Bioengineering

Guld Nanostar Syntese med en Silver Seed medierede væksthæmning Metode

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 syntetiseret stjerne formet guld nanostars bruge en sølv frø medieret vækst metode. Diameteren på nanostars spænder fra 200 til 300 nm, og antallet af tips varierer fra 7 til 10. Nanopartiklerne har en bred flade plasmon resonans-tilstand centreret i det nærinfrarøde.

Abstract

De fysiske, kemiske og optiske egenskaber af nano-skala kolloider er afhængige af deres materielle sammensætning, størrelse og form ^1-5. Der er stor interesse for at bruge nano-kolloider til foto-termisk ablation, drug delivery og mange andre biomedicinske anvendelser ^6. Guld er især brugt på grund af den lave giftighed ^7-9. En egenskab af metal nano-kolloider er, at de kan have en stærk overflade plasmon resonans ^10. Toppen af overfladen plasmon resonans-tilstand afhænger af strukturen og sammensætningen af metal nano-kolloider. Siden overfladen plasmon resonans-tilstand bliver stimuleret med lys der er behov for at have den højeste absorbans i det nærinfrarøde hvor biologisk væv transmissionsevne er maksimal ^{11, 12.}

Vi præsenterer en metode til at syntetisere stjerne formet kolloidt guld, også kendt som stjerne formede nanopartikler ^13-15 eller nanostars ^16. Denne metode er baseret på såolution indeholdende sølv frø, der bruges som kernedannende agent for anisotropisk vækst af guld kolloider ^17-22. Scanning elektron mikroskopi (SEM) analyse af de resulterende guld kolloid viste, at 70% af nanostrukturer var nanostars. De andre 30% af partiklerne var amorfe klynger af decahedra og rhomboids. Absorbansen højdepunktet af nanostars blev konstateret at være i nær infrarød (840 nm). Således er vores metode producerer guld nanostars egnet til biomedicinske applikationer, bl.a. til foto-termisk ablation.

Protocol

1. Silver frø forberedelse

Forbered en stamopløsning af sølvnitrat (AGNO ₃₎ ved at tage en tilfældig masse og blande det med 10 mL deioniseret (DI) vand. Beregn molariteten af løsningen. Oploesningen opbevares i et mørkt sted at isolere mod lys.
Tilsæt 14,7 mg natrium citrat trebasisk (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ til 10 ml af DI vand for at lave en 5 mM løsning. Ryst hætteglasset indtil pulveret er opløst.
Tilsæt 15,1 mg natrium borohydride (NaBH ₄₎ til et andet hætteglas med 10 ml af DI vand for at lave en 40 mM løsning. Luk hætteglasset med det samme. Ryst forsigtigt løsning ved hånden og læg den i et bæger med is. Anbring bægerglasset i køleskabet, og start en timer (t1 = 0). Den frisklavet Løsningen skal bruges i 15 min, der er tid nok til at køle den ned.
Fra stamopløsningen af sølvnitrat, 1,1), forberede 10 ml til 0,25 mM. Placer en omrøring magnet i hætteglasset og stkunst omrøring.
Tilsæt 0,25 mL af den natriumcitrat trebasisk løsning 1,2) til 1,4).
Ved t ₁ = 15 min fjerne natrium borohydride løsning, 1,3), fra køleskabet. Ved hjælp af en pipette tager 0,4 mL af denne løsning og føje den til 1,5). Note: Tilføj løsningen i en enkelt hurtig slagtilfælde. Farven vil skifte til gult. Opløsningen omrøres i 5 min.
Ved t ₁ = 20 min stoppe omrøring, skal du fjerne magneten fra hætteglasset og holde hætteglasset på et mørkt sted. Luk ikke hætteglasset.
Oploesningen opbevares i mørke ved stuetemperatur i mindst 2 timer før brug. Helst bruge frøene inden for en uge fra forberedelse.

2. Vækst løsning forberedelse

Forbered 80 mm ascorbinsyre (C ₆ H ₈ O ₆₎ ved at tilføje 140 mg til 10 ml af DI vand.
Forbered 10 ml af en koncentreret opløsning af guld chlorid (HAuCl _4). Beregn molariteten af løsningen. Hold Solution isoleret fra lys.
Forbered 20 ml 50 mM af cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BRN) ved at tilføje 364 mg til et hætteglas med 20 ml DI vand. Straks placere en gribende magnet i hætteglasset og begynde at røre på en varm plade ved 30 ° C. Efter CTAB pulveret er helt opløst og løsningen bliver gennemsigtige slukke varmelegemet af pladen, men holde omrøring til trin 2,7).
Tilføj løsning 1.1) til opløsning 2,3) for at opnå en endelig molariteten af 4.9x10 ^{-2 mm.} Start en timer (t ₂ = 0).
Ved t ₂ = 1 min tilføje løsning 2.2) til 2.4) for at opnå en endelig molariteten på 0,25 mM.
Ved t ₂ = ₂ min tilsættes 0,1 ml 2,1) til 2,5). Løsningen vil vende farveløs.
Ved t ₂ = ₂ min 20 sek tilføje 0,05 ml 1,8) (sølv frø) til 2,6). Rør suspensionen i 15 min. Suspensionen vil i første omgang blive blå og brun.
På t ₂ = 17 min stoppe omrøring, fjern magnet og holde suspensionen ved stuetemperatur i 24 timer.

3. Adskillelse af guld nanostars fra CTAB til billedhåndtering, karakterisering eller eksperimenter

Bemærk: CTAB kan krystallisere ved stuetemperatur. For at opløse krystallerne varme op guldet kolloid til 30 ° C eller fordybe hætteglasset i varme hane-vand, indtil krystallerne opløses.

Sonikeres suspensionen i 2 min.
Centrifuger suspension i 5 minutter ved 730 RCF. Nanostars vil akkumulere på væggen af røret.
Fjern så meget af suspensionen med en pipette og pas på ikke at fjerne nanostars.
Tilføj DI vand til røret og sonikeres i 2 min.
Centrifuger suspension i 3 min ved 460 RCF. Suspensionen indeholder mindre CTAB, er derfor lavere centrifugalkraften er nødvendig for at adskille nanostars.
Gentag trin 3.3) og 3.4).
Tilføj DI vand til suspension og centrifuger i 3 min ved 380 RCF.
Repea t trin 3.3) og 3.4). De nanostars er klar til billedbehandling, spektroskopi, eller eksperimenter.

4. Repræsentative resultater:

Figur 1 viser transmissions elektron mikroskop (TEM) billeder af sølv frø filmede med en JEOL 2010-F-TEM. Frøene har en sfærisk form og en gennemsnitlig størrelse på 15 nm. Guld nanostars er filmede med en Hitachi S-5500 i scanning elektron mikroskop (SEM) mode. Figur 2 viser stigende forstørrelser af nanostars syntetiseret med vores metode. Star-formede partikler er cirka 70% af alle partikler i kolloid. Ikke-formet stjerner fremstå som amorf klynger af decahedra og rhomboids (ikke vist). Figur 3 viser adskillige enkelt guld nanostars. Størrelsen af nanostars spænder fra 200 nm til 300 nm, og antallet af tips varierer fra 7 til 10. Hvis guld nanopartikler syntetiseret ved denne metode er tilbage i CTAB de bevarer deres form i mindst 1 måned efter syntese.

e_content "> Vi målte absorptionsspektre af sølv frø og nanostars ved hjælp af en Olis Cary-14 spektrofotometer. Den maksimale absorption af frøene var på 400 nm, mens den maksimale absorption af de nanostars var mellem 800 nm og 850 nm (Figur 4 ).

Figur 1
Figur 1. Transmissions elektron mikroskop billeder af sølv frø.

Figur 2
Figur 2. Scanning elektron mikroskop billeder af guld nanostars.

Figur 3
Figur 3. Scanning elektron mikroskop billeder af en enkelt guld nanostars.

Figur 6
Figur 4. Normalized absorptionsspektre af sølv frø (stiplet linje) og guldnanostars (fuldt optrukket linie).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette arbejde har vi præsenteret en metode til at syntetisere guld nanostars med sølv frø. Vi fandt, at sølv frø resulterede i et afkast på 70% produktion af nanostars. De nanostars har en nær infrarød absorption peak, der svarer til deres overflade plasmon resonans-tilstand, centreret mellem 800 nm og 850 nm ^{7, 23.} Disse egenskaber egenskaber tillader vores guld nanostars at være til nytte for biomedicinske anvendelser ^24-26, såsom foto-termisk ablation.

En væsentlig forskel mellem den metode forklaret her, og andre metoder, er brugen af sølv frø i stedet for guld. Brug af sølv frø resulterer i guld nanostars med længere tips og mindre kerner. En direkte sammenligning af udbyttet produktioner mellem forskellige produktions-protokoller er vanskelig, da der findes mange forskellige metoder til nano-kolloid syntese. Men i forhold til metoder, der bruger lignende frø-medieret syntese ^27, der når et udbytte på 40% - 50% 16, er deres overflade plasmon resonans-tilstand flyttet til det nærinfrarøde hvilket gør dem mere velegnede til biologiske applikationer.

Der er et par vigtige punkter, som der skal tages i betragtning under nanostar syntese. I forbindelse med udarbejdelsen af frøet løsning, natriumcitrat bruges som loft agent og natrium borohydride bruges som reduktionsmiddel. Den natrium borohydride er ustabil både i koncentreret og fortyndet vandige opløsninger, derfor er det vigtigt at forberede den frisk hver gang og bruge det inden for en time. Hertil kommer, er reaktionen temperaturafhængig derfor skal løsningen være koldt (trin 1,6). Når frøene løsning er klar, er det vigtigt at lade brint for at undslippe, så vi understrege, at beholderen ikke børvære lukket (trin 1.7). Væksten Løsningen forberedelsesprocessen er også tidsfølsomme. For eksempel, hvis forbindelser fra trin 2,5) til 2,7) er blandet med forskellige hastigheder fra de satser, der er beskrevet i metoden kan den resulterende partikler kugler i stedet for stjerner.

Vi vil gerne præcisere formålet med nogle vigtige skridt. I væksten løsning guld reduceres ved at tilsætte ascorbinsyre, som er efterfulgt af dens deposition på det hvide frø. Sølvnitrat bruges til at give sølv-ioner, der spiller en katalyserende rolle i guld nanostar vækst proces. CTAB menes at være ansvarlig for anisotropisk vækst af guld på overfladen af sølv frø via en orienteret tilslutningsorganet ²⁹ hvor guldet krystaller tillægger sølv frø bundet af adsorbate molekyler. Den anisotrope Væksten er langsom, som antages at være forårsaget af en termodynamisk uligevægt tilstand kendt som kinetisk kontrolleret regime ^30.

31, 32. En vellykket gennemførelse af disse programmer afhænger af forståelsen af kemiske, fysiske og optiske egenskaber af nano-skala kolloider og også på at udvikle reproducerbare procedurer til at syntetisere dem. Der er et behov for at kontrollere ikke kun størrelsen, men også formen af nanostrukturer, fordi der er en stigende dokumentation for, at den særlige form af en nano-kolloid bestemmer dens interaktion med biologiske systemer ^33. Vores arbejde fremskridt brugen af nanoteknologi i biomedicinske anvendelser ved at give en metode til at producere høje udbytter af nanostars med en overflade plasmon resonans i det nærinfrarøde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklæret.

Acknowledgments

Denne forskning blev støttet af National Science Foundation i partnerskaber for forskning og uddannelse i Materialer (PREM) Grant Nej DMR-0934218. Det blev også støttet af Award Antal 2G12RR013646-11 fra National Center for Research Resources. Indholdet er alene forfatternes ansvar og ikke nødvendigvis repræsenterer den officielle synspunkter National Center for Research 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