Bioengineering

Gull Nanostar Synthesis med en Silver Seed Mediated Growth Method

Published: January 15, 2012 doi: 10.3791/3570

Zurab Kereselidze¹, Victor H. Romero², Xomalin G. Peralta¹, Fidel Santamaria³

¹Department of Physics and Astronomy, The University of Texas at San Antonio, ²Centro de Investigaciones en Optica A. C., ³Department of Biology and Neurosciences Institute, The University of Texas at San Antonio

Summary

Vi syntetisert stjerne formet gull nanostars bruke en sølv frø mediert vekst metoden. Diameteren på nanostars varierer 200-300 nm og antall tipsene varierer 7-10. Nanopartikler har en bred overflate plasmon resonans modus sentrert i nær infrarødt.

Abstract

De fysiske, kjemiske og optiske egenskapene til nano-skala kolloider avhenge av deres materiale sammensetning, størrelse og form ^1-5. Det er stor interesse for å bruke nano-kolloider for foto-termisk ablasjon, narkotika levering og mange andre biomedisinske applikasjoner ^6. Gull er spesielt brukt på grunn av sin lave toksisitet ^7-9. En eiendom av metall nano-kolloider er at de kan ha en sterk overflate plasmon resonans ^10. Toppen av overflaten plasmon resonans modus avhengig av struktur og sammensetning av metall nano-kolloider. Siden overflaten plasmon resonans modus stimuleres med lys er det behov for å ha topp absorbansen i nær infrarødt hvor biologisk vev transmisjon er maksimalt ^{11, 12.}

Vi presenterer en metode for å syntetisere stjerne formet kolloidalt gull, også kjent som stjerne formet nanopartikler ^13-15 eller nanostars ^16. Denne metoden er basert på somolution inneholder sølv frø som blir brukt som nucleating agent for anisotrop vekst av gull kolloider ^17-22. Scanning elektronmikroskopi (SEM) analyse av de resulterende gull kolloide viste at 70% av nanostrukturer var nanostars. De øvrige 30% av partiklene ble amorfe klynger av decahedra og rhomboids. Absorbansen Toppen av nanostars ble påvist å være i nær infrarødt (840 nm). Dermed produserer vår metode gull nanostars egnet for biomedisinske applikasjoner, spesielt for foto-termisk ablasjon.

Protocol

1. Silver seed forberedelse

Forbered en stamløsning av sølvnitrat (Agno ₃₎ ved å ta en vilkårlig masse og blande det med 10 mL avionisert (DI) vann. Beregn molariteten av løsningen. Hold løsningen på et mørkt sted å isolere mot lys.
Legg til 14,7 mg natriumsitrat tribasic (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ til 10 ml DI vann for å lage en 5 mM løsning. Rist hetteglasset inntil pulveret er oppløst.
Legg til 15,1 mg natrium borohydride (NaBH ₄₎ til en annen flaske med 10 ml DI vann for å lage en 40 mM løsning. Lukk flasken umiddelbart. Rist løsningen for hånd og legg den i et beger med is. Plasser begerglasset i kjøleskapet og starte en tidtaker (t1 = 0). Den nystekte løsningen skal brukes i 15 min, som er nok tid til å kjøle det ned.
Fra lager løsning av sølvnitrat, 1.1), forberede 10 mL på 0,25 mm. Plasser en gripende magnet i hetteglasset og start omrøring.
Legg 0.25 mL av natriumsitrat tribasic løsning 1,2) til 1,4).
På t ₁ = 15 min fjerne natriumborhydrid løsningen, 1,3), fra kjøleskapet. Bruk en pipette ta 0,4 ml av denne løsningen og legge den til 1,5). Merk: Legg løsningen i én rask slag. Fargen vil slå til gult. Rør løsningen for 5 min.
På t ₁ = 20 min stop omrøring, fjerne magneten fra hetteglasset og holde hetteglasset på et mørkt sted. Ikke lukk flasken.
Hold løsning i mørke ved romtemperatur i minst 2 timer før bruk. Helst bruker frøene innen én uke fra forberedelse.

2. Vekst løsning forberedelse

Forbered 80 mm av askorbinsyre (C ₆ H ₈ O ₆₎ ved å legge til 140 mg til 10 mL DI vann.
Forbered 10 mL av en konsentrert løsning av gull klorid (HAuCl _4). Beregn molariteten av løsningen. Hold solution isolert fra lys.
Forbered 20 ml 50 mM av cetyltrimethylammonium bromide (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BRN) ved å legge til 364 mg til et hetteglass med 20 ml DI vann. Umiddelbart plassere en gripende magnet inn i hetteglasset og begynne stirring på en varm plate på 30 ° C. Etter CTAB pulveret er helt oppløst og løsningen blir gjennomsiktig slår ovnen av platen men beholde stirring gjennom steg 2,7).
Legg til løsning 1.1) til løsning 2.3) for å oppnå en endelig molariteten av 4.9x10 ^-2 mm. Start en timer (t ₂ = 0).
På t ₂ = 1 min legger løsning 2.2) til 2.4) for å oppnå en endelig molariteten på 0,25 mm.
På t ₂ = 2 min legge 0,1 mL 2,1) til 2,5). Løsningen vil slå fargeløs.
På t ₂ = ₂ min 20 sek legge 0,05 mL 1,8) (sølv frø) til 2,6). Rør suspensjon i 15 min. Suspensjonen vil i utgangspunktet bli blått og brunt.
På t ₂ = 17 min stop omrøring, fjerne magnet og holde oppheng i romtemperatur i 24 timer.

3. Skille gull nanostars fra CTAB for bildebehandling, karakterisering eller eksperimentering

Merk: CTAB kan krystallisere ved romtemperatur. Å oppløse krystaller varme opp gullet kolloide til 30 ° C eller senk flasken i varmt tap-vann til krystaller oppløses.

Sonicate suspensjonen i 2 min.
Sentrifuger suspensjon 5 min ved 730 RCF. Nanostars vil samle på veggen av røret.
Fjern så mye av suspensjonen med en pipette ta vare ikke å fjerne nanostars.
Legg DI vann til rør og sonicate for 2 min.
Sentrifuger suspensjon for 3 min ved 460 RCF. Suspensjonen inneholder mindre CTAB, er derfor lavere sentrifugalkraft for å skille nanostars.
Gjenta trinn 3.3) og 3.4).
Legg DI vann til suspensjon og sentrifuger for 3 min ved 380 RCF.
Repea t trinn 3.3) og 3.4). Den nanostars er klare for avbildning, spektroskopi, eller eksperimentering.

Fire. Representative resultater:

Figur 1 viser overføring elektronmikroskop (TEM) bilder av sølv frø avbildes ved hjelp av en JEOL 2010-F TEM. Frøene har en sfærisk form og en gjennomsnittlig størrelse på 15 nm. Gold nanostars er avbildes ved hjelp av en Hitachi S-5500 i scanning elektronmikroskop (SEM) modus. Figur 2 viser økende forstørrelser av nanostars syntetisert med vår metode. Stjerne formede partikler er ca 70% av alle partikler i kolloid. Non-formet stjerner vises som amorfe klynger av decahedra og rhomboids (ikke vist). Figur 3 viser flere enkle gull nanostars. Størrelsen på nanostars varierer fra 200 nm til 300 nm og antall tipsene varierer 7-10. Hvis gull nanopartikler syntetisert av denne metoden er igjen i CTAB de beholder sin form i minst 1 måned etter syntese.

e_content "> Vi målte absorpsjonspektere av sølv frø og nanostars ved hjelp av en Olis Cary-14 spektrofotometer. Toppen absorpsjon av frøene var på 400 nm, mens toppen absorpsjonen av nanostars var mellom 800 nm og 850 nm (figur 4 ).

Figur 1
Figur 1. Transmission elektronmikroskop bilder av sølv frø.

Figur 2
Figur 2. Scanning elektronmikroskop-bilder av gull nanostars.

Figur 3
Figur 3. Scanning elektronmikroskop-bilder av single gull nanostars.

Figur 6
Figur 4. Normalisert absorpsjonspektere av sølv frø (stiplet linje) og gullnanostars (heltrukket linje).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette arbeidet har vi presentert en metode for å syntetisere gull nanostars bruke sølv frø. Vi fant at sølv frø resulterte i en yield på 70% produksjon av nanostars. Den nanostars har en nær infrarød absorpsjon topp, tilsvarende deres overflaten plasmon resonans-modus, sentrert mellom 800 nm og 850 nm ^{7, 23.} Disse egenskapene egenskapene lar våre gull nanostars å være av nytte for biomedisinske applikasjoner ^24-26, som for eksempel foto-termisk ablasjon.

En stor forskjell mellom den metoden forklart her og andre metoder er bruk av sølv frø i stedet for gull. Bruk sølv frø resultater i gull nanostars med lengre tips og mindre kjerner. En direkte sammenligning av yield produksjoner mellom ulike produksjons-protokoller er vanskelig som det er mange forskjellige metoder for nano-kolloid syntese. Men sammenlignet med metoder som bruker lignende såkorn-mediert syntese ²⁷ som når en yield på 40% - 50% 16, er deres overflate plasmon resonans modus forskjøvet til nær infrarødt som gjør dem mer egnet for biologiske anvendelser.

Det er noen viktige punkter som må tas hensyn til under nanostar syntese. I utarbeidelsen av frø løsning, er natriumsitrat brukes som tildekking agent og natriumborhydrid brukes som reduksjonsmiddel. Den natriumborhydrid er ustabil både i konsentrert og fortynnet vandig løsning, derfor er det viktig å forberede den ferske hver gang og bruke den innen en time. I tillegg er reaksjonen temperaturavhengig derfor løsningen må være kaldt (trinn 1,6). Når frøet løsningen er klar, er det viktig å la hydrogen til å unnslippe, så vi understreke at beholderen ikkevære stengt (trinn 1,7). Veksten Løsningen forberedelse prosessen er også tid følsom. For eksempel, hvis forbindelser fra trinn 2,5) til 2,7) er blandet på ulike priser fra satsene som er beskrevet i metoden, kunne den resulterende partiklene være kuler i stedet for stjerner.

Vi ønsker å avklare formålet med noen viktige skritt. I veksten løsningen gull reduseres ved å tilsette askorbinsyre som er etterfulgt av sin avsetning på sølv frø. Sølvnitrat brukes til å gi sølvioner som spiller en katalyserende rolle i gull nanostar vekstprosessen. CTAB antas å være ansvarlig for anisotrop vekst av gull på overflaten av sølv frøene via en orientert vedlegg mekanisme ²⁹ hvor gullet krystaller feste til sølv frøene bundet av adsorbate molekyler. Den anisotrope vekstprosessen er langsom som antas å være forårsaket av en termodynamisk ulikevekt tilstand kjent som kinetisk kontrollert regime ^30.

31 bildebehandling, 32. Den vellykkede gjennomføringen av disse programmene avhenger forståelsen av kjemiske, fysiske og optiske egenskaper til nano-skala kolloider og også på å utvikle reproduserbar prosedyrer for å syntetisere dem. Det er behov for å kontrollere ikke bare størrelsen, men også formen på nanostrukturer, fordi det er en økende bevis for at den bestemte form av en nano-kolloid bestemmer sin interaksjon med biologiske systemer ^33. Vårt arbeid fremskritt bruk av nanoteknologi i biomedisinske applikasjoner ved å tilby en metode for å produsere høy avkastning av nanostars med en overflate plasmon resonans i nær infrarødt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklært.

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet av National Science Foundation Partnerskap for forskning og utdanning i Materials (PREM) Grant nr. DMR-0934218. Det ble også støttet av Award Antall 2G12RR013646-11 fra National Center for Forskning Resources. Innholdet er utelukkende ansvaret til forfatterne og ikke nødvendigvis representerer den offisielle syn av National Center for Forskning Resources eller National Institutes of Health.

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