DE202022101500U1 - A system for synthesizing Ni-evaporated CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals - Google Patents

A system for synthesizing Ni-evaporated CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals Download PDF

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DE202022101500U1 DE202022101500.7U DE202022101500U DE202022101500U1 DE 202022101500 U1 DE202022101500 U1 DE 202022101500U1 DE 202022101500 U DE202022101500 U DE 202022101500U DE 202022101500 U1 DE202022101500 U1 DE 202022101500U1
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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. QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,

Figure DE202022101500U1_0001
wobei zuerst die Cadmium-Vorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von Kern QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0002
führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zur Bildung von KernSchale-Nickel-dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0003
zugegeben werden; und
eine Oberflächenliganden-Herstellungseinheit zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0004
und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA ,  
Figure DE202022101500U1_0005
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS  und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0006
sind.
Figure DE202022101500U1_0000
A system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals, the system comprising:
a quantum dot synthesis unit for synthesizing Ni 2+ -doped CdSe quantum dots (QDs), ie QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0001
first loading the cadmium precursors with the solvents and then adding Se precursors, resulting in the formation of core QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0002
leads, and then the doping is done by adding Ni precursor, after which finally the Zn and S precursors are doped to form core-shell nickel QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0003
to be added; and
a surface ligand manufacturing unit for manufacturing water-soluble quantum dots using various surface ligands QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0004
and monodentate hydrophilic ligands such as MPA (3-mercaptopropionic acid), DPA (D-penicillamine) and DL-CYS (DL-cystine), whereby the produced water-soluble quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA ,
Figure DE202022101500U1_0005
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0006
are.
Figure DE202022101500U1_0000

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen.The present disclosure relates to a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

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.Semiconductor nanocrystals are also known as quantum dots (QD), and these dots are mainly used in electronics and biological imaging and many other fields. These semiconductor nanocrystals are used in multiplex bio-imaging and long-term tracking experiments because their optical properties can be tuned.Doping is a process used to suitably enhance the properties of semiconductors, and which have dopants significant impact on the optical properties of QDs, which is why newly doped QDs are considered a new class of luminous materials.

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.Doped QDs have several advantages such as: B. a significant Stokes shift due to their atom-like emission states and a narrow emission energy band gap compared to the absorption band gap of the host QDs. In addition, the doped QDs have an advantage because they avoid self-quenching. For doping these QDs, one of the best metal ion dopants is considered to be Ni, which is considered to be the most stable and efficient dopant for QDs and has ferromagnetic properties compared to other metal dopants. The dopants in QDs are used in a potent application and it does so by enhancing the magnetic and electrical properties.

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.CdSe is one of the most important phosphors compared to CdS and CdTe because of its better chemical stability and desirable electronic and optical properties for optoelectronic applications. Ni-doped QDs have several advantages such as: B. higher brightness, improved stability against fading and a narrower spectral line width.Researchers are now more interested in the synthesis of high-quality QDs, which is why both pure and doped semiconductors are very intensively investigated. However, the biological applications of Ni-doped QDs are still very limited.

In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiternanokristallen benötigt wird.In view of the foregoing, it is clear that a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals is needed.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,

Figure DE202022101500U1_0007
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0008
entspricht. Dies zeigt, dass sowohl das reine QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0009
als auch das QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0010
eine Rotverschiebung im Vergleich zum massiven CdSe erfahren haben. Es wurde herausgefunden, dass QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0011
erfolgreich von Zelllinien wie HeLa und MCF-7 aufgenommen wird, um Bioimaging und Anwendungen im Zusammenhang mit der Sortierung durchzuführen.The present disclosure relates to a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals. The present disclosure proposes a synthesized Ni-doped CdSe/ZnS quantum dot with red emission and active physical properties including optical and magnetic properties. The synthesized Quantum Dots have the chemical composition QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0007
and these semiconductor nanocrystals are synthesized by hydrothermal method and chemical precipitation using wet chemical precipitation for synthesis. The produced QDs have a very high affinity and can be used to perform cell bioimaging and cell sorting applications. Isolation of the nanocrystalline phase of the prepared nanostructure is performed and then X-ray diffraction (XRD) is performed to characterize the structure and EDS analysis to confirm the elemental composition of the prepared quantum dots (QDs). The average crystalline size of the doped core/shell Ni dopant region is 9.0 ± 2.0 mm. The magnetic behavior of the fabricated QDs is shown by the ferromagnetic data. The prepared QDs were found to exhibit optical absorption measurements in the UV-Visual range of 200-800 nm, which corresponds to the band gap value of 2.11 eV for the prepared QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0008
is equivalent to. This shows that both the pure QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0009
as well as that QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0010
experienced a redshift compared to bulk CdSe. It was found that QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0011
successfully taken up by cell lines such as HeLa and MCF-7 to perform bioimaging and sorting-related applications.

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. QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0012
wobei zuerst die Cadmiumvorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von Kern QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0013
führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zugegeben werden, um mit Nickel dotierte QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0014
mit Kernhülle zu bilden; und eine Oberflächenliganden-Präparationseinheit zur Herstellung wasserlöslicher Quantenpunkte, in der verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0015
und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0016
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.The present disclosure aims to provide a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals. The system includes: a quantum dot synthesis unit for synthesizing Ni 2+ -doped CdSe quantum dots (QDs), ie QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0012
first loading the cadmium precursors with the solvents and then adding Se precursors, resulting in the formation of core QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0013
and then the doping is done by adding Ni precursor, after which finally the Zn and S precursors are added to be doped with nickel QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0014
to form with nuclear envelope; and a surface ligand preparation unit for preparing water-soluble quantum dots using various surface ligands from QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0015
and monodentate hydrophilic ligands such as MPA (3-mercaptopropionic acid), DPA (D-penicillamine) and DL-CYS (DL-cystine), whereby the produced water-soluble quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0016
are.The system further comprises: an assessment unit for performing a viability assessment of the prepared water-soluble quantum dots using the HeLa and MCF-7 cells to perform MTT test measurements in which the cells are treated with different doses of prepared water-soluble quantum dots ; and a sorting unit for performing the cell sorting assay, wherein the MCF-7 cells are cultured on a 24 mm-diameter glass coverslip in a six-well culture plate.

Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-Nanokristallen bereitzustellen.The aim of the present disclosure is to provide a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Entwicklung von QDs mit hoher Affinität, die für Bioimaging- und Sortieranwendungen verwendet werden können.Another goal of the present disclosure is the development of high affinity QDs that can be used for bioimaging and sorting applications.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Durchführung einer energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) zur Bestätigung der elementaren Zusammensetzung der hergestellten QDs.Another objective of the present disclosure is to perform energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to confirm the elemental composition of the fabricated QDs.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Durchführung einer XRD-Analyse zur Charakterisierung der hergestellten QDs.Another objective of the present disclosure is to perform XRD analysis to characterize the fabricated QDs.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Untersuchung des magnetischen Verhaltens der hergestellten QDs.Another aim of the present disclosure is to study the magnetic behavior of the fabricated QDs.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Durchführung von optischen Absorptionsmessungen an den hergestellten QDs.Another objective of the present disclosure is to perform optical absorption measurements on the fabricated 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.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention is provided by reference to specific embodiments thereof that are illustrated in the accompanying figures. It is understood that these figures represent only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting its scope. The invention will be described and explained with additional specificity and detail with the accompanying figures.

Figurenlistecharacter list

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
    Figure DE202022101500U1_0017
    -Quantenpunkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
These and other features, aspects, and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying figures, in which like characters represent like parts throughout the figures, wherein:
  • 1 Figure 12 shows a block diagram of a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals according to an embodiment of the present disclosure; and
  • 2 the scheme for synthesizing the QD CdSe/ZnS_Ni 650
    Figure DE202022101500U1_0017
    shows quantum dots according to an embodiment of the present disclosure.

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.Those skilled in the art will understand that the elements in the figures are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. Furthermore, one or more components of the device may be represented in the figures by conventional symbols, and the figures only show the specific details relevant to an understanding of the embodiments of the present disclosure, not to encircle the figures with details to overload, which are easily recognizable for the person skilled in the art with the descriptions contained herein.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

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.For the purposes of promoting an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the figures and specific language will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, and such alterations and further modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would occur to those skilled in the art invention would normally come to mind.

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.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.

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.When this specification refers to "an aspect", "another aspect" or the like, it means that a particular feature, structure or particular characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment,""in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.

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.The terms "comprises," "including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a method or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may also include other steps that are not expressly stated or pertaining to any such process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

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.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the attached figures.

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. QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,

Figure DE202022101500U1_0018
wobei zuerst die Cadmiumvorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer hinzugefügt werden, was zur Bildung von Kern QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0019
führt, und dann die Dotierung durch Hinzufügen von Ni-Vorläufern erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer hinzugefügt werden, um mit Nickel dotierte QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0020
mit Kernhülle zu bilden. 1 12 shows a block diagram of a system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals in accordance with an embodiment of the present disclosure. The system 100 includes a quantum dot synthesis unit 102 for synthesizing Ni 2+ -doped CdSe quantum dots (QDs), ie QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0018
first loading the cadmium precursors with the solvents and then adding Se precursors, resulting in the formation of core QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0019
leads, and then the doping is done by adding Ni precursors, after which finally the Zn and S precursors are added to be doped with nickel QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0020
to form with nuclear envelope.

In einer Ausführungsform wird eine Oberflächenliganden-Präparationseinheit 104 zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten verwendet, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0021
und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0022
sind.In one embodiment, a surface ligand preparation unit 104 is used to fabricate water-soluble quantum dots, wherein various surface ligands are prepared using QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0021
and monodentate hydrophilic ligands such as MPA (3-mercaptopropionic acid), DPA (D-penicillamine) and DL-CYS (DL-cystine), whereby the produced water-soluble quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0022
are.

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 one embodiment, the system 100 further comprises: an assessment unit 106 for performing a viability assessment of the prepared water-soluble quantum dots using the HeLa and MCF-7 cells to perform MTT test measurements in which the cells are treated with different doses of prepared water-soluble quantum dots be treated; and a sorting unit 108 for performing the cell sorting assay, wherein the MCF-7 cells are cultured on a 24 mmφ glass coverslip in a six-well culture plate.

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. QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,

Figure DE202022101500U1_0023
unter Verwendung von Methanol und anschließendes Zentrifugieren bei maximaler Drehzahl und anschließendes Dispergieren in n-Hexan, nachdem die Dispersion von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0024
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0025
in einer n-Hexan-Lösung bei Raumtemperatur in einer inerten Umgebung gehalten wird, wobei die Reinigung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0026
noch zweimal durchgeführt wird.In one embodiment, the synthesis of Ni 2+ -doped CdSe quantum dots comprises preparing a 1 M Se solution A in 5 mL of tri-n-butylphosphine (TBP), which is then maintained at room temperature under inert gas;preparing a B solution by Combine 4 mM CdO and 0.2 M stearic acid (STA) in a multi-necked round bottom flask which is then kept in an oil bath and then heated at a temperature of 120°C for a period of 20 minutes to produce a colorless cadmium stearate solution and this Solution is then cooled to room temperature and heated again under inert gas at a temperature of 280°C with 1mM C 10 H 14 NiO 4 and 0.2M trioctylphosphine oxide (TOPO) added later and then the temperature increased to 310°C; Add Solution A to the hot reaction of Solution B along with 1 mL of 1M TBP:Se; then the mixture is stirred continuously and the temperature of the reaction mixture is lowered to 230°C for 5-10 minutes to achieve particle growth;Slowly injecting 1 ml of IM oleylamine sulfur solution into the reaction mixture at a temperature of 250°C and then cooling the reaction mixture to room temperature after stirring for 1 hour; then 5 ml of toluene is added to prevent TOPO from solidifying at room temperature; precipitation of the produced quantum dots, ie QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0023
using methanol and then centrifuging at maximum speed and then dispersing in n-hexane after the dispersion of QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0024
under use a syringe filter having a pore size of 0.22 µm pore size is filtered to completely remove the unreacted precursor; and the cleaned QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0025
in a n-hexane solution at room temperature in an inert environment, the purification of QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0026
is carried out twice more.

In einer Ausführungsform wird der MPA (3-Mercaptopropionsäure)-Oberflächenligandenaustausch zur Herstellung von MPA-verkappten QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0027
verwendet, der Oberflächenligandenaustausch mit DL-CYS (DL-Cystin) wird verwendet, um QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0028
wasserlöslich zu machen, und der Oberflächenligandenaustausch DPA (D-Penicillamin) wird zur Herstellung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0029
verwendet.In one embodiment, MPA (3-mercaptopropionic acid) surface ligand exchange is used to produce MPA-capped QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0027
used, the surface ligand exchange with DL-CYS (DL-cystine) is used to QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0028
to make water soluble, and the surface ligand exchange DPA (D-penicillamine) is used to produce QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0029
used.

In einer Ausführungsform wird die morphologische Charakterisierung sowohl der undotierten QD CdSe 650

Figure DE202022101500U1_0030
als auch der dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0031
-Quantenpunkte mit Hilfe der UV-Spektralanalyse, des Photolumineszenzspektrums, des XRD-Musters und der Molekülmorphologie unter Verwendung eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt.In one embodiment, the morphological characterization of both the undoped QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0030
as well as the endowed QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0031
-Quantum dots performed using UV spectral analysis, photoluminescence spectrum, XRD pattern and molecular morphology using a high-resolution transmission electron microscope.

In einer Ausführungsform werden die Magnetfeldabhängigkeiten der Magnetisierung sowohl von undotierten QD CdSe 650

Figure DE202022101500U1_0032
als auch von dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0033
-Quantenpunkten mit Hilfe der Analyse supraleitender Quanteninterferenzgeräte für das magnetische Moment gemessen.In one embodiment, the magnetic field dependencies of the magnetization of both undoped QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0032
as well as from endowed QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0033
-Quantum dots measured using superconducting quantum interference devices magnetic moment analysis.

In einer Ausführungsform wird eine Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralanalyse der dotierten Quantenpunkte und der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt.In one embodiment, a Fourier transform infrared spectral analysis of the doped quantum dots and the fabricated water-soluble quantum dots is performed.

In einer Ausführungsform wird die biokompatible Anwendung der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durch Überprüfung der Photostabilität in physiologischen Puffern und zellulärem Wachstumsmedium untersucht.In one embodiment, the biocompatible application of the prepared water-soluble quantum dots is investigated by examining the photostability in physiological buffers and cellular growth medium.

In einer Ausführungsform wird ein In-vitro-Toxizitätstest der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt, um ihre Toxizität zu überprüfen.In one embodiment, an in vitro toxicity test of the produced water-soluble quantum dots is performed to check their toxicity.

2 veranschaulicht das Schema für die Synthese der QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0034
-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 ''QD CdSe 650 ' '
Figure DE202022101500U1_0035
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0036
dar, wobei Zn- und S-Vorläufer hinzugefügt werden, um die Kernschale der dotierten Quantenpunkte zu bilden. 2 illustrates the scheme for the synthesis of QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0034
- Quantum dots in accordance with an embodiment of the present disclosure. Figure (a) shows that the cadmium precursor is loaded along with the solvents. Figure (b) represents that undoped quantum dots are produced by adding Se precursors, resulting in the formation of ''QD CdSe 650 ' '
Figure DE202022101500U1_0035
leads. Figure (c) represents the processing of the doping where a nip precursor is added and finally figure (d) represents the formation of nickel-doped ones QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0036
where Zn and S precursors are added to form the core shell of the doped quantum dots.

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.Once the Ni 2+ -doped quantum dots are fabricated, they undergo biophasic ligand exchange to make them biocompatible and reduce cytotoxicity. It does this by making them water soluble by using hydrophilic ligands such as MPA (3-mercaptopropionic acid), DPA (D-penicillamine) and DL-CYS (DL-cystine).

Zur Herstellung des MPA-verkappten QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0037
wird zunächst 1 ml MPA in Methanol zu 1 ml QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0038
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0039
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA
Figure DE202022101500U1_0040
verteilt wird.Die erhaltenen QD CdSe/ZnS_Ni 650 / M P A
Figure DE202022101500U1_0041
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / M P A
Figure DE202022101500U1_0042
Präzipitate in 1 ml bidestilliertem Wasser gelöst und bei 4 °C aufbewahrt.To make the MPA-capped QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0037
First, add 1 mL of MPA in methanol to 1 mL QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0038
in chloroform and preparing a mixture with a final concentration of 1mg/ml, adjusting the pH of the MPA to 12 using TMAH (tetramethylammonium hydroxide solution) in methanol in a limited ratio.The prepared mixture of MPA and QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0039
is sonicated for 90 minutes at a temperature of 4°C in an MPA surface exchanger, then 1 mL of double distilled water (DDW) is added to the mixture and sonicated again for 30 minutes. After sonication, a vial is used to collect the top layer of the two immiscible solvents formed after sonication, in which two solvents QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA
Figure DE202022101500U1_0040
is distributed.The received QD CdSe/ZnS_Ni 650 / M P A
Figure DE202022101500U1_0041
are then cleaned with isopropanol and the precipitate is washed three times with chloroform to ensure that excess surfactant is removed. After purification and washing, the obtained ligand-specific QD CdSe/ZnS_Ni 650 / M P A
Figure DE202022101500U1_0042
Dissolve precipitates in 1 mL bidistilled water and store at 4 °C.

Zur Herstellung von wasserlöslichen QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S

Figure DE202022101500U1_0043
-Quantenpunkten wird ein Oberflächen-Ligandenaustausch mit DL-CYS verwendet, wobei bei diesem Verfahren zunächst 1 ml TBP-verkapptes QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0044
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0045
statt, bei dem die Phase von der organischen in die wässrige Phase übergeht, was zu einer farblosen CHCl3-Schicht führt.Die erhaltenen QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0046
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.For the production of water-soluble QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0043
-Quantum dots, a surface ligand exchange with DL-CYS is used, with this method first 1 ml of TBP-capped QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0044
is added to 1 ml CHCl 3 and this mixture is then added to 1 ml 1g/ml DL-CYS in phosphate buffered saline (PBS) to create a biphasic ligand exchange. The resulting biphasic mixture is then stirred at room temperature, and after a period of two hours there is a phase change of QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0045
takes place, in which the phase transitions from the organic to the aqueous phase, resulting in a colorless CHCl 3 layer. The obtained QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0046
are precipitated twice with ethanol and then redispersed in 1×PBS for analysis. 1 µl of dithiothreitol (DTT) is added to the obtained solution to avoid the formation of cysteine dimers, the DTT was stored in the dark at 4 °C.

Zur Herstellung von wasserlöslichen QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A

Figure DE202022101500U1_0047
-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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0048
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A
Figure DE202022101500U1_0049
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A
Figure DE202022101500U1_0050
werden erneut in doppelt destilliertem Wasser (DDW) dispergiert.For the production of water-soluble QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A
Figure DE202022101500U1_0047
-Quantum dots uses DPA ligand exchange, in which method 0.2 M aqueous DL-DPA solution is first prepared in the presence of TCPH (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride) and then the pH of this prepared solution is adjusted using TMAH about 9, the process of preparing this solution in the presence of TCPH ensures the deprotonation of the thiol groups. 0.5 ml of the prepared DL-DPA solution is mixed with 1 ml QD CdSe/ZnS_Ni 650 / C Y S
Figure DE202022101500U1_0048
diluted dispersion in chloroform having a concentration of 1 mg/ml, and after combining both solutions, the mixture is stirred for two hours. Then the phase change process is performed, in which the prepared QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A
Figure DE202022101500U1_0049
be transferred from the organic phase into the aqueous phase. Then they are separated and cleaned with double distilled water and ethanol, and the obtained QD CdSe/ZnS_Ni 650 / D P A
Figure DE202022101500U1_0050
are redispersed in double distilled water (DDW).

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA

Figure DE202022101500U1_0051
zur Behandlung der Zellen verwendet. Für die Bestimmung des Prozentsatzes der Lebensfähigkeit der Zellen wird ein MTT-Testkit verwendet.In one embodiment, to assess the viability of the prepared water-soluble quantum dots (QDs), the HeLa and MCF-7 cells are maintained in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) supplemented with 10% fetal bovine serum (FSB) and a solution of 1% penicillin /streptomycin with the cells maintained at a temperature of 37°C and 5% CO 2 in a humidified incubator. Then the cells are used for MTT measurements, where the cells are seeded in 96-well plates at a density of 1×10 5 and then incubated for 18 hours. After 12 hours, various doses from 0.1 µg/ml to 100 µg/ml of the prepared water-soluble quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0051
used to treat the cells. An MTT test kit is used to determine the percentage of cell viability.

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 other words, in this method, each well is first filled with a solution of 1 × PSB containing 10 mL of MTT solution and then incubated for 4 hours, adding 90 µL of MTT solution to each well after mixing. resulting in the formation of violet colored formazan crystals which are then dissolved in acidic isopropanol. The optical density of the solvent is measured using a microtiter plate reader, reading at 570 nm.

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 one embodiment, to perform the cell sorting assay, 1×10 5 MCF-7 cells are seeded on a 24 mm diameter glass coverslip in a six-well culture plate. Incubation takes place overnight at 37°C and 5% CO 2 in a humidified incubator. Then the medium is removed and the cells are washed twice with 1× PBS solution. The water-soluble quantum dots at a concentration of 10 µg/ml are introduced into the washed cells and then incubated for 2-4 hours. The cells are then removed from the surface by trypsinization, suspended in DMEM medium and transferred to a 2.0 ml Eppendorf microcentrifuge tube. Cell sorting is now performed by placing the microcentrifuge tube on the side wall of the 1.2 Tesla magnet for a period of 5-10 minutes. The unsorted cells are then pipetted out of the supernatant and plated onto a culture disc after sorting. Then the magnet is removed and the sorted cells are collected as a pellet on the side wall of the microcentrifuge tube and then resuspended in the medium and plated onto a culture disc. The cells are then cultured for a period of 6 hours to re-adhere to the surface of a coverslip. A confocal microscope is then used to acquire the fluorescence images for cell sorting, the microscope having an a × 40 objective lens and excitation at 488 nm. The cells are then treated with 5-102 µg/ml of quantum dots at a temperature of 37°C, fixed with 4% paraformaldehyde solution diluted in 1 × PBS, and then the treated cells are washed with 1 × PBS and then under a confocal microscope for the localized quantum dots on the cell surface.

In einer Ausführungsform zeigten die UV-spektralen Absorptionsspektren der undotierten Quantenpunkte QD CdSe 650

Figure DE202022101500U1_0052
und der dotierten Quantenpunkte QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0053
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 one embodiment, the UV spectral absorption spectra showed the undoped quantum dots QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0052
and the doped quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0053
an absorption maximum at 580 nm for the undoped quantum dots, while for the doped quantum dots the absorption maximum is seen at 650 nm, indicating excitation of the sample. It turns out that the absorption edge of both the undoped QDs and the doped QDs compared to bilk CdSe undergoes a redshift at 630 nm at a temperature of 300k. The results clearly indicate the phenomenon of quantum confinement between the doped and undoped quantum dots. With Ni doping, it is found that the band gap increases, which is attributed to the change in the energy level of the QDs after the Ni 2+ ions enter the CdSe host material.

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 one embodiment, the photoluminescence (PL) spectra of the doped and undoped quantum dots showed that both the doped and undoped quantum dots have a significant peak at 585 nm and 650 nm, and these peaks correspond to the orange and red colors in the visible spectrum, and this Range could be caused by the emission related to surface defects. These defect states are the reason for the luminous behavior of the doped quantum dots. The defect status is increased by the Cd 2+ and Se 2+ vacancies and the dangling bonds. It can be seen that the PL peak intensity of the Ni-doped quantum dots increases to 6% and then increases for the next 3-5% after the growth of the ZnS shell. The optimal emission peak intensity is therefore observed at 6% Ni-doped quantum dots. Furthermore, the PL properties of the undoped and doped quantum dots are investigated by performing a time-resolved photoluminescence analysis (TRPL) using a single exponential curve-fitted , normalized decay curve can be seen, and from the results of the fitted curve, the lifetimes of 19.72 ns and 42.31 ns are calculated, and it is found that the lifetime increases as the inorganic shells such as ZnS, CdS, and CdSe grow over the nuclear quantum dots , indicating a decrease in the nanoradiative contribution to exciton decay.

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 one embodiment, the XRD pattern of both undoped and doped quantum dots shows three primary diffraction peaks corresponding to the zincblende cubic structure (101), (110), (103), (202), and (300). The pattern showed no peaks for Ni, NiSe and no secondary phase, indicating that all samples are single phase and the broadening of the diffraction peaks indicates that the material produced is nanoscale.

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 QD CdSe 650

Figure DE202022101500U1_0054
eine Kerngröße von 6.0 ± 3.0 nm und die dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0055
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 one embodiment, molecular morphology characterization of both the undoped and the doped quantum dots is performed using a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM), showing that both quantum dots are mostly spherical and the undoped ones QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0054
a core size of 6.0 ± 3.0 nm and the doped ones QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0055
have a core or shell size of 9.0 ± 2.0 nm. Selected Area Electron Diffraction (SAED) pattern images show a wide diffuse circle for both the doped and undoped quantum dots, suggesting results consistent with the XRD pattern results.

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 one embodiment, the magnetic field dependence (H) of the magnetization of undoped and doped quantum dots is measured using the analysis of superconducting quantum interference devices for the magnetic moment in both doped and undoped quantum dots in powder at room temperature. The measurement results show that a weak ferromagnetism phase ( Fm) is present because the Cd 2+ and Se 2 ions are nonmagnetic and therefore the diamagnetism becomes very evident at H > 5 kOe with a magnetic susceptibility value of 6 × 10 7 emu/gOe. After Ni doping, it is found that the Fm order of both the doped and undoped quantum dots has changed significantly and the magnetic moments reach saturation at H > 5 kOe. These results show that the Ni doping is responsible for the magnetism in the quantum dots. At a temperature of 300 K, Fm is observed in the nickel-doped quantum dots.

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 one embodiment, an EDS element characterization is performed, confirming the success of the doping, with the results showing a single coding for nickel (Ni) with 8.10% atomic weight in the CdS/ZnS_Ni along with 28.27% cadmium (Cd), 21.48% selenium (Se ), 21.02% sulfur (S) and 32.28% zinc (Zn).

In einer Ausführungsform wird der schwache Oberflächenligand TBP auf dem Ni-dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650

Figure DE202022101500U1_0056
entfernt und dann durch die monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA, DPA und CYS ersetzt, was zur Bildung von QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS ,
Figure DE202022101500U1_0057
und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0058
führte. Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektren (FTIR) von QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0059
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0060
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0061
zeigt, dass die TBP-Liganden vollständig ersetzt sind.In one embodiment, the weak surface ligand TBP is doped onto the Ni QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0056
removed and then replaced by the monodentate hydrophilic ligands such as MPA, DPA and CYS, resulting in the formation of QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS ,
Figure DE202022101500U1_0057
and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0058
led. The Fourier Transform Infrared (FTIR) spectra of QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0059
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0060
are consistent with the native organic ligands, including the carbonyl (-C=O) features stretching at 1242 cm -1 and 1646 cm -1 , which are specific to the basic MPA, DPA, and CYS-capped QDs .After swapping the ligands, a strong band is found at 2901 cm -1 and 2901 cm -1 specific to the amide (CN) and the sulfide (-SH). The vibrational peak of -OH at 3339 cm -1 indicates the presence of water molecules, and due to the high surface-to-volume ratio of CdSe quantum dots absorb a large amount of water molecules on their surface. The absence of CH stretching bands at 900 cm -1 , 2922 cm -1 and 2960 cm -1 after ligand exchange on the surface of the QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0061
shows that the TBP ligands are completely replaced.

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 one embodiment, UV spectra and dynamic light scattering (DLS) are used to characterize the physical properties of the nanoparticles. The absorption and fluorescence spectra indicate the quantum yield of the quantum dots after the ligand exchange and are found to have a hydrodynamic diameter of 15-20 nm, which is reasonable for the core/shell diameter. The zeta potential of the quantum dots after Ligand exchange is indicated by the hydrophilic nature of the ligands and the statistical distribution of the dithiol, carboxyl, and amine anchoring groups, with MPA and CYS having a net negative charge and DPA having a net positive charge.

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS .

Figure DE202022101500U1_0062
In one embodiment, the MPA, CYS, and DPA capped quantum dots are further examined to verify their photostability in physiological buffers and cellular growth medium. To do this, the quantum dots are first dispersed in Millipore water, 1×PBS buffer and DMEM for 7 days, and the minimal decrease in fluorescence is observed for the water-soluble quantum dots. To study the effects of pH, 1X PBS is used to adjust the pH from 4, which is acidic, to 12, which is basic, and the fluorescence intensity is monitored over a 7 day period. The observation revealed that the maximum fluorescence at pH 12 and the decreased fluorescence at pH 4 for the QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS .
Figure DE202022101500U1_0062

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 one embodiment, the toxicity of the manufactured quantum dots is counteracted by coating the core of the quantum dots with an inorganic material that prevents oxidation and photofading of the cadmium core, the well-coated core of the quantum dots in the in vitro tests is used and no evidence of significant toxicity is observed.

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS

Figure DE202022101500U1_0063
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 one embodiment, the MTT assays for analysis of cell viability are performed after treatment of HeLa and MCF-7 cells with various doses of MPA, DPA, and CYS-capped water-soluble quantum dots, with the dose ranging from 0.1 to 100 µg/ ml for different periods is enough. The results of the cytotoxicity test with QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS
Figure DE202022101500U1_0063
treated HeLa and MCF-7 cells showed that the maximum toxicity at a concentration of 100 µg/ml for HeLa cells is 41%, 64% and 86%, and 86% toxicity and for MCF cells a maximum toxicity of 48%, 63% and 88%, with data collected for periods of 1, 41, 12, 24, 48 and 72 hours. However, the results also showed that there was no significant toxicity at the lower concentrations of the doses.

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 QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS

Figure DE202022101500U1_0064
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 aufweisenIn one embodiment, cellular sorting is performed using a 1.2 Tesla magnet, the synthesized water-soluble quantum dots have shown strong red fluorescence emission and selective and weak ferromagnetic properties, with a 10 µg/ml solution of each QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA , QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS
Figure DE202022101500U1_0064
incubated with HeLa and MCF-7 cells for 4 hours before performing cell sorting to examine ferromagnetic properties. The confocal view shows that the cells are separated by the magnetic field (H) and have red fluorescence emission

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.In one embodiment, based on the results, it can be concluded that the synthesized quantum dots with different surface ligands, i. H. MPA, DPA, and CYS Coating Quantum Dots, best suited for selective imaging and sorting applications.

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.The figures and the preceding description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Also, the acts of a flowchart need not be performed in the order presented; also, not all actions have to be performed. Also, the actions that are not dependent on other actions can be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicit in the description are listed or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.

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.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the advantages, benefits, problem solutions, and components that can cause an advantage, benefit, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, required, or essential feature or component of any or all claims.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Ein System zur Synthese von Ni-dotierten CdSe/ZnS-Halbleiter-NanokristallenA system for the synthesis of Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals
102102
Eine Anlage zur Synthese von QuantenpunktenA facility for the synthesis of quantum dots
104104
Eine Anlage zur Herstellung von OberflächenligandenA facility for the production of surface ligands
106106
Eine BewertungseinheitA rating unit
108108
Eine SortiereinheitA sorting unit

Claims (9)

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. QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0065
wobei zuerst die Cadmium-Vorläufer mit den Lösungsmitteln beladen werden und dann Se-Vorläufer zugegeben werden, was zur Bildung von Kern QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0066
führt, und dann die Dotierung durch Zugabe von Ni-Vorläufer erfolgt, wonach schließlich die Zn- und S-Vorläufer zur Bildung von KernSchale-Nickel-dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0067
zugegeben werden; und eine Oberflächenliganden-Herstellungseinheit zur Herstellung von wasserlöslichen Quantenpunkten, wobei verschiedene Oberflächenliganden unter Verwendung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0068
und monodentaten hydrophilen Liganden wie MPA (3-Mercaptopropionsäure) hergestellt werden, DPA (D-Penicillamin) und DL-CYS (DL-Cystin), wobei die hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA ,
Figure DE202022101500U1_0069
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS und QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0070
sind.
A system for synthesizing Ni-doped CdSe/ZnS semiconductor nanocrystals, the system comprising: a quantum dot synthesis unit for synthesizing Ni 2+ -doped CdSe quantum dots (QDs), ie QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0065
first loading the cadmium precursors with the solvents and then adding Se precursors, resulting in the formation of core QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0066
leads, and then the doping is done by adding Ni precursor, after which finally the Zn and S precursors are doped to form core-shell nickel QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0067
to be added; and a surface ligand manufacturing unit for manufacturing water-soluble quantum dots, wherein various surface ligands using QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0068
and monodentate hydrophilic ligands such as MPA (3-mercaptopropionic acid), DPA (D-penicillamine) and DL-CYS (DL-cystine), whereby the produced water-soluble quantum dots QD CdSe/ZnS_Ni 650 / MPA ,
Figure DE202022101500U1_0069
QD CdSe/ZnS_Ni 650 / CYS and QD CdSe/ZnS_Ni 650 / DPA
Figure DE202022101500U1_0070
are.
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.The system after claim 1 , the system further comprising: an assessment unit for performing a viability assessment of the produced water-soluble quantum dots, wherein the HeLa and MCF-7 cells are used to perform MTT test measurements in which the cells are treated with different doses of the produced water-soluble quantum dots ; and a sorting unit for conducting the cell sorting test, wherein the MCF-7 cells are cultured on a 24 mmφ glass coverslip in a six-well culture plate. 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. QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0071
unter Verwendung von Methanol, anschließendes Zentrifugieren bei maximaler Drehzahl und anschließendes Dispergieren in n-Hexan, nachdem die Dispersion von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0072
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 QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0073
in einer n-Hexan-Lösung bei Raumtemperatur in einer inerten Umgebung, wobei die Reinigung von QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0074
noch zweimal durchgeführt wird.
system after claim 1 wherein the synthesis of Ni2+-doped CdSe quantum dots comprises the following steps performed by the system: preparing a solution A containing 1M Se in 5 ml of tri-n-butylphosphine (TBP) and maintaining it under inert gas at room temperature; Prepare a solution B by combining 4 mM CdO and 0.2 M stearic acid (STA) in a multi-necked round bottom flask which is then kept in an oil bath and then heated at a temperature of 120°C for a period of 20 minutes to give a colorless cadmium stearate solution and this solution is then cooled to room temperature and heated again under inert gas at a temperature of 280°C with 1 M MC 10 H 14 NiO 4 and 0.2 M trioctylphosphine oxide (TOPO) added later and then the temperature is increased increased to 310°C; Add Solution A to the hot reaction of Solution B along with 1 mL of 1M TBP:Se; then the mixture is continuously stirred and the temperature of the reaction mixture is lowered to 230°C for 5-10 minutes to induce particle growth; slowly injecting 1 ml of 1M oleylamine sulfur solution into the reaction mixture at a temperature of 250°C and then cooling the reaction mixture to room temperature after stirring for 1 hour; then 5 ml of toluene is added to prevent TOPO from solidifying at room temperature; Failure of the produced quantum dots, ie QD CdSe/ZnS_Ni 650 ,
Figure DE202022101500U1_0071
using methanol, then centrifuging at maximum speed and then dispersing in n-hexane after the dispersion of QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0072
was filtered using a syringe filter with a pore size of 0.22 µm to completely remove the unreacted precursor; and holding the cleaned QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0073
in a n-hexane solution at room temperature in an inert environment, the purification of QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0074
is carried out twice more.
System nach Anspruch 1, wobei der MPA (3-Mercaptopropionsäure)-Oberflächenligandenaustausch zur Herstellung von MPA-verkappten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0075
verwendet wird, der Oberflächenligandenaustausch mit DL-CYS (DL-Cystin) verwendet wird, um QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0076
wasserlöslich zu machen, und der Oberflächenligandenaustausch DPA (D-Penicillamin) verwendet wird, um QD CdSe/ZnS_Ni 650 .
Figure DE202022101500U1_0077
herzustellen.
system after claim 1 , where the MPA (3-mercaptopropionic acid) surface ligand consists of Swap to make MPA-capped QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0075
is used, the surface ligand exchange with DL-CYS (DL-cystine) is used to QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0076
to make water soluble, and the surface ligand exchange DPA (D-penicillamine) is used to QD CdSe/ZnS_Ni 650 .
Figure DE202022101500U1_0077
to manufacture.
System nach Anspruch 1, wobei die morphologische Charakterisierung sowohl der undotierten QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0078
als auch der dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0079
-Quantenpunkte unter Verwendung der UV-Spektralanalyse, der Photolumineszenzspektren, des XRD-Musters und der molekularen Morphologie unter Verwendung eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt wird.
system after claim 1 , where the morphological characterization of both the undoped QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0078
as well as the endowed QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0079
-Quantum dots using UV spectral analysis, photoluminescence spectra, XRD pattern and molecular morphology using a high-resolution transmission electron microscope.
System nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldabhängigkeiten der Magnetisierung sowohl von undotierten QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0080
als auch von dotierten QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0081
-Quantenpunkten unter Verwendung einer supraleitenden Quanteninterferenzgeräteanalyse für das magnetische Moment gemessen werden.
system after claim 1 , where the magnetic field dependencies of the magnetization of both undoped QD CdSe 650
Figure DE202022101500U1_0080
as well as from endowed QD CdSe/ZnS_Ni 650
Figure DE202022101500U1_0081
-Quantum dots are measured using superconducting quantum interference device analysis for the magnetic moment.
System nach Anspruch 1, bei dem eine Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralanalyse der dotierten Quantenpunkte und der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durchgeführt wird.system after claim 1 , in which Fourier transform infrared spectral analysis of the doped quantum dots and the fabricated water-soluble quantum dots is performed. System nach Anspruch 1, wobei die biokompatible Anwendung der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte durch Überprüfung der Photostabilität in physiologischen Puffern und zellulärem Wachstumsmedium untersucht wird.system after claim 1 , investigating the biocompatible application of the fabricated water-soluble quantum dots by verifying the photostability in physiological buffers and cellular growth medium. System nach Anspruch 1, bei dem ein In-vitro-Toxizitätstest der hergestellten wasserlöslichen Quantenpunkte zur Überprüfung ihrer Toxizität durchgeführt wird.system after claim 1 , in which an in vitro toxicity test is carried out on the produced water-soluble quantum dots to check their toxicity.
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