Guld Nanostar Syntes med Silver Seed medierad tillväxthämning Metod

Summary

Vi syntetiseras stjärnformade guld nanostars med ett silver frö metod medierad tillväxthämning. Diametern på nanostars varierar från 200 till 300 nm och antalet tips varierar från 7 till 10. Nanopartiklarna har ett brett ytplasmonresonans läge centrerat i nära infrarött.

Abstract

Den fysiska, kemiska och optiska egenskaper hos nanonivå kolloider beror på deras materialsammansättning, storlek och form ^1-5. Det finns ett stort intresse för att använda nano-kolloider för foto-termisk ablation, drug delivery och många andra biomedicinska tillämpningar ^6. Guld används särskilt på grund av dess låga toxicitet ^7-9. En fastighet av metall nano-kolloider är att de kan ha en stark ytplasmonresonans ^10. Toppen av ytplasmonresonans läge beror på struktur och sammansättning av metallen nano-kolloider. Eftersom ytplasmonresonans läge stimuleras med ljus finns det ett behov av att ha toppen absorbans i en nära infraröda där biologisk vävnad transmissivitet är maximal ^{11, 12.}

Vi presenterar en metod för att syntetisera stjärnformade kolloidalt guld, även känd som stjärnformade nanopartiklar ^13-15 eller nanostars ^16. Denna metod baseras på en såolution innehållande silver frön som används som nucleating agent för anisotropa tillväxt av guld kolloider ^17-22. Svepelektronmikroskop (SEM) analys av den resulterande guld kolloiden visade att 70% av nanostrukturer var nanostars. De övriga 30% av partiklarna var amorfa kluster av decahedra och rhomboids. Absorbansen toppen av nanostars upptäcktes att vara i nära infraröd (840 nm). Således ger vår metod guld nanostars lämplig för biomedicinska tillämpningar, särskilt för foto-termisk ablation.

Protocol

1. Silver frö förberedelse

1. Bered en stamlösning av silvernitrat (AgNO ₃₎ genom att ta en godtycklig massa och blanda det med 10 ml avjoniserat (DI) vatten. Beräkna molaritet av lösningen. Förvara lösningen i en mörk plats för att isolera den från ljus.
2. Lägg till 14,7 mg natriumcitrat tribasisk (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ till 10 ml DI-vatten för att göra en 5 mm lösning. Skaka injektionsflaskan tills pulvret är upplöst.
3. Lägg till 15,1 mg natrium borohydride (NaBH ₄₎ till en annan injektionsflaska med 10 ml av DI-vatten för att göra en 40 mM lösning. Stäng flaskan omedelbart. Skaka försiktigt lösningen för hand och placera den i en bägare med is. Placera bägaren i kylskåpet och starta en timer (T1 = 0). Den nybakade Lösningen kommer att användas i 15 minuter vilket är tillräckligt med tid att kyla ner det.
4. Från stamlösningen av silvernitrat, 1,1), förbereda 10 ml vid 0,25 mm. Placera en omrörning magnet i injektionsflaskan och stkonst omrörning.
5. Tillsätt 0,25 mL av natriumcitrat tribasisk lösning 1,2) till 1,4).
6. Vid t ₁ = 15 min bort den lösning natrium borohydride, 1,3), ur kylskåpet. Med hjälp av en pipett ta 0,4 ml av denna lösning och tillsätt den till 1,5). OBS: Tillsätt i ett enda snabbt drag. Färgen kommer att vända till gul. Rör om lösningen i 5 minuter.
7. Vid t ₁ = 20 min stopp omrörning, ta bort magneten från injektionsflaskan och förvara flaskan på en mörk plats. Stäng inte flaskan.
8. Förvara lösningen i mörker vid rumstemperatur i minst 2 timmar innan du använder. Använd helst fröna inom en vecka från förberedelse.

2. Tillväxt beredning av lösningar

1. Förbered 80 mm av askorbinsyra (C ₆ H ₈ O ₆₎ genom att lägga till 140 mg till 10 ml DI-vatten.
2. Förbered 10 ml av en koncentrerad lösning av guld klorid (HAuCl _4). Beräkna molaritet av lösningen. Håll Våra produktern isolerade från ljus.
3. Förbered 20 ml 50 mm cetyltrimetylammoniumbromid (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BRN) genom att lägga till 364 mg till en flaska med 20 ml DI-vatten. Placera omedelbart en omrörning magnet in i flaskan och börja röra på en varm tallrik vid 30 ° C. Efter CTAB pulvret är helt upplöst och lösningen blir transparent stänga av värmaren av plattan men håll omrörning igenom steg 2,7).
4. Tillsätt 1,1) till lösning 2,3) för att erhålla en slutlig molaritet 4.9x10 ^{-2 mm.} Starta en timer (t ₂ = 0).
5. Vid t ₂ = 1 minut Tillsätt 2,2) till 2,4) för att erhålla en slutlig molaritet 0,25 mm.
6. Vid t ₂ = ₂ minuter tillsätt 0,1 ml 2,1) till 2,5). Lösningen blir färglös.
7. Vid t ₂ = ₂ min 20 sek lägga till 0,05 ml 1,8) (silver frön) till 2,6). Rör om, suspension 15 min. Suspensionen kommer inledningsvis att bli blå och sedan brun.
8. Vid t ₂ = 17 min stopp omrörning, ta bort magnet och hålla suspensionen vid rumstemperatur i 24 timmar.

3. Separera guld nanostars från CTAB för bildkommunikation, karakterisering eller experiment

Obs: CTAB kan kristalliseras vid rumstemperatur. För att lösa upp kristallerna värmer upp guldet kolloid till 30 ° C eller doppa flaskan i varmt kranvatten tills kristallerna löses.

1. Sonikera suspensionen i 2 min.
2. Centrifugera suspensionen i 5 minuter vid 730 RCF. Nanostars kommer att samlas på väggen i röret.
3. Ta bort så mycket av fjädring med en pipett se till att inte ta bort nanostars.
4. Lägg DI-vatten till röret och Sonikera i 2 min.
5. Centrifugera suspensionen i 3 min vid 460 RCF. Suspensionen innehåller mindre CTAB är därför lägre centrifugalkraft som krävs för att separera nanostars.
6. Upprepa steg 3.3) och 3.4).
7. Lägg DI-vatten till fjädring och centrifugera i 3 min vid 380 RCF.
8. Repea T steg 3,3) och 3,4). Den nanostars är klara för avbildning, spektroskopi, eller experiment.

4. Representativa resultat:

Figur 1 visar transmissionselektronmikroskop (TEM) bilder av silver frön avbildas med en JEOL 2010-F TEM. Fröna har en sfärisk form och en genomsnittlig storlek på 15 nm. Guld nanostars är avbildas med en Hitachi S-5500 i svepelektronmikroskop (SEM) läget. Figur 2 visar ökande förstoringar av nanostars syntetiseras med vår metod. Star formade partiklar är ungefär 70% av alla partiklar i kolloid. Icke-formade stjärnor ut som amorfa kluster av decahedra och rhomboids (visas ej). Figur 3 visar flera enda guld nanostars. Storleken på nanostars sträcker sig från 200 nm till 300 nm och antalet tips varierar från 7 till 10. Om guld nanopartiklar syntetiseras av denna metod är kvar i CTAB de behåller sin form under minst 1 månad efter syntes.

e_content "> Vi mätte absorptionsspektra av silver frön och nanostars med en Olis Cary-14 spektrofotometer. Toppen absorption av fröna var på 400 nm, medan den högsta absorptionen av nanostars var mellan 800 nm och 850 nm (Figur 4 ).

Figur 1. Transmissionselektronmikroskop bilder av silver frön.

Figur 2. Svepelektronmikroskop bilder av guld nanostars.

Figur 3. Svepelektronmikroskop bilder av enstaka guld nanostars.

Figur 4. Normaliserad absorptionsspektra silver frön (streckad linje) och guldnanostars (heldragen linje).

Discussion

I detta arbete har vi presenterat en metod för att syntetisera guld nanostars med silver frön. Vi fann att silver frön resulterade i en avkastning på 70% produktionen av nanostars. Den nanostars har ett nära infraröd absorption topp, motsvarande deras ytplasmonresonans läge, centrerat mellan 800 nm och 850 nm ^{7, 23.} Dessa egenskaper egenskaper ger vårt guld nanostars vara till nytta för biomedicinska tillämpningar ^24-26, som foto-termisk ablation.

En stor skillnad mellan metoden beskrivs här och andra metoder är användningen av silver frön istället för guld. Använda silver frön resulterar i guld nanostars med längre tips och mindre kärnor. En direkt jämförelse av avkastningen produktioner mellan olika produktions-protokoll är svårt eftersom det finns många olika metoder för nano-kolloid syntes. Men jämfört med metoder som använder liknande frön-medierad syntes ²⁷ som når en avkastning på 40% - 50% 16, är deras ytplasmonresonans läge flyttas till nära infraröda vilket gör dem mer lämpade för biologiska tillämpningar.

Det finns några viktiga punkter som måste beaktas under nanostar syntes. I beredningen av utsäde lösningen är natriumcitrat används som ett tak agent och natrium borohydride används som reduktionsmedel. Natrium borohydride är instabil både koncentrerad och utspädd vattenlösningar, därför är det viktigt att förbereda den nya varje gång och använder den inom en timme. Dessutom är reaktionen temperaturberoende därför måste lösningen vara kall (steg 1,6). När fröet lösningen är färdig är det viktigt att tillåta väte för att fly, vilket vi understryka att behållaren inte börvara stängd (steg 1,7). Tillväxten Lösningen beredningsprocessen är också dags känslig. Till exempel, om föreningar från steg 2,5) till 2,7) blandas i olika takt från de priser som beskrivs i metoden, kan den resulterande partiklar sfärer istället för stjärnor.

Vi vill tydliggöra syftet med några viktiga steg. I tillväxt lösningen guld är minskas genom askorbinsyra som följs av den överlämnats på silver frön. Silvernitrat används för att ge silverjoner som spelar en katalyserar roll i guld nanostar tillväxt. CTAB tros vara ansvarig för anisotropa tillväxt av guld på ytan av silver frön via en orienterad anslutningsanordningen ²⁹ där guld kristaller fäster vid silver frön bunden av adsorbate molekyler. Den anisotropic tillväxten är långsam, som antas vara orsakad av en termodynamisk ojämvikt tillstånd som kallas den kinetiskt kontrollerade regimen ^30.

31, 32. Ett framgångsrikt genomförande av dessa program beror på att förstå de kemiska, fysikaliska och optiska egenskaper hos nanonivå kolloider och också på att utveckla reproducerbara förfaranden för att syntetisera dem. Det finns ett behov att kontrollera inte bara storleken utan även formen på nanostrukturer eftersom det finns en ökande bevis för att den särskilda formen av en nano-kolloid bestämmer dess interaktion med biologiska system ^33. Vårt arbete framsteg användning av nanoteknik i biomedicinska tillämpningar genom att tillhandahålla en metod för att producera hög avkastning av nanostars med ytplasmonresonans i en nära infraröda.

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