3-Dimensional Tracking of Non-blinking 'Giant' Quantum Dots in Live Cells.
3-Dimensional Tracking of Non-blinking 'Giant' Quantum Dots in Live Cells.
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DOI：
10.1002/adfm.201400349
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发表时间：
2014-08-13
影响因子：
19
通讯作者：
Werner, James H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Keller, Aaron M.;Ghosh, Yagnaseni;DeVore, Matthew S.;Phipps, Mary E.;Stewart, Michael H.;Wilson, Bridget S.;Lidke, Diane S.;Hollingsworth, Jennifer A.;Werner, James H.
尽管半导体量子点（QDs）凭借其高光致发光效率、光稳定性以及丰富的发射颜色，已在众多单粒子追踪（SPT）研究中得到成功应用，但传统量子点存在荧光间歇性或 “闪烁” 现象，这会在粒子轨迹分析中造成不确定性，并限制追踪时长。在此，我们利用不闪烁的 “巨型” 量子点（gQDs），通过基于共聚焦的三维单粒子追踪显微镜，研究活细胞中IgE - FcεRI受体的动力学。与市售量子点相比，使用gQDs观察到IgE - FcεRI超过1分钟的概率提高了7倍。我们实施了时间选通光子对关联分析，以验证选定的单粒子追踪轨迹确实来自单个gQDs而非聚集体。gQDs追踪时长的增加，使得我们能够观察到单个IgE - FcεRI受体在较长（>1分钟）时间尺度上扩散速率的多次变化，这些变化通过时间相关扩散系数和隐马尔可夫模型进行量化。不闪烁的gQDs有望成为未来活细胞二维和三维单粒子追踪研究的重要工具，特别是在细胞动力学变化发生在几分钟时间尺度的情况下。
While semiconductor quantum dots (QDs) have been used successfully in numerous single particle tracking (SPT) studies due to their high photoluminescence efficiency, photostability, and broad palette of emission colors, conventional QDs exhibit fluorescence intermittency or ‘blinking,’ which causes ambiguity in particle trajectory analysis and limits tracking duration. Here, non-blinking ‘giant’ quantum dots (gQDs) are exploited to study IgE-FcεRI receptor dynamics in live cells using a confocal-based 3D SPT microscope. There is a 7-fold increase in the probability of observing IgE-FcεRI for longer than 1 min using the gQDs compared to commercially available QDs. A time-gated photon-pair correlation analysis is implemented to verify that selected SPT trajectories are definitively from individual gQDs and not aggregates. The increase in tracking duration for the gQDs allows the observation of multiple changes in diffusion rates of individual IgE-FcεRI receptors occurring on long (>1 min) time scales, which are quantified using a time-dependent diffusion coefficient and hidden Markov modeling. Non-blinking gQDs should become an important tool in future live cell 2D and 3D SPT studies, especially in cases where changes in cellular dynamics are occurring on the time scale of several minutes.
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