Summary
Мы синтезировали форме звезды nanostars золота с использованием серебра семян опосредованного роста метод. Диаметр nanostars колеблется от 200 до 300 нм и несколько советов варьироваться от 7 до 10. Наночастицы имеют широкий поверхностного плазменного резонанса режим с центром в ближней инфракрасной области.
Abstract
Физических, химических и оптических свойств наноразмерных коллоидов зависит от их вещественного состава, размера и формы 1-5. Существует большой интерес к использованию нано-коллоидов для фото-термической абляции, доставки лекарств и многих других биомедицинских приложений 6. Золото в частности из-за своей низкой токсичности 7-9. Свойства металла нано-коллоидов является то, что они могут иметь сильный поверхностного плазменного резонанса 10. Пик поверхностной моды плазменного резонанса зависит от структуры и состава металла нано-коллоидов. С поверхностного плазменного резонанса режиме стимулируется светом есть нужно иметь пик поглощения в ближней инфракрасной области, где биологические ткани пропускания максимальна 11, 12.
Мы представляем метод синтеза форме звезды коллоидного золота, также известная как звезда форме наночастиц 13-15 или nanostars 16. Этот метод основан на качествеЕШЕНИЕ содержащих серебро семена, которые используются в качестве зародышей агента для анизотропных рост золотовалютных коллоидов 17-22. Сканирующей электронной микроскопии (SEM), анализ полученных коллоидных золотых показал, что 70% наноструктур были nanostars. Остальные 30% от частиц аморфного кластеров decahedra и ромбовидные. Абсорбцию пик nanostars был обнаружен быть в ближней инфракрасной (840 нм). Таким образом, наш метод позволяет получить золото nanostars подходит для биомедицинских применений, особенно для фото-термической абляции.
Protocol
1. Серебряный подготовки семян
- Подготовка исходного раствора нитрата серебра (AgNO 3), принимая произвольной массы и смешивание его с 10 мл деионизированной (DI) воде. Рассчитать молярность решение. Хранить раствор в темном месте, чтобы изолировать ее от света.
- Добавить 14,7 мг натрия цитрат трехосновными (Na 3 C 6 H 5 O 7) в 10 мл воды DI, чтобы сделать 5 мМ раствора. Встряхнуть флакон, пока порошок не растворится.
- Добавить 15,1 мг боргидрида натрия (NaBH 4) в другой флакон с 10 мл воды DI, чтобы сделать 40 мМ раствора. Закройте флакон немедленно. Осторожно встряхните решение от руки и поместить его в стакан со льдом. Место стакан в холодильник и запустить таймер (t1 = 0). Свежеприготовленный раствор будет использоваться в течение 15 мин, что достаточно времени, чтобы его охладить.
- Из маточного раствора нитрата серебра, 1,1), подготовить 10 мл на 0,25 мм. Место помешивая магнит в пузырек и йИскусство перемешивании.
- Добавить 0,25 мл цитрата натрия трехосновными решение 1.2) до 1.4).
- В т 1 = 15 мин удалить решение боргидрид натрия, 1,3), из холодильника. Использование пипетки взять 0,4 мл этого раствора и добавить его к 1,5). Примечание: добавить решение в одном быстрый удар. Цвет превратится в желтый цвет. Размешайте раствор в течение 5 мин.
- В т 1 = 20 мин помешивая остановки, удаления магнита из флакона и держать флакон в темном месте. Не закрывайте флакон.
- Держите решения в темноте при комнатной температуре в течение по крайней мере за 2 часа перед использованием. Предпочтительно использовать семена в течение одной недели после приготовления.
2. Рост подготовки решения
- Подготовка 80 мМ аскорбиновой кислоты (C 6 H 8 O 6) путем добавления 140 мг в 10 мл воды DI.
- Подготовка 10 мл концентрированного раствора хлорида золота (HAuCl 4). Рассчитать молярность решение. Держите Solutioп изолированных от света месте.
- Подготовка 20 мл 50 мМ цетилтриметиламмония бромида (СТАВ - C 19 H 42 BrN) путем добавления 364 мг до флакон с 20 мл воды DI. Сразу же место перемешивание магнит во флакон и начать перемешивание в теплый пластины при температуре 30 ° C. После CTAB порошок полностью не растворится и раствор станет прозрачным выключить обогреватель планки, но продолжайте шевелиться по шаг 2.7).
- Добавить решение 1.1) к решению 2.3) для получения окончательного молярность 4.9x10 -2 мм. Начало таймера (T 2 = 0).
- В т 2 = 1 мин добавляют раствор 2,2) до 2,4), чтобы получить окончательный молярность 0,25 мм.
- В т 2 = 2 мин добавить 0,1 мл 2,1) до 2,5). Решение станет бесцветным.
- В т 2 = 2 мин 20 сек добавить 0,05 мл 1,8) (серебро семян) до 2,6). Движение подвески в течение 15 мин. Подвески первоначально будет синей, а затем коричневый.
- В т 2 = 17 мин помешивая остановить, удалить мagnet и держать суспензии при комнатной температуре в течение 24 часов.
3. Разделение золото nanostars от ЦТАБ для работы с изображениями, характеристика или экспериментов
Примечание: ЦТАБ может кристаллизоваться при комнатной температуре. Для растворения кристаллов нагреть золото коллоидное до 30 ° С или погружают во флакон в горячую водопроводную воду, пока кристаллы растворяются.
- Разрушать ультразвуком подвески в течение 2 мин.
- Центрифуга подвески в течение 5 мин при 730 RCF. Nanostars будет накапливаться на стенках трубки.
- Удалить столько подвеска с пипеткой осторожно, чтобы не удалить nanostars.
- Добавить DI воды трубы и разрушать ультразвуком в течение 2 мин.
- Центрифуга подвески в течение 3 мин при 460 RCF. Суспензии содержится меньше ЦТАБ, поэтому нижняя центробежной силы необходимо, чтобы отдельные nanostars.
- Повторите шаги 3.3) и 3.4).
- Добавить DI воды подвески и центрифуги в течение 3 мин при 380 RCF.
- Repea т шаги 3.3) и 3.4). Nanostars готовы для работы с изображениями, спектроскопии, или экспериментов.
4. Представитель результаты:
На рисунке 1 показана просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) образы серебряные семена отображаемого использованием JEOL 2010-F TEM. Семена имеют сферическую форму и средний размер 15 нм. Золото nanostars изображаются использованием Hitachi S-5500 в сканирующего электронного микроскопа (SEM) режиме. Рисунок 2 показывает увеличение увеличениях nanostars синтезированных с помощью нашего метода. Звезда форму частиц примерно 70% всех частиц коллоида. Номера для сформирована звезды появляются, как аморфные скопления decahedra и ромбовидные (не показано). На рисунке 3 показано несколько отдельных nanostars золота. Размер nanostars колеблется от 200 нм до 300 нм и несколько советов варьироваться от 7 до 10. Если наночастицы золота синтезированных с помощью этого метода остаются в CTAB они сохраняют свою форму в течение 1 месяца после синтеза.
e_content "> Мы измерили спектры поглощения серебра семян и nanostars использованием Олис Кэри-14 спектрофотометр. пик поглощения семян при 400 нм, в то время как пик поглощения nanostars было между 800 нм и 850 нм (рис. 4 ).
Рисунок 1. Просвечивающей электронной микроскопии изображений из серебра семян.
Рисунок 2. Сканирующем электронном микроскопе золота nanostars.
Рисунок 3. Сканирующем электронном микроскопе изображение одного nanostars золота.
Рисунок 4. Нормализованные спектры поглощения серебра семян (пунктирная линия) и золотоnanostars (сплошная линия).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В этой работе мы представили метод синтеза золота nanostars с использованием серебра семян. Мы обнаружили, что серебро семена в результате доходность 70% производства nanostars. Nanostars у ближней инфракрасной пик поглощения, соответствующие их поверхности режиме плазменного резонанса, по центру между 800 нм и 850 нм, 7, 23. Эти свойства свойства позволяют нашим nanostars золото, чтобы быть полезным для биомедицинских применений 24-26, таких как фото-термической абляции.
Основное различие между методом, изложенным здесь, и других методов является использование семян серебра вместо золота. Использование серебра семян приводит к золотым nanostars с более длинными советами и меньше ядер. Прямое сравнение доходности производства между различными протоколами производства сложно, как Есть много различных методов нано-коллоидного синтеза. Однако по сравнению с методами, которые используют подобные семена-опосредованного синтеза 27, которые достигают выход 40% - 50%
Есть несколько важных моментов, которые должны быть приняты во внимание в процессе синтеза nanostar. При подготовке семян решение, цитрат натрия используется в качестве укупорки агента и боргидрид натрия используется в качестве восстановителя. Боргидрид натрия является неустойчивым и в концентрированных и разбавленных водных растворов, таким образом, важно, чтобы подготовить его свежим в любое время и использовать его в течение часа. Кроме того, реакция зависит от температуры, следовательно, решение должно быть холодным (шаг 1.6). Как только семя решение готово важно, чтобы водород избежать, таким образом мы подчеркиваем, что контейнер не долженбыть закрыты (шаг 1.7). Подготовка роста процесса решения также время чувствительной. Например, если соединения от шагов, 2,5) до 2,7) смешивают с различными скоростями от ставки описано в методе, в результате частицы могут быть сферы, а не звезды.
Мы хотели бы уточнить цель ряд важных шагов. В решении роста золота снижается путем добавления аскорбиновой кислоты, которая с последующим его осаждением на серебро семян. Нитрат серебра используется для обеспечения ионы серебра, которые играют роль катализатора в процессе роста золота nanostar. СТАВ, как полагают, отвечают за анизотропного роста золота на поверхности серебра семена через ориентированный механизм привязанности 29, где золотые кристаллы придают серебряные семена связаны молекул адсорбата. Анизотропной процессе роста медленно, которая предполагается быть вызвано нарушение равновесия термодинамического состояния известны как кинетически контролируемого режима 30.
31 изображений, 32. Успешная реализация этих приложений зависит от понимания химических, физических и оптических свойств наноразмерных коллоидов, а также на разработку воспроизводимых процедур синтезировать их. Существует необходимость контролировать не только размерами, но и формой наноструктур, потому что есть больше доказательств того, что конкретные формы нано-коллоидного определяет его взаимодействия с биологическими системами 33. Наша работа достижений использование нанотехнологий в биомедицинских приложениях, обеспечивая способ получения высоких урожаев с nanostars резонанс поверхностных плазмонов в ближней инфракрасной области.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом партнерства по научным исследованиям и образованию в области материаловедения (PREM) грант № DMR-0934218. Она была также поддержана премии Количество 2G12RR013646-11 из Национального центра по изучению ресурсов. Содержание несут их авторы и не обязательно отражает официальную точку зрения Национального центра по изучению ресурсов и Национального института здоровья.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sodium citrate tribasic dehydrate | Sigma-Aldrich | S4641 | 99.0 % |
| Silver nitrate | Aldrich | 204390 | 99.9999 % |
| Sodium borohydride | Aldrich | 213462 | 99 % |
| L-Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | 255564 | 99+ % |
| Gold chloride trihydrate | Aldrich | 520918 | 99.9+ % |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) | Sigma-Aldrich | H6269 | |
| JEOL 2010-F | JEOL | Transmission electron microscope | |
| Hitachi S-5500 | Hitachi | Used in scanning electron microscope mode | |
| Olis Cary-14 spectrophotometer | Olis | Spectrophotometer |
References
- Irimpan, L., Nampoori, V. P. N., Radhakrishnan, P., Krishnan, B., Deepthy, A. Size-dependent enhancement of nonlinear optical properties in nanocolloids of ZnO. Journal of Applied Physics. 103, (2008).
- Sharma, V., Park, K., Srinivasarao, M. Colloidal dispersion of gold nanorods: Historical background, optical properties, seed-mediated synthesis, shape separation and self-assembly. Materials Science and Engineering: R: Reports. 65, 1-38 (2009).
- El-Sayed, M. A. Some interesting properties of metals confined in time and nanometer space of different shapes. Accounts of Chemical Research. 34, 257-2564 (2001).
- Daniel, M. C., Astruc, D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chemical reviews. 104, 293-346 (2004).
- Burda, C., Chen, X., Narayanan, R., El-Sayed, M. A. Chemistry and Properties of Nanocrystals of Different Shapes. Chemical reviews. 105, 1025-1102 (2005).
- Hu, M., Chen, J. Y. X., Li, J. Y., Au, L., Hartland, G. V., Li, X. D., Marquez, M., Xia, Y. N. Gold nanostructures: engineering their plasmonic properties for biomedical applications. Chemical Society Reviews. 35, 1084-1094 (2006).
- Seo, J. T., Yang, Q., Kim, W. J., Heo, J., Ma, S. M., Austin, J., Yun, W. S., Jung, S. S., Han, S. W., Tabibi, B., Temple, D. Optical nonlinearities of Au nanoparticles and Au/Ag coreshells. Opt. Lett. 34, 307-309 (2009).
- Jeong, S., Choi, S. Y., Park, J., Seo, J. -H., Park, J., Cho, K., Joo, S. -W., Lee, S. Y. Low-toxicity chitosan gold nanoparticles for small hairpin RNA delivery in human lung adenocarcinoma cells. Journal of Materials Chemistry. 21, 13853-13859 (2011).
- Huang, X., Jain, P. K., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy. Nanomedicine. 2, 681-693 (2007).
- Link, S., El-Sayed, M. A. Shape and size dependence of radiative, non-radiative and photothermal properties of gold nanocrystals. International Reviews in Physical Chemistry. 19, 409-453 (2000).
- El-Sayed, I. H., Huang, X. H., El-Sayed, M. A. Selective laser photo-thermal therapy of epithelial carcinoma using anti-EGFR antibody conjugated gold nanoparticles. Cancer Letters. 239, 129-135 (2006).
- O'Neal, D. P., Hirsch, L. R., Halas, N. J., Payne, J. D., West, J. L. Photo-thermal tumor ablation in mice using near infrared-absorbing nanoparticles. Cancer Letters. 209, 171-176 (2004).
- Nehl, C. L., Liao, H. W., Hafner, J. H. Optical properties of star-shaped gold nanoparticles. Nano Letters. 6, 683-688 (2006).
- Pazos-Perez, N., Rodriguez-Gonzalez, B., Hilgendorff, M., Giersig, M., Liz-Marzan, L. M. Gold encapsulation of star-shaped FePt nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 20, 61-64 (2010).
- Sahoo, G. P., Bar, H., Bhui, D. K., Sarkar, P., Samanta, S., Pyne, S., Ash, S., Misra, A. Synthesis and photo physical properties of star shaped gold nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. , 375-371 (2011).
- Senthil Kumar, P., Pastoriza-Santos, I., Rodriguez-Gonzalez, B., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. High-yield synthesis and optical response of gold nanostars. Nanotechnology. 19, (2008).
- Goodrich, G. P., Bao, L. L., Gill-Sharp, K., Sang, K. L., Wang, J., Payne, J. D. Photothermal therapy in a murine colon cancer model using near-infrared absorbing gold nanorods. Journal of Biomedical Optics. 15, (2010).
- Zhang, D., Neumann, O., Wang, H., Yuwono, V. M., Barhoumi, A., Perham, M., Hartgerink, J. D., Wittung-Stafshede, P., Halas, N. J. Gold Nanoparticles Can Induce the Formation of Protein-based Aggregates at Physiological pH. Nano Lett. 9, 666-671 (2009).
- Alkilany, A. M., Nagaria, P. K., Hexel, C. R., Shaw, T. J., Murphy, C. J., Wyatt, M. D. Cellular uptake and cytotoxicity of gold nanorods: molecular origin of cytotoxicity and surface effects. Small. 5, 701-708 (2009).
- Sun, L., Liu, D., Wang, Z. Functional gold nanoparticle-peptide complexes as cell-targeting agents. Langmuir. 24, 10293-10297 (2008).
- Park, J., Estrada, A., Sharp, K., Sang, K., Schwartz, J. A., Smith, D. K., Coleman, C., Payne, J. D., Korgel, B. A., Dunn, A. K., Tunnell, J. W. Two-photon-induced photoluminescence imaging of tumors using near-infrared excited gold nanoshells. Opt. Express. 16, 1590-1599 (2008).
- Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method. Chemistry of Materials. 15, 1957-1962 (2003).
- Hao, F., Nehl, C. L., Hafner, J. H., Nordlander, P. Plasmon resonances of a gold nanostar. Nano Letters. 7, 729-732 (2007).
- Hao, F., Nordlander, P., Sonnefraud, Y., Dorpe, P. V. an, Maier, S. A. Tunability of Subradiant Dipolar and Fano-Type Plasmon Resonances in Metallic Ring/Disk Cavities: Implications for Nanoscale Optical Sensing. ACS Nano. 3, 643-652 (2009).
- Sweeney, C. M., Hasan, W., Nehl, C. L., Odom, T. W. Optical Properties of Anisotropic Core-Shell Pyramidal Particles. Journal of Physical Chemistry A. 113, 4265-4268 (2009).
- Dickerson, E. B., Dreaden, E. C., Huang, X. H., El-Sayed, I. H., Chu, H. H., Pushpanketh, S., McDonald, J. F., El-Sayed, M. A. Gold nanorod assisted near-infrared plasmonic photothermal therapy (PPTT) of squamous cell carcinoma in mice. Cancer Letters. 269, 57-66 (2008).
- Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Wet chemical synthesis of high aspect ratio cylindrical gold nanorods. Journal of Physical Chemistry B. 105, 4065-4067 (2001).
- Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-mediated growth approach for shape-controlled synthesis of spheroidal and rod-like gold nanoparticles using a surfactant template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
- Xiao, J., Qi, L. Surfactant-assisted, shape-controlled synthesis of gold nanocrystals. Nanoscale. 3, 1383-1396 (2011).
- Tao, A. R., Habas, S., Yang, P. Shape control of colloidal metal nanocrystals. Small. 4, 310-325 (2008).
- Cole, J. R., Mirin, N. A., Knight, M. W., Goodrich, G. P., Halas, N. J. Photothermal Efficiencies of Nanoshells and Nanorods for Clinical Therapeutic Applications. Journal of Physical Chemistry C. 113, 12090-12094 (2009).
- Choi, J. S., Park, J. C., Nah, H., Woo, S., Oh, J., Kim, K. M., Cheon, G. J., Chang, Y., Yoo, J., Cheon, J. A hybrid nanoparticle probe for dual-modality positron emission tomography and magnetic resonance imaging. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 47, 6259-6262 (2008).
- Chithrani, B. D., Ghazani, A. A., Chan, W. C. W. Determining the Size and Shape Dependence of Gold Nanoparticle Uptake into Mammalian Cells. Nano Letters. 6, 662-668 (2006).
