen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/CYS}$

  

  werden zweimal mit Ethanol ausgefällt und dann zur Analyse in 1 x PBS redispergiert. 1 µl Dithiothreitol (DTT) wird der erhaltenen Lösung zugesetzt, um die Bildung von Cystein-Dimeren zu vermeiden, wobei das DTT im Dunkeln bei 4 °C gelagert wurde.
• Zur Herstellung von wasserlöslichen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/DPA}$

  

  -Quantenpunkten wird DPA-Ligandenaustausch verwendet, wobei in diesem Verfahren zunächst 0.2 M wässrige DL-DPA-Lösung in Gegenwart von TCPH (Tris(2-carboxyethyl)phosphinhydrochlorid) hergestellt wird und dann der pH-Wert dieser hergestellten Lösung unter Verwendung von TMAH auf etwa 9 eingestellt wird, wobei der Prozess der Herstellung dieser Lösung in Gegenwart von TCPH die Deprotonierung der Thiolgruppen gewährleistet. 0.5 ml der vorbereiteten DL-DPA-Lösung werden mit 1 ml ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/CYS}$

  

  verdünnter Dispersion in Chloroform mit einer Konzentration von 1 mg/ml kombiniert, und nach dem Kombinieren beider Lösungen wird die Mischung zwei Stunden lang gerührt. Dann wird der Phasenwechselprozess durchgeführt, bei dem die vorbereiteten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/DPA}$

  

  aus der organischen Phase in die wässrige Phase überführt werden. Anschließend werden sie getrennt und mit doppelt destilliertem Wasser und Ethanol gereinigt, und die erhaltenen ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/DPA}$

  

  werden erneut in doppelt destilliertem Wasser (DDW) dispergiert.
• In einer Ausführungsform werden die HeLa- und MCF-7-Zellen zur Bewertung der Lebensfähigkeit der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte (QDs) in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) gehalten, das mit 10 % fötalem Rinderserum (FSB) und einer Lösung von 1 % Penicillin/Streptomycin ergänzt ist, wobei die Zellen bei einer Temperatur von 37 °C und 5 % CO₂ in einem befeuchteten Inkubator gehalten werden. Dann werden die Zellen für MTT-Messungen verwendet, wobei die Zellen in 96-Well-Platten in einer Dichte von 1 × 10⁵ ausgesät und dann 18 Stunden lang bebrütet werden. Nach 12 Stunden werden verschiedene Dosen von 0.1 µg/ml bis 100 µg/ml der vorbereiteten wasserlöslichen Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

  

  zur Behandlung der Zellen verwendet. Für die Bestimmung des Prozentsatzes der Lebensfähigkeit der Zellen wird ein MTT-Testkit verwendet.
• Mit anderen Worten, bei diesem Verfahren wird zunächst jede Vertiefung mit einer Lösung von 1 × PSB gefüllt, die 10 ml MTT-Lösung enthält, und dann 4 Stunden lang bebrütet, wobei nach dem Mischen in jede Vertiefung 90 µl MTT-Lösung zugegeben werden, was zur Bildung von violett gefärbten Formazankristallen führt, die dann in saurem Isopropanol gelöst werden. Die optische Dichte des Lösungsmittels wird mit einem Mikrotiterplatten-Lesegerät gemessen, wobei die Messung bei 570 nm erfolgt.
• In einer Ausführungsform werden zur Durchführung des Zellsortierungstests 1 × 10⁵ MCF-7-Zellen auf einem Glasdeckglas mit einem Durchmesser von 24 mm in einer Sechs-Well-Kulturplatte ausgesät. Die Inkubation erfolgt über Nacht bei 37°C und 5 % CO₂ in einem befeuchteten Inkubator. Anschließend wird das Medium entfernt und die Zellen werden zweimal mit 1 × PBS-Lösung gewaschen. Die wasserlöslichen Quantenpunkte in einer Konzentration von 10 µg/ml werden in die gewaschenen Zellen eingebracht und dann 2-4 Stunden lang bebrütet. Die Zellen werden dann durch Trypsinierung von der Oberfläche entfernt, in DMEM-Medium suspendiert und in ein 2.0 ml Eppendorf-Mikrozentrifugenröhrchen überführt. Nun wird die Zellsortierung durchgeführt, indem das Mikrozentrifugenröhrchen für einen Zeitraum von 5-10 Minuten auf die Seitenwand des 1.2-Tesla-Magneten gestellt wird. Die unsortierten Zellen werden dann aus dem Überstand herauspipettiert und nach der Sortierung auf eine Kulturscheibe plattiert. Dann wird der Magnet entfernt und die sortierten Zellen werden als Pellet an der Seitenwand des Mikrozentrifugenröhrchens gesammelt und dann im Medium resuspendiert und auf eine Kulturscheibe plattiert. Die Zellen werden dann für einen Zeitraum von 6 Stunden kultiviert, damit sie wieder an der Oberfläche eines Deckglases haften. Dann wird ein konfokales Mikroskop verwendet, um die Fluoreszenzbilder für die Zellsortierung zu erstellen, wobei das Mikroskop eine Objektivlinse von a × 40 und eine Anregung bei 488 nm hat. Die Zellen werden dann mit 5-102 µg/ml Quantenpunkten bei einer Temperatur von 37°C behandelt, mit 4 % Paraformaldehydlösung fixiert, die in 1 × PBS verdünnt wird, und dann werden die behandelten Zellen mit 1 × PBS gewaschen und dann unter einem konfokalen Mikroskop auf die lokalisierten Quantenpunkte auf der Zelloberfläche untersucht.
• In einer Ausführungsform zeigten die UV-spektralen Absorptionsspektren der undotierten Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  und der dotierten Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  ein Absorptionsmaximum bei 580 nm für die undotierten Quantenpunkte, während für die dotierten Quantenpunkte das Absorptionsmaximum bei 650 nm zu sehen ist, was auf die Anregung der Probe hinweist. Es zeigt sich, dass die Absorptionskante sowohl bei den undotierten QDs als auch bei den dotierten QDs im Vergleich zum bilk CdSe bei 630 nm bei einer Temperatur von 300k eine Rotverschiebung erfährt. Die Ergebnisse weisen eindeutig auf das Phänomen des Quanteneinschlusses zwischen den dotierten und undotierten Quantenpunkten hin. Bei der Ni-Dotierung wird festgestellt, dass sich die Bandlücke vergrößert, was auf die Änderung des Energieniveaus der QDs nach dem Eintritt der Ni²⁺-Ionen in das CdSe-Wirtsmaterial zurückzuführen ist.
• In einer Ausführungsform zeigten die Photolumineszenzspektren (PL) der dotierten und undotierten Quantenpunkte, dass sowohl die dotierten als auch die undotierten Quantenpunkte einen signifikanten Peak bei 585 nm und 650 nm aufweisen, und diese Peaks entsprechen der orangefarbenen und roten Farbe im sichtbaren Spektrum, und dieser Bereich könnte durch die Emission im Zusammenhang mit Oberflächendefekten verursacht werden. Diese Defektzustände sind der Grund für das leuchtende Verhalten der dotierten Quantenpunkte. Der Defektstatus erhöht sich durch die Cd²⁺- und Se²⁺-Leerstellen und die baumelnden Bindungen. Es ist zu erkennen, dass die PL-Peak-Intensität der Ni-dotierten Quantenpunkte auf 6 % ansteigt und dann nach dem Wachstum der ZnS-Schale für die nächsten 3-5 % ansteigt. Die optimale Intensität des Emissionspeaks wird daher bei 6 % Ni-dotierten Quantenpunkten beobachtet.Des Weiteren werden die PL-Eigenschaften der undotierten und dotierten Quantenpunkte untersucht, indem eine zeitaufgelöste Photolumineszenzanalyse (TRPL) durchgeführt wird, bei der eine einzelne exponentielle, an die Kurve angepasste, normalisierte Abklingkurve zu sehen ist, und anhand der Ergebnisse der angepassten Kurve werden die Lebensdauern von19.72 ns und 42.31 ns berechnet, und es zeigt sich, dass die Lebensdauer zunimmt, wenn die anorganischen Hüllen wie ZnS, CdS und CdSe über den Kernquantenpunkten wachsen, was auf eine Abnahme des nanoradiativen Beitrags zum Exzitonenzerfall hinweist.
• In einer Ausführungsform zeigt das XRD-Muster sowohl der undotierten als auch der dotierten Quantenpunkte drei primäre Beugungspeaks, die der kubischen Zinkblende-Struktur (101), (110), (103), (202) und (300) entsprechen. Das Muster zeigte keine Peaks für Ni, NiSe und keine sekundäre Phase, was darauf hindeutet, dass alle Proben einphasig sind und die Verbreiterung der Beugungspeaks darauf hinweist, dass das hergestellte Material nanoskalig ist.
• In einer Ausführungsform wird die molekulare Morphologie-Charakterisierung sowohl der undotierten als auch der dotierten Quantenpunkte mit Hilfe eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops (HR-TEM) durchgeführt, was zeigt, dass beide Quantenpunkte meist kugelförmig sind und die undotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

  

  eine Kerngröße von 6.0 ± 3.0 nm und die dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  eine Kern- oder Schalengröße von 9.0 ± 2.0 nm haben. Die Bilder des SAED-Musters (Selected Area Electron Diffraction) zeigen sowohl für die dotierten als auch für die undotierten Quantenpunkte einen breiten diffusen Kreis, was auf Ergebnisse hindeutet, die mit den Ergebnissen des XRD-Musters übereinstimmen.
• In einer Ausführungsform wird die Magnetfeldabhängigkeit (H) der Magnetisierung von undotierten und dotierten Quantenpunkten mit Hilfe der Analyse supraleitender Quanteninterferenzgeräte für das magnetische Moment sowohl in dotierten als auch undotierten Quantenpunkten in Pulver bei Raumtemperatur gemessen.Die Messergebnisse zeigen, dass eine schwache Ferromagnetismus-Phase (Fm) vorhanden ist, da die Cd²⁺- und Se²-Ionen nicht magnetisch sind und deshalb der Diamagnetismus bei H > 5 kOe mit einem magnetischen Suszeptibilitätswert von 6 × 10⁷emu/gOe sehr deutlich wird. Nach der Ni-Dotierung zeigt sich, dass sich die Fm-Ordnung sowohl der dotierten als auch der undotierten Quantenpunkte deutlich verändert hat und die magnetischen Momente bei H > 5 kOe die Sättigung erreichen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Ni-Dotierung für den Magnetismus in den Quantenpunkten verantwortlich ist. Bei einer Temperatur von 300 K wird Fm in den nickeldotierten Quantenpunkten beobachtet.
• In einer Ausführungsform wird eine EDS-Elementcharakterisierung durchgeführt, die den Erfolg der Dotierung bestätigt, wobei die Ergebnisse eine einzige Kodierung für Nickel (Ni) mit 8.10 % Atomgewicht im CdS/ZnS_Ni zusammen mit 28.27 % Cadmium (Cd), 21.48 % Selen (Se), 21.02 % Schwefel (S) und 32.28 % Zink (Zn) zeigen.
• In einer Ausführungsform wird der schwache Oberflächenligand TBP auf dem Ni-dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  entfernt und dann durch die monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA, DPA und CYS ersetzt, was zur Bildung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}},$

  

  und ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

  

  führte. Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektren (FTIR) von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

  

  ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

  

  stimmen mit den nativen organischen Liganden überein, einschließlich der Carbonyl (-C=O)-Charakteristiken, die sich bei 1242 cm^-1 und 1646 cm^-1 strecken, welche spezifisch für die basischen MPA-, DPA- und CYS-verkappten QDs sind.Nach dem Austausch der Liganden wird eine starke Bande bei 2901 cm^-1 und 2901 cm^-1 gefunden, die spezifisch für das Amid (C-N) und das Sulfid (-SH) ist. Der Schwingungspeak von -OH bei 3339 cm^-1 deutet auf das Vorhandensein von Wassermolekülen hin, und aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses von CdSe-Quantenpunkten wird eine große Menge an Wassermolekülen auf ihrer Oberfläche absorbiert. Das Fehlen der C-H-Streckungsbanden bei 900 cm^-1, 2922 cm^-1 und 2960 cm^-1 nach dem Ligandenaustausch auf der Oberfläche der ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

  

  zeigt, dass die TBP-Liganden vollständig ersetzt sind.
• In einer Ausführungsform werden die UV-Spektren und die dynamische Lichtstreuung (DLS) zur Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften der Nanopartikel verwendet. Die Absorptions- und Fluoreszenzspektren zeigen die Quantenausbeute der Quantenpunkte nach dem Ligandenaustausch an, und es wird festgestellt, dass sie einen hydrodynamischen Durchmesser von 15-20 nm haben, der für den Kern/Schale-Durchmesser angemessen ist.Das Zeta-Potenzial der Quantenpunkte nach dem Ligandenaustausch wird durch die hydrophile Natur der Liganden und die statistische Verteilung der Dithiol-, Carboxyl- und Aminverankerungsgruppen angezeigt, wobei MPA und CYS eine negative Nettoladung aufweisen und DPA eine positive Nettoladung hat.
• In einer Ausführungsform werden die MPA-, CYS- und DPA-verkappten Quantenpunkte weiter untersucht, um ihre Photostabilität in physiologischen Puffern und zellulärem Wachstumsmedium zu überprüfen. Dazu werden die Quantenpunkte zunächst 7 Tage lang in Millipore-Wasser, 1 × PBS-Puffer und DMEM dispergiert, und die minimale Abnahme der Fluoreszenz wird für die wasserlöslichen Quantenpunkte beobachtet. Zur Untersuchung der Auswirkungen des pH-Werts wird 1 × PBS verwendet, um den pH-Wert von 4, der sauer ist, auf 12, der basisch ist, einzustellen, und die Fluoreszenzintensität wird über einen Zeitraum von 7 Tagen beobachtet. Die Beobachtung ergab, dass die maximale Fluoreszenz bei pH 12 und die verminderte Fluoreszenz bei pH 4 für die ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}.$

  
• In einer Ausführungsform wird der Toxizität der hergestellten Quantenpunkte dadurch entgegengewirkt, dass der Kern der Quantenpunkte mit einem anorganischen Material beschichtet wird, das die Oxidation und das Ausbleichen des Cadmiumkerns durch Licht verhindert, wobei der gut beschichtete Kern der Quantenpunkte in den In-vitro-Tests verwendet wird und keine Anzeichen für eine wesentliche Toxizität festgestellt werden.
• In einer Ausführungsform werden die MTT-Tests zur Analyse der Zelllebensfähigkeit nach der Behandlung von HeLa- und MCF-7-Zellen mit verschiedenen Dosen von MPA-, DPA- und CYS-verkappten wasserlöslichen Quantenpunkten durchgeführt, wobei die Dosis von 0.1 bis 100 µg/ml für verschiedene Zeiträume reicht. Die Ergebnisse des Zytotoxizitätstests der mit ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}$

  

  behandelten HeLa- und MCF-7-Zellen zeigten, dass die maximale Toxizität bei einer Konzentration von 100 µg/ml für HeLa-Zellen 41 %, 64 % und 86 % beträgt, und 86% Toxizität und für MCF-Zellen eine maximale Toxizität von 48%, 63% und 88%, wobei die Daten für die Zeiträume 1, 41, 12, 24, 48 und 72 Stunden gesammelt wurden. Die Ergebnisse zeigten jedoch auch, dass bei den niedrigeren Konzentrationen der Dosen keine wesentliche Toxizität vorhanden war.
• In einer Ausführungsform wird die zelluläre Sortierung mit Hilfe eines Magneten von 1.2 Tesla durchgeführt, wobei die synthetisierten wasserlöslichen Quantenpunkte eine starke rote Fluoreszenzemission und selektive und schwache ferromagnetische Eigenschaften gezeigt haben, wobei eine 10 µg/ml Lösung von jedem ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},{\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}$

  

  mit HeLa- und MCF-7-Zellen über einen Zeitraum von 4 Stunden inkubiert wird, bevor die Zellsortierung zur Prüfung der ferromagnetischen Eigenschaften durchgeführt wird. Die konfokale Ansicht zeigt, dass die Zellen durch das Magnetfeld (H) getrennt werden und eine rote Fluoreszenzemission aufweisen
• In einer Ausführungsform kann auf der Grundlage der Ergebnisse der Schluss gezogen werden, dass die synthetisierten Quantenpunkte mit verschiedenen Oberflächenliganden, d. h. MPA-, DPA- und CYS-Beschichtungsquantenpunkte, am besten für die Anwendungen im Bereich der selektiven Bildgebung und Sortierung geeignet sind.
• Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse kann beispielsweise geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Außerdem müssen die Handlungen eines Flussdiagramms nicht in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Handlungen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
• Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder eine Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
• Bezugszeichenliste

100

Ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen

102

Eine Anlage zur Synthese von Quantenpunkten

104

Eine Anlage zur Herstellung von Oberflächenliganden

106

Eine Bewertungseinheit

108

Eine Sortiereinheit

Claims (9)

1. System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen, wobei das System umfasst: eine Quantenpunktsyntheseeinheit zur Synthese von Ni²⁺-dotierten CdSe-Quantenpunkten (QDs), d.h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

   

   wobei zuerst die Cadmium-Vorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von $\text{Kern}-{\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

   

   führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zur Bildung von KernSchale-Nickel-dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   zugegeben werden; und eine Oberflächenliganden-Herstellungseinheit zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{MPA}},$

   

   ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{CYS}}{\text{und QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650/\text{DPA}}$

   

   sind.
2. Das System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin umfasst: eine Bewertungseinheit zur Durchführung einer Lebensfähigkeitsbewertung der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte, wobei die HeLa- und MCF-7-Zellen zur Durchführung von MTT-Testmessungen verwendet werden, bei denen die Zellen mit verschiedenen Dosen der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte behandelt werden; und eine Sortiereinheit zur Durchführung des Zellsortiertests, wobei die MCF-7-Zellen auf einem Glasdeckglas mit 24 mm Durchmesser in einer Sechs-Well-Kulturplatte kultiviert werden.
3. System nach Anspruch 1, wobei die Synthese von Ni2+-dotierten CdSe-Quantenpunkten die folgenden vom System ausgeführten Schritte umfasst: Herstellung einer Lösung A mit 1 M Se in 5 ml Tri-n-butylphosphin (TBP) und Halten dieser unter Inertgas bei Raumtemperatur; Herstellung einer Lösung B durch Vereinigen von 4 mM CdO und 0.2 M Stearinsäure (STA) in einem mehrhalsigen Rundkolben, der dann in einem Ölbad gehalten und dann bei einer Temperatur von 120°C für einen Zeitraum von 20 Minuten erhitzt wird, um eine farblose Cadmiumstearatlösung zu erzeugen, und diese Lösung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und erneut unter Intergas bei einer Temperatur von 280°C mit 1 m MC₁₀H₁₄NiO₄ und 0.2 M Trioctylphosphinoxid (TOPO) erhitzt, das später zugegeben wird, und dann wird die Temperatur auf 310°C erhöht; Zugabe von Lösung A in die heiße Reaktion von Lösung B zusammen mit 1 ml 1M TBP:Se; anschließend wird das Gemisch kontinuierlich gerührt und die Temperatur des Reaktionsgemischs 5-10 Minuten lang auf 230 °C gesenkt, um ein Partikelwachstum zu erzielen; Langsames Einspritzen von 1 ml IM-Oleylamin-Schwefel-Lösung in die Reaktionsmischung bei einer Temperatur von 250°C und anschließendes Abkühlen der Reaktionsmischung auf Raumtemperatur nach einstündigem Rühren; anschließend werden 5 ml Toluol zugegeben, um das Erstarren von TOPO bei Raumtemperatur zu verhindern; Ausfällen der hergestellten Quantenpunkte, d. h. ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650},$

   

   unter Verwendung von Methanol, anschließendes Zentrifugieren bei maximaler Drehzahl und anschließendes Dispergieren in n-Hexan, nachdem die Dispersion von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   unter Verwendung eines Spritzenfilters mit einer Porengröße von 0,22 µm filtriert wurde, um den nicht umgesetzten Vorläufer vollständig zu entfernen; und Halten des gereinigten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   in einer n-Hexan-Lösung bei Raumtemperatur in einer inerten Umgebung, wobei die Reinigung von ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   noch zweimal durchgeführt wird.
4. System nach Anspruch 1, wobei der MPA (3-Mercaptopropionsäure)-Oberflächenligandenaustausch zur Herstellung von MPA-verkappten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   verwendet wird, der Oberflächenligandenaustausch mit DL-CYS (DL-Cystin) verwendet wird, um ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   wasserlöslich zu machen, und der Oberflächenligandenaustausch DPA (D-Penicillamin) verwendet wird, um ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}.$

   

   herzustellen.
5. System nach Anspruch 1, wobei die morphologische Charakterisierung sowohl der undotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

   

   als auch der dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   -Quantenpunkte unter Verwendung der UV-Spektralanalyse, der Photolumineszenzspektren, des XRD-Musters und der molekularen Morphologie unter Verwendung eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt wird.
6. System nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldabhängigkeiten der Magnetisierung sowohl von undotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe}}^{650}$

   

   als auch von dotierten ${\text{QD}}_{\text{CdSe/ZnS\_Ni}}^{650}$

   

   -Quantenpunkten unter Verwendung einer supraleitenden Quanteninterferenzgeräteanalyse für das magnetische Moment gemessen werden.
7. System nach Anspruch 1, bei dem eine Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralanalyse der dotierten Quantenpunkte und der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt wird.
8. System nach Anspruch 1, wobei die biokompatible Anwendung der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durch Überprüfung der Photostabilität in physiologischen Puffern und zellulärem Wachstumsmedium untersucht wird.
9. System nach Anspruch 1, bei dem ein In-vitro-Toxizitätstest der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte zur Überprüfung ihrer Toxizität durchgeführt wird.

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