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Physicochemical alterations and toxicity of InP alloyed quantum dots aged in environmental conditions: A safer by design evaluation

Authors :
Géraldine Sarret
Peter Reiss
K. David Wegner
Olivier Proux
Christophe Lincheneau
Marie Carrière
Adeline Tarantini
Benoit Gallet
Lucia Mattera
David Béal
Delphine Truffier-Boutry
Pierre-Henri Jouneau
Fanny Dussert
Christine Moriscot
Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie [2017-2019] (CIBEST [2017-2019])
SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels [2017-2019] (STEP [2017-2019])
Institut des Sciences de la Terre [2016-2019] (ISTerre [2016-2019])
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble [2016-2019] (OSUG [2016-2019])
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Département des Technologies des NanoMatériaux (DTNM)
Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN)
Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie structurale [1992-2019] (IBS - UMR 5075 [1992-2019])
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée [?-2019] (LEMMA [?-2019])
Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
ANR-11-IDEX-0001-02/11-LABX-0064,SERENADE,Vers une conception de nanomatériaux innovants, durables et sûrs(2011)
ANR-11-IDEX-0001-02/11-IDEX-0001,AMIDEX,AMIDEX(2011)
ANR: NEUTRINOS,ANR-16-CE09-0015-03
ANR-10-INBS-0005-02,FRISBI,Infrastructure Française pour la Biologie Structurale Intégrée(2010)
ANR-10- LABX-49-01,Labex GRAL,Labex GRAL
Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie (CIBEST)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075)
Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques (LAN)
Service de Chimie Inorganique et Biologique (SCIB - UMR E3)
Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)
Unité de Biochimie des Cancers et Biothérapies
CHU Grenoble
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Département Interfaces pour l'énergie, la Santé et l'Environnement (DIESE)
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie (CIBEST )
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 )
Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA )
ANR-16-CE09-0015,NEUTRINOS,Suivi des interactions biologiques par détection optique ultrasensible à base de nanoparticules(2016)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Source :
NanoImpact, NanoImpact, Elsevier, 2019, 14, pp.100168. ⟨10.1016/j.impact.2019.100168⟩, NanoImpact, 2019, 14, pp.100168. ⟨10.1016/j.impact.2019.100168⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; Due to their unique optical properties, quantum dots (QDs) are used in a number of optoelectronic devices and are forecasted to be used in the near future for biomedical applications. The most popular QD composition consists of cadmium selenide (CdSe) or cadmium telluride (CdTe), which has been shown to pose health risks due to the release of toxic cadmium (Cd) ions. Due to similar optical properties but lower intrinsic toxicity, indium phosphide (InP) QDs have been proposed as a safer alternative. Nevertheless, investigations regarding their safety and possible toxicological effects are still in their infancy.The fate and toxicity of seven different water-dispersible indium (In)-based QDs, either pristine or after ageing in a climatic chamber, was evaluated. The core of these QDs was composed of indium, zinc and phosphorus (InZnP) or indium, zinc, phosphorus and sulfur (InZnPS). They were assessed either as core-only or as core-shell QDs, for which the core was capped with a shell of zinc, selenium and sulfur (Zn(Se,S)). Their surface was functionalized using either penicillamine or glutathione.In their pristine form, these QDs showed essentially no cytotoxicity. The particular case of InZnPS QD showed that core-shell QDs were less cytotoxic than core-only QDs. Moreover, surface functionalization with either penicillamine or glutathione did not appreciably influence cytotoxicity but affected QD stability. These QDs did not lead to over-accumulation of reactive oxygen species in exposed cells, or to any oxidative damage to cellular DNA. However, accelerated weathering in a climatic chamber led to QD precipitation and degradation, together with significant cytotoxic effects. Ageing led to dissociation of IneP and ZneS bonds, and to complexation of In and Zn ions with carboxylate and/or phosphate moieties. These results show that InZnP and InZnPS alloyed QDs are safer alternatives to CdSe QDs. They underline the necessity to preserve as much as possible the structural integrity of QDs, for instance by developing more robust shells, in order to ensure their safety for future applications.

Subjects

Subjects :
PL
energy dispersive X-ray spectroscopy probe
ODE
XAS
02 engineering and technology
010501 environmental sciences
Photochemistry
01 natural sciences
EDS
chemistry.chemical_compound
QD
Semiconductor nanocrystal
Safety, Risk, Reliability and Quality
Cadmium
LCF
mercaptopropionic acid
Chemistry
tris(trimethylsilyl)phosphine
Quantum dot Semiconductor nanocrystal Toxicity Keratinocyte EXAFS Abbreviations: BrdU
IARC
TOP
scanning-transmission electron microscopy
ROS
scanning electron microscope
STEM
021001 nanoscience & nanotechnology
Glutathione
Cadmium telluride photovoltaics
MMS
bromodeoxyuridine
European Synchrotron Radiation Facility
EXAFS
linear combination fit
dihydrorhodamine 123
SEM
Indium phosphide
photoluminescence
high angle annular dark field
0210 nano-technology
1-octadecene
Safety Research
H2-DCF-DA
Keratinocyte
HAADF
LDH
Materials Science (miscellaneous)
chemistry.chemical_element
Zinc
[SDV.TOX.TCA]Life Sciences [q-bio]/Toxicology/Toxicology and food chain
(TMS) 3 P
2′
DDT
DHR123
GSH
1-dodecanethiol
ESRF
TCEP
[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]
International agency for research in cancer
X-ray absorption spectroscopy ⁎
0105 earth and related environmental sciences
7′-dichlorodihydrofluorescein diacetate
trioctylphosphine
Cadmium selenide
Toxicity
Public Health, Environmental and Occupational Health
Quantum dot
technology, industry, and agriculture
methane methyl sulfonate
TMAOH
lactate dehydrogenase
equipment and supplies
MPA
tetramethylammonium hydroxide
QY
tris(2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride
NC
Reactive oxygen species
Quantum yield
Selenium
Indium

Details

Language :
English
ISSN :
24520748
Database :
OpenAIRE
Journal :
NanoImpact, NanoImpact, Elsevier, 2019, 14, pp.100168. ⟨10.1016/j.impact.2019.100168⟩, NanoImpact, 2019, 14, pp.100168. ⟨10.1016/j.impact.2019.100168⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....23093974b21488243c8dcf830bc88dfe
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.impact.2019.100168⟩