Summary
Wir synthetisierten sternförmigen Gold nanostars mit einem silbernen Saat vermitteltes Wachstum Methode. Der Durchmesser der nanostars reicht von 200 bis 300 nm und die Anzahl der Spitzen variieren von 7 bis 10. Die Nanopartikel haben eine große Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Modus im nahen Infrarot zentriert.
Abstract
Die physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften von Nano-Kolloide sind abhängig von ihrer stofflichen Zusammensetzung, Größe und Form 1-5. Es gibt ein großes Interesse im Umgang mit Nano-Kolloide für photo-thermische Ablation, Drug Delivery und viele andere biomedizinische Anwendungen 6. Gold ist vor allem wegen ihrer geringen Toxizität 7-9 verwendet. Eine Eigenschaft der Metall-Nano-Kolloide ist, dass sie eine starke Oberflächen-Plasmon-Resonanz-10 haben. Der Höhepunkt der Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Modus hängt von der Struktur und Zusammensetzung des Metalls Nano-Kolloide. Da die Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Modus mit Licht angeregt wird, gibt es einen Bedarf an der Spitze Absorption im nahen Infrarotbereich, wo biologisches Gewebe Transmissivität ist maximal 11, 12 haben.
Wir präsentieren eine Methode zur sternförmigen kolloidalem Gold, auch als sternförmige Nanopartikel 13-15 oder nanostars 16 bekannt zu synthetisieren. Diese Methode beruht auf als Basislösung mit Silber Samen, die als Nukleierungsmittel für anisotropes Wachstum von Gold-Kolloide 17-22 verwendet werden. Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Analyse der resultierenden Goldkolloid zeigte, dass 70% der Nanostrukturen nanostars wurden. Die anderen 30% der Partikel wurden amorphe Cluster Dekaedern und Rauten. Die Absorption Höhepunkt der nanostars erkannt wurde, um im nahen Infrarot (840 nm) werden. So produziert unser Verfahren gold nanostars für biomedizinische Anwendungen geeignet, besonders für Foto-thermischen Ablation.
Protocol
1. Silber Saataufbereitungsanlagen
- Bereiten Sie eine Stammlösung von Silbernitrat (AgNO 3), indem eine beliebige Masse und das Mischen mit 10 ml deionisiertem Wasser (DI). Berechnen Sie Molarität der Lösung. Halten Sie die Lösung in einem dunklen Ort, um sie vor Licht zu isolieren.
- Zusatz von 14,7 mg Natriumcitrat tribasischen (Na 3 C 6 H 5 O 7) zu 10 mL VE-Wasser zu einer 5 mM Lösung zu machen. Schütteln Sie die Durchstechflasche, bis das Pulver aufgelöst ist.
- Add 15,1 mg Natriumborhydrid (NaBH 4) zu einem anderen Fläschchen mit 10 ml VE-Wasser zu einer 40 mM Lösung zu machen. Schließen Sie die Flasche sofort. Schütteln Sie die Lösung per Hand und legen Sie sie in ein Becherglas mit Eis. Das Becherglas in den Kühlschrank und starten Sie eine Zeitschaltuhr (t1 = 0). Die frisch zubereitete Lösung wird in 15 min das ist genug Zeit, um es abzukühlen verwendet werden.
- Aus der Stammlösung von Silbernitrat, 1,1), bereiten 10 mL bei 0,25 mM. Legen Sie eine Rührmagnet in das Fläschchen und stKunst Rühren.
- Add 0,25 ml der Natriumcitrat tribasischen Lösung 1,2) bis 1,4).
- Bei t 1 = 15 min den Natriumborhydridlösung, 1,3), aus dem Kühlschrank. Mit einer Pipette nehmen 0,4 ml dieser Lösung und fügen Sie es 1,5). Hinweis: Fügen Sie die Lösung in einem einzigen schnellen Schlag. Die Farbe wird gelb. Rühren Sie die Lösung für 5 min.
- Bei t 1 = 20 min stoppen Rühren, entfernen Sie den Magneten aus der Flasche und halten Sie die Flasche an einem dunklen Ort. Schließen Sie nicht das Fläschchen.
- Halten Sie die Lösung im Dunkeln bei Raumtemperatur für mindestens 2 Stunden vor der Verwendung. Vorzugsweise sind die Samen innerhalb einer Woche von der Vorbereitung.
2. Growth-Aufbereitung
- Bereiten 80 mM Ascorbinsäure (C 6 H 8 O 6) durch Zugabe von 140 mg auf 10 mL VE-Wasser.
- Bereiten Sie 10 ml einer konzentrierten Lösung von Goldchlorid (HAuCl 4). Berechnen Sie die Molarität der Lösung. Halten Sie die solution von hell isoliert.
- Es werden 20 ml 50 mM von Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB - C 19 H 42 BRN), indem 364 mg an einem Fläschchen mit 20 ml DI-Wasser. Sofort legen Rührmagnet in die Durchstechflasche und beginnen unter Rühren auf eine warme Platte bei 30 ° C. Nach CTAB Pulver vollständig gelöst und die Lösung wird transparent schalten Sie die Heizung der Platte, aber immer schön rühren bis Schritt 2,7).
- Add-Lösung 1,1) zur Lösung 2,3), um eine endgültige Molarität 4.9x10 -2 mm zu erhalten. Starten einer Zeit (t 2 = 0).
- Bei t 2 = 1 min add-Lösung 2,2) bis 2,4), um eine endgültige Molarität von 0,25 mM zu erhalten.
- Bei t 2 = 2 min 0,1 ml von 2,1) bis 2,5). Die Lösung wird wiederum farblos.
- Bei t 2 = 2 min 20 sec add 0,05 ml 1,8) (silber Samen) bis 2,6). Rühren Sie die Suspension für 15 min. Die Suspension wird zunächst blau und dann braun.
- Bei t 2 = 17 min stoppen Rühren, entfernen Sie die mAgnet und halten Sie die Suspension bei Raumtemperatur für 24 Stunden.
3. Trennung des Goldes nanostars von CTAB für die Bildgebung, Charakterisierung oder Experimente
Hinweis: CTAB kann bei Raumtemperatur kristallisieren. Um die Kristalle aufheizen Goldkolloid auflösen zu 30 ° C oder tauchen Sie das Fläschchen in heißes Leitungswasser, bis die Kristalle auflösen.
- Mit Ultraschall die Suspension 2 min.
- Die Suspension für 5 min bei 730 rcf. Nanostars wird an der Wand des Rohres ansammeln.
- Entfernen Sie so viel von der Suspension mit einer Pipette dabei nicht um die nanostars entfernen.
- Add DI Wasser in die Röhre und beschallen für 2 min.
- Die Suspension für 3 min bei 460 rcf. Die Suspension enthält weniger CTAB, ist daher geringer Zentrifugalkraft benötigt, um die nanostars trennen.
- Wiederholen Sie die Schritte 3,3) und 3,4).
- Add DI-Wasser, die Aussetzung und Zentrifuge für 3 min bei 380 rcf.
- WIEDERHOLT t Schritte 3,3) und 3,4). Die nanostars sind bereit für die Bildgebung, der Spektroskopie oder Experimentieren.
4. Repräsentative Ergebnisse:
Abbildung 1 zeigt Transmissionselektronenmikroskop (TEM)-Bilder der silbernen Samen aufgenommen mit einem JEOL 2010-F TEM. Die Samen haben eine kugelförmige Gestalt und einer durchschnittlichen Größe von 15 nm auf. Gold nanostars abgebildet mit einem Hitachi S-5500 in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Modus. Abbildung 2 zeigt zunehmende Vergrößerung des nanostars mit unserer Methode synthetisiert. Stern geformten Teilchen sind etwa 70% aller Partikel in dem Kolloid. Non-gebildete Sterne erscheinen wie amorphen Clustern Dekaedern und Rauten (nicht dargestellt). Abbildung 3 zeigt einige Einzel Gold nanostars. Die Größe der nanostars reicht von 200 nm bis 300 nm und die Anzahl der Spitzen variieren von 7 bis 10. Wenn der Gold-Nanopartikel synthetisiert durch dieses Verfahren in CTAB verließen sie behalten ihre Form für mindestens 1 Monat nach der Synthese.
e_content "> Wir maßen die Absorptionsspektren der Silber Samen und nanostars mit einem Olis Cary-14-Spektralphotometer. Das Absorptionsmaximum der Samen wurde bei 400 nm, während die Spitze Absorption der nanostars wurde zwischen 800 nm und 850 nm (Abbildung 4 ).
Abbildung 1. Transmissionselektronenmikroskop Bilder von Silber Samen.
Abbildung 2. Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen von Gold nanostars.
Abbildung 3. Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen von einzelnen Gold nanostars.
Abbildung 4. Normierte Absorptionsspektren von Silber Samen (gestrichelte Linie) und Goldnanostars (durchgezogene Linie).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In dieser Arbeit haben wir eine Methode, um Gold nanostars mit Silber Samen synthetisieren vorgestellt. Wir fanden, dass Silber Samen in einer Ausbeute von 70% der Produktion von nanostars geführt. Die nanostars eine Nah-Infrarot-Absorptions-Peak, entsprechend ihrer Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Modus, zwischen 800 nm und 850 nm 7, 23 zentriert. Diese Eigenschaften Eigenschaften ermöglichen es unseren Gold nanostars von Nutzen für biomedizinische Anwendungen 24-26, wie Foto-Thermoablation werden.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den hier erläuterten Verfahren und anderen Methoden ist die Verwendung von Silber Samen statt Gold. Mit Silber Samen Ergebnisse in Gold nanostars mit mehr Tipps und kleinere Kerne. Ein direkter Vergleich der Rendite-Produktionen zwischen den verschiedenen Produktions-Protokolle ist schwierig, da es viele verschiedene Methoden der Nano-Kolloid-Synthese sind. Doch die Methoden, die ähnliche Samen-vermittelte Synthese 27, die eine Ausbeute von 40% zu nutzen, im Vergleich - 50%
Es gibt ein paar wichtige Punkte, die zu berücksichtigen während NANOSTAR Synthese getroffen werden müssen. In der Vorbereitung des Samens Lösung ist Natriumcitrat als Verkappungsmittel verwendet und Natriumborhydrid als Reduktionsmittel verwendet wird. Das Natriumborhydrid ist instabil sowohl in konzentrierten und verdünnten wässrigen Lösungen, so ist es wichtig, bereiten Sie es jedes Mal frisch und verwenden Sie es innerhalb von einer Stunde. Darüber hinaus ist die Reaktion temperaturabhängig daher die Lösung muss kalt sein (Schritt 1.6). Sobald die Samen Lösung ist es wichtig, damit Wasserstoff entweichen, so betonen wir, dass der Container nichtgeschlossen (Schritt 1,7) werden. Das Wachstum Lösung Herstellungsverfahren ist auch zeitkritisch. Zum Beispiel, wenn Verbindungen aus den Schritten 2,5) auf 2,7) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus den Preisen in der beschriebenen Methode werden gemischt, könnten die entstehenden Partikel Kugeln anstelle von Sternen.
Wir möchten den Zweck der einige wichtige Schritte zu klären. In den Wachstumsregionen Lösung Gold wird durch Zugabe von Ascorbinsäure, die durch ihre Ablagerung auf dem silbernen Samen gefolgt wird reduziert. Silbernitrat wird verwendet, um Silberionen, die eine katalysierende Rolle in der Gold NANOSTAR Wachstumsprozess spielen können. CTAB wird angenommen, dass die Verantwortung für anisotropes Wachstum von Gold auf der Oberfläche des Silbers Samen über eine orientierte Anlagerung Mechanismus 29, wo das Gold-Kristalle, die Silber Samen von Adsorbat-Moleküle gebunden zu befestigen. Die anisotrope Wachstum ist langsam, die wird angenommen, dass durch einen thermodynamischen Ungleichgewicht Zustand, ebenso die kinetisch kontrollierten Regime 30 bekannten verursacht werden.
31, 32 ausgerichtet. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Anwendungen hängt davon ab, das Verständnis der chemischen, physikalischen und optischen Eigenschaften von Nano-Kolloide und auch auf die Entwicklung reproduzierbarer Verfahren, um sie zu synthetisieren. Es besteht die Notwendigkeit, nicht nur die Größe, sondern auch die Form der Nanostrukturen steuern, denn es gibt eine wachsende Beweise dafür, dass die besondere Form eines Nano-Kolloid seine Wechselwirkung mit biologischen Systemen 33 bestimmt. Unsere Arbeit fördert die Nutzung der Nanotechnologie im Bereich der biomedizinischen Anwendungen durch die Bereitstellung eines Verfahrens zu hohen Ausbeuten an nanostars mit einem Oberflächen-Plasmon-Resonanz im nahen Infrarot zu erzeugen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation Partnerships für Forschung und Bildung in der Materialwirtschaft (PREM) Grant No DMR-0934218 gefördert. Es wurde auch von Preis Anzahl 2G12RR013646-11 von National Center for Research Resources unterstützt. Der Inhalt ist ausschließlich in der Verantwortung der Autoren und nicht unbedingt die offizielle Meinung des National Center for Research Resources oder die 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 |
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).
