Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Синтез наночастиц оксида марганца путем теплового разложения марганца (II) ацетилацетоната

Published: June 18, 2020 doi: 10.3791/61572
Automatic Translation
1, 1
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, West Virginia University

Summary

Этот протокол подробно поверхностный, один горшок синтеза оксида марганца (MnO) наночастиц путем теплового разложения марганца (II) ацетилацетоната в присутствии олеиламина и дибензил эфира. Наночастицы MnO используются в различных областях применения, включая магнитно-резонансную томографию, биосенсинг, катализ, батареи и очистку сточных вод.

Abstract

Для биомедицинских применений, наночастицы оксида металла, такие как оксид железа и оксид марганца (MnO), были использованы в качестве биосенсоров и контрастных агентов в магнитно-резонансной томографии (МРТ). В то время как наночастицы оксида железа обеспечивают постоянный отрицательный контраст на МРТ по поводу типичных экспериментальных таймфреймов, MnO генерирует переключаемый положительный контраст на МРТ через растворение MnO до Mn2 "при низком рН в эндосомах клеток, чтобы "включить ON" контраст. Этот протокол описывает синтез наночастиц MnO, образованных тепловым разложением ацетилэстоната марганца (II) в олейламине и дибензиловом эфире. Хотя запуск синтеза наночастиц MnO прост, первоначальная экспериментальная установка может быть трудно воспроизвести, если подробные инструкции не предоставляются. Таким образом, стеклянная посуда и трубная сборка сначала тщательно описаны, чтобы позволить другим следователям легко воспроизвести установку. Метод синтеза включает в себя контроллер температуры для достижения автоматизированных и точных манипуляций с желаемым температурным профилем, что повлияет на размер и химию наночастиц. Протокол теплового разложения может быть легко адаптирован для генерации других наночастиц оксида металла (например, оксида железа) и включения альтернативных органических растворителей и стабилизаторов (например, олеиновой кислоты). Кроме того, соотношение органического растворителя к стабилизатору может быть изменено на дальнейшие свойства наночастиц, что показано в настоящем. Синтезированные наночастицы MnO характеризуются морфологией, размером, объемным составом и составом поверхности с помощью электронной микроскопии передачи, рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии Фурье, соответственно. Наночастицы MnO, синтезированные этим методом, будут гидрофобными и должны быть дополнительно манипулированы через лиганд-обмен, полимерную инкапсуляцию или липидное ограничение для включения гидрофильных групп для взаимодействия с биологическими жидкостями и тканями.

Introduction

Наночастицы оксида металла обладают магнитными, электрическими и каталитическими свойствами, которыебыли применены в биоизвечании 1,,2,,3,сенсорных технологиях 4,,5,катализе 6,,7,,8,хранении энергии 9иочистке воды 10. В биомедицинской области, наночастицы оксида железа и оксид марганца (MnO) наночастицы доказали полезность в качестве контрастных агентов в магнитно-резонанснойтомографии (МРТ) 1,2. Наночастицы оксида железа производят надежный отрицательный контраст на T2 иМРТ и являются достаточно мощными, чтобы визуализировать одиночные помеченные клетки in vivo11,12,13; однако негативный сигнал МРТ не может быть модулирована и остается "ON" на протяжении всего срока типичных экспериментов. Из-за эндогенного железа, присутствуют в печени, костном мозге, крови и селезенке, отрицательный контраст, порожденный наночастицами оксида железа может быть трудно интерпретировать. Наночастицы MnO, с другой стороны, реагируют на падение рН. МРТ-сигнал для наночастиц MnO может перейти от "OFF" к "ON" послетого,как наночастицы интернализированы внутри низких эндосом рН и лизосом целевой клетки,таких как раковая клетка 14,15,16,17,18,19. Положительный контраст на T1 МРТ производится от растворения MnO до Mn2 "при низком рН безошибочно и может улучшить специфичность обнаружения рака, только освещая на целевом месте в злокачественной опухоли. Контроль над размером наночастиц, морфологией и составом имеет решающее значение для достижения максимального сигнала МРТ от наночастиц MnO. В этом документе мы описываем, как синтезировать и охарактеризовать наночастицы MnO с помощью метода теплового разложения, и отмечаем различные стратегии тонкой настройки свойств наночастиц путем изменения переменных в процессе синтеза. Этот протокол может быть легко изменен для производства других магнитных наночастиц, таких как наночастицы оксида железа.

Наночастицы MnO были произведены различными методами, включая тепловое разложение20,,21,,22,,23,,24,,25,гидро/солвотермальные26,27,28,29, отшелушиваемые30,31,32,33,34, перманганат сокращения35,36,37,38, и adorption-окисления39,40,41,42. Тепловое разложение является наиболее часто используемым методом, который включает в себя растворение прекурсоров марганца, органических растворителей и стабилизирующими агентами при высоких температурах (180 - 360 градусов по Цельсию) при наличии инертной газенозной атмосферы для формирования наночастицMnO 43. Из всех этих методов, тепловое разложение является превосходным методом для создания различных нанокристаллов MnO чистой фазы (MnO, Mn3O4 и Mn2O3) с узким распределением размеров. Его универсальность подчеркивается за счет способности жестко контролировать размер наночастиц, морфологию и состав, изменяя времяреакции 44,,45,,46,температура 44,,47,,48,,49,типы /коэффициентыреакционирующих 20,,45,,47,48,,50 и инертного газа47,,48,50 используется. , Основными ограничениями этого метода являются потребность в высоких температурах, атмосфера без кислорода и гидрофобное покрытие синтезированных наночастиц, что требует дальнейшей модификации полимерами, липидами или другими лигандами для повышения солуственностибиологических применений 14,,51,,52,,53.

Помимо теплового разложения, гидро/солвотермальный метод является единственным другим методом, который может производить различные фазы MnO, включая MnO, Mn3O4и MnO2; все остальные стратегии формируют только продукты MnO2. Во время гидро/солвотермального синтеза прекурсоры, такие как Mn (II) stearate54,55 и Mn (II)ацетат 27 нагреваются до 120-200 градусов по Цельсию в течение нескольких часов для достижения наночастиц с узким распределением размеров; однако, специализированные сосуды реакции необходимы и реакции выполнены на высоком давлении. В отличие от этого, стратегия отшелушивания включает в себя обработку многослойного или объемного материала для содействия диссоциации в 2D-одиночные слои. Его основным преимуществом является производство нанолистов MnO2, но процесс синтеза долго требует нескольких дней, и в результате размер листов трудно контролировать. Кроме того, перманганаты, такие как KMnO4 может реагировать с уменьшениемагентов, таких как олеевая кислота 56,57,оксид графена 58 или поли(калиламин гидрохлорид) 59 для создания MnO2 наночастиц. Использование KMnO4 облегчает образование наночастиц при комнатной температуре в течение нескольких минут до нескольких часов в aqueous условиях43. К сожалению, быстрый синтез и рост наночастиц затрудняет тонкое управление размером наночастиц. Наночастицы MnO2 также могут быть синтезированы с помощью окисления адсорбции, в результатекоторого ионы Mn 2 'адсорбируются и окисляются до MnO2 кислородом в основных условиях. Этот метод будет производить небольшие наночастицы MnO2 с узким распределением размеров при комнатной температуре в течение нескольких часов в aqueous средствах массовой информации; однако требование для adorption ионов Mn2 "и щелочных условиях ограничивает его широкое применение43.

Из обсуждаемых методов синтеза наночастиц MnO тепловое разложение является наиболее универсальным для генерации различных монодисперсных чистых фазовых нанокристаллов с контролем над размером, формой и составом наночастиц без необходимости специализированного синтеза сосудов. В этой рукописи мы описываем, как синтезировать наночастицы MnO путем теплового разложения при 280 градусах Цельсия с использованием марганцевого (II) ацетилацетоната (Mn(II) ACAC в качестве источника Ионов Mn2 , олеиламина (ОА) в качестве уменьшающего агента и стабилизатора, и дибензилового эфира (DE) в качестве растворителя под азотной атмосферой. Стеклянная посуда и трубная установка для синтеза наночастиц подробно описаны. Одним из преимуществ метода является включение контроллера температуры, термопарного зонда и нагревательной мантии, чтобы обеспечить точный контроль над скоростью нагрева, пиковой температурой и временем реакции при каждой температуре для точной настройки размера и состава наночастиц. В этом случае мы показываем, как размером наночастиц также можно манипулировать, изменяя отношение ОА к DE. Кроме того, мы демонстрируем, как подготовить образцы наночастиц и измерить размер наночастиц, объемный состав и состав поверхности с помощью электронной микроскопии передачи (TEM), рентгеновской дифракции (XRD) и инфракрасной спектроскопии (FTIR) Фурье-трансформируется соответственно. Включены дополнительные рекомендации по анализу собранных изображений и спектров с каждого инструмента. Для генерации наночастиц MnO равномерной формы должен присутствовать стабилизатор и адекватный поток азота; Результаты XRD и TEM показаны для нежелательных продуктов, сформированных при отсутствии ОА и при низком потоке азота. В разделе Обсуждение мы подчеркиваем важные шаги в протоколе, метрики для определения успешного синтеза наночастиц, дальнейшее изменение протокола разложения для изменения свойств наночастиц (размер, морфология и состав), устранение неполадок и ограничения метода, а также применение наночастиц MnO в качестве контрастных агентов для биомедицинской визуализации.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Сборка стеклянной посуды и труб – будет выполнена только в первый раз

ПРИМЕЧАНИЕ: Рисунок 1 показывает экспериментальную установку для синтеза наночастиц MnO с пронумеровавными соединениями труб. Рисунок S1 показывает ту же установку с основными компонентами стеклянной посуды помечены. Если есть несоответствие между химической устойчивостью трубки и размер стеклянной связи, покрыть стеклянную связь сначала с коротким куском меньше труб, прежде чем добавить химически устойчивые трубки, чтобы сделать соединения уютно.

  1. Защитите без воздуха азотный бак к стене рядом с химическим дымом капот с помощью утвержденных ремешок ограничения. Добавьте в бак соответствующий регулятор азота.
    ВНИМАНИЕ: Газовые баллоны должны быть должным образом защищены, поскольку они могут быть очень опасны, если опрокинуты.
  2. Заполните колонку сушки газа с desiccant. Прикрепите химически устойчивые трубки от регулятора азота без воздуха к нижней входу газовой сушильной колонки (#1 на рисунке 1).
  3. Безопасные стекла многообразия, содержащие по крайней мере 2 розетки стопкокс в верхней части капота дыма с помощью двух металлических когтей зажимы. Прикрепите химически устойчивые трубки от выхода из колонки сушки газа (#2 на рисунке 1) к входу многообразного (#3 на рисунке 1).
  4. Место и обеспечить 3 пузырьков минерального масла в капот дыма с использованием металлических зажимов коготь в соответствии с рисунком 1. Положите два пузырей влево и один пузырь справа.
  5. Заполните левый пузырь (#9 на рисунке 1) с самым маленьким количеством силиконового масла (1 дюйм масла со дна пузыря). Заполните средний пузырь (на #7,8 на рисунке 1) со средним количеством силиконового масла (1,5 дюйма масла со дна пузыря). Заполните правый пузырь (#11 на рисунке 1) с большим количеством силиконового масла (2 дюйма масла со дна пузыря).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Относительное количество силиконового масла между минеральными пузырьками очень важно для достижения соответствующего потока без воздуха азотного газа через систему. Не добавляйте слишком много масла (более 2,5 дюйма), так как масло будет пузыриться во время реакции и может выйти из пузырей, если переполнены.
  6. Подключите розетку на правом стопкоке многообразного (#4 на рисунке 1) крезьбовому концу адаптера стеклянного локтя (#5 на рисунке 1)с использованием химически устойчивых труб.
  7. Прикрепите резьбовой конец другого стеклянного локтя адаптер (#6 на рисунке 1) к входу среднего пузыря (#7 на рисунке 1) с использованием химически устойчивых труб. Подключите розетку среднего пузыря (#8 на рисунке 1) к входу в левый пузырь (#9 на рисунке 1) с использованием химически устойчивых труб.
  8. Соедините розетку на левом стопкоу многообразного (#10 на рисунке 1)к входу правого пузыря (#11 на рисунке 1).
  9. Оставьте предварительную установку в капоте дыма, если пространство вмещает. Закрепить два стеклянных локтя адаптеры с трубами прилагается (#5,6 на рисунке 1) к металлической решетки в дым капот, когда эксперимент не работает.

2. Установка оборудования и стеклянной посуды – будет проводиться во время каждого эксперимента

ВНИМАНИЕ: Все шаги, связанные с растворителями требуют использования химического дыма капот, а также надлежащее личное защитное оборудование (PPE), включая защитные очки, лабораторное пальто и перчатки. Установка изготовления наночастиц должна быть собрана в дымовой капот.

  1. Поместите пластину перемешать в капот дыма и положить нагревательной мантии на верхней части пластины перемешать.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Нагревательный мантии должны быть в состоянии выдерживать температуру выше 300 градусов по Цельсию.
  2. Положите 4 шеи 500 мл круглой нижней колбы на нагревательной мантии и обеспечить среднюю шею с металлическим когтем зажим. Добавьте магнитную полосу перемешивания в круглую нижнюю колбу. Поместите стеклянную воронку в среднюю шею круглой нижней колбы.
  3. Проверьте многообразие: убедитесь, что стопкок безопасности (#10 на рисунке 1) и входной стопкок (#4 на рисунке 1) открыты.
    ВНИМАНИЕ: Стопкок безопасности должен быть открыт в все времена, чтобы гарантировать, что никакого давления не строится в системе. Если стопкок закрыт, может произойти взрыв.
  4. Взвесить 1,51 г ацетилацетоната марганца (II) и поместить внутрь круглой нижней колбы с помощью стеклянной воронки.
  5. Добавьте 20 мл олейламина и 40 мл дибензилового эфира в круглую нижнюю колбу с помощью стеклянной пипетки и стеклянной воронки. Удалите воронку и очистите ее гексаном.
    ВНИМАНИЕ: Эксперимент можно масштабировать (например, в 2 раза), но рекомендуется быть консервативным при использовании любых больших количеств реакционцев. Большее количество реакционирующих средств может привести к тому, что реакция станет менее стабильной и, следовательно, опасной.
  6. Прикрепите конденсатор к левой шее круглой нижней колбы и закрепите конденсатор металлическим когтем. Добавьте стеклянный адаптер локтя (#6 на рисунке 1) поверх конденсатера.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Адаптер должен быть связан с химически устойчивыми трубами к среднему пузырьку минерального масла (#7 на рисунке 1).
  7. Подключите воду совместимые трубки от розетки носик в капоте дыма (#12 на рисунке 1) к входу конденсатор (#13 на рисунке 1). Также используйте воду совместимые трубки для подключения розетки конденсатор (#14 на рисунке 1) для стока в капоте дыма (#15 на рисунке 1). Закрепните трубки к конденсаторным соединениям (#13,14 на рисунке 1) с взаимосвязанными зажимами из металлического шланга червя.
  8. Добавьте ротовап-ловушку к правой шее круглой нижней колбы. Поместите стеклянный адаптер локтя (#5 на рисунке 1) поверх ловушки ротовап.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Адаптер должен быть связан с химической устойчивостью трубки в правой стопкок многообразия розетки (#4 на рисунке 1).
  9. Прикрепите резиновую пробку к средней шее круглой нижней колбы и сложите ее так, чтобы стороны покрываем шею колбы. Добавьте пластиковые конические суставные зажимы (4 зеленых зажима на рисунке 1), чтобы обеспечить следующие соединения стеклянной посуды шеи: локоть адаптер и ротовап ловушку, ротовап ловушку и круглую нижнюю колбу, круглую нижнюю колбу и конденсатор, и конденсатор и локоть адаптер.
  10. Поместите температурный зонд в малейшей шее в круглой нижней колбе, затягивая и обеспечивая зонд крышкой шеи и o-кольцом. Печать связи с парафиновой пластиковой пленкой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что температурный зонд погружается в жидкость смеси, но не касается нижней части стекла. Если зонд находится в контакте с поверхностью стекла, измеренная температура будет неточной по сравнению с истинной температурой жидкости, что приведет к тому, что контроллер температуры обеспечит неправильное количество тепла для реакции.
  11. Подключите температурный зонд к входу контроллера температуры. Подключите нагревательное мантию к выходу контроллера температуры.
  12. Включите тарелку перемешать и начать энергично помешивая.
  13. Откройте резервуар с азотом без воздуха и медленно начните поступать азот в систему (это снимет воздух). Отрегулируйте поток азота с помощью регулятора до тех пор, пока устойчивый медленный поток пузырьков не сформируется в среднем пузыре минерального масла (#7 на рисунке 1).
  14. Включите холодную воду в капоте дыма (#12 на рисунке 1) к конденсатору и убедитесь, что вода не протекает из труб.
  15. Положите пояс дыма капот вниз, прежде чем реакция начинается.

3. Синтез наночастиц

  1. Включите контроллер температуры (питание и теплоснабжение), чтобы начать реакцию. Наблюдайте и записывайте цвет реакционной смеси на каждом этапе. Реакция начнется как темно-коричневый цвет в этапах от 1 до 3 и станет зеленым во время этапа 4.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Каждый контроллер температуры будет работать по-разному. Убедитесь в том, чтобы использовать правильное руководство и программу.
  2. Этап 1: Наблюдайте за дисплеем контроллера температуры, чтобы подтвердить повышение температуры от комнатной температуры до 60 градусов по Цельсию в течение 30 минут.
  3. Этап 2: Убедитесь, что контроллер температуры стабилизируется при температуре 60 градусов по Цельсию в течение 1 мин, как он готовится к более быстрой скорости нагрева на этапе 3.
  4. Этап 3: Проверьте дисплей контроллера температуры, как температура поднимается до 280 градусов по Цельсию при температуре 10 градусов по Цельсию в минуту в течение 22 мин. Убедитесь, что поток воды через конденсатор достаточен, так как смесь начнет испаряться на этом этапе.
  5. Этап 4: Подтвердите, что контроллер температуры отображает постоянную температуру реакции 280 градусов по Цельсию в течение 30 минут. Наблюдайте изменение цвета реакции на зеленый тон, что указывает на образование MnO. Как только реакция достигает 280 градусов по Цельсию, выключите бак азота и закройте правый стопкок для внушения реакции на многообразие (#4 на рисунке 1).
    ВНИМАНИЕ: Держите стопкок безопасности (#10 на рисунке 1) открытым.
  6. Этап 5: Проверьте дисплей контроллера температуры, чтобы убедиться, что отопление автоматически останавливается. Держите температурный зонд внутри (не откройте круглую нижнюю колбу) и подождите, пока температура достигнет комнатной температуры, чтобы продолжить сбор наночастиц.
    ВНИМАНИЕ: Колба будет очень жарко. Теплостойкие перчатки следует носить, чтобы удалить нагревательной мантии, если более быстрая скорость охлаждения желательно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.

4. Коллекция наночастиц

  1. Выключите контроллер температуры, тарелку для перемешивания и холодную воду. Удалите воду совместимые трубки из конденсатор, водяной кран в капоте дыма и стока. Удалите все пластиковые конические зажимы из соединений стеклянной посуды.
  2. Удалите стеклянные адаптеры локтя из ловушки ротовап (#5 на рисунке 1)и конденсатор (#6 на рисунке 1). Закрените адаптеры локтя к металлической решетке в капюшоне, чтобы использовать для будущего эксперимента.
  3. Отсоедините конденсатор и ротовап ловушку от круглой нижней колбы и промыть внутренности конденсатор и ротовап ловушку с шестиугольником.
  4. Удалите резиновую пробку и температурный зонд, и очистить с 70% этанола.
  5. Налейте раствор наночастиц MnO из круглой нижней колбы в чистый стакан 500 мл. Используйте шестиугольника (5 мл), чтобы промыть круглую нижнюю колбу и добавить шестиугольника с остаточными наночастицами MnO в стакан 500 мл.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Hexane будет повторно MnO наночастиц в то время как 200 доказательство этанола будет выступать в качестве выжидающих агента.
  6. Обратите внимание на текущий объем смеси наночастиц MnO. Добавьте 200 доказательств этанола в смесь наночастиц MnO, используя соотношение объема 2:1 (например, добавьте 150 мл этанола, если смесь наночастиц составляет 75 мл).
  7. Налейте смесь наночастиц в равной степени в четыре центрифуг трубки, около 3/4 полной. Винт на соответствующие колпачки. Проверьте, чтобы убедиться, что уровни жидкости сбалансированы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Любая дополнительная смесь наночастиц будет добавлена в трубки на следующем раунде центрифугации.
  8. Центрифуга наночастиц в течение 10 мин при 17400 х г при 10 градусов по Цельсию.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Более длительные сроки центрифугации и/или более высокие скорости центрифугации могут быть использованы для увеличения сбора меньших фракций наночастиц, но агрегация наночастиц может быть увеличена.
  9. Отбросьте супернатант в стакан отходов, будьте осторожны, чтобы не беспокоить гранулы. При необходимости используйте перенесите пипетку для сбора супернатанта.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это нормально для ранних раундов центрифугации производить коричневый цвет супернатанта. Супернатант должен быть коричневым и ясным, но не облачным. Любая облачность указывает на то, что наночастицы все еще присутствуют в супернатанте. Если супернатант облачный, центрифуга трубки снова, прежде чем отказаться от супернатанта; центрифугирование снова уменьшит потерю синтезированных наночастиц, но может вызвать больше агломерации.
  10. Добавьте 5 мл шестиугольника и любой дополнительный раствор наночастиц, оставленный каждой центрифуге, содержащей гранулы наночастиц MnO. Повторное использование наночастиц с помощью звукового ванны и/или вихря. Продолжайте до тех пор, пока раствор не станет мутным и гранулы не исчезнут, что указывает на успешное повторное успение наночастиц.
  11. Добавить еще 200 доказательство этанола в центрифуги труб до 3 / 4 полной.
  12. Повторите шаги 4.8-4.10. Затем объединить перерасход наночастиц из четырех труб центрифуг в две центрифуги труб. Далее повторите шаг 4.11.
  13. Повторите шаги 4.8-4.10 еще раз, что сделает в общей сложности три моет с шестиугольной и 200 доказательство этанола. Не добавляйте 200 доказательств этанола в центрифуги труб.
  14. Объедините и перенесите наночастицы MnO, повторно засыпываемые в шестиугольниках, в предварительно набивной стеклянный сцинтилляционный флакон 20 мл. Оставьте крышку флакона, чтобы шестиугольный испаряться на ночь в дым капот.
  15. На следующий день перенесите обнаруженный стеклянный сцинтилляционный флакон, содержащий наночастицы, в вакуумную печь. Держите крышку для флакона в безопасном месте за пределами духовки. Высушите наночастицы при 100 градусов по Цельсию в течение 24 часов.
  16. После того, как наночастицы высушиваются, используйте шпатель, чтобы разбить порошок внутри флакона. Взвесь флакон, содержащий высушенные наночастицы MnO и вычесть известный вес флакона сцинтилляции стекла, чтобы определить выход наночастиц.
    ВНИМАНИЕ: Сушеные наночастицы могут легко стать воздушно-капельным путем и должны обрабатываться персоналом с помощью частиц респиратора, таких как N95 или P100.
  17. Храните наночастицы при комнатной температуре внутри стеклянного сцинтилляционного флакона с крышкой. Оберните крышку парафиновой пластиковой пленкой.

5. Размер наночастиц и морфология поверхности (TEM)

  1. Распылить наночастицы MnO в тонкий порошок с помощью раствора и пестика.
  2. Добавьте 5 мг наночастиц MnO в коническую центрифугу 15 мл трубки. Добавьте 10 мл 200 доказательств этанола.
    ПРИМЕЧАНИЕ: 200 доказательство этанола быстро испаряется, чтобы получить более однородное распространение наночастиц на сетке TEM. Другой растворитель может иметь лучшую подвеску наночастиц, но потребуется больше времени, чтобы испаряться, и из-за поверхностного напряжения, наночастицы будут накапливаться на границах сетей TEM.
  3. Ванна sonicate наночастицы смеси в течение 5 мин или до полного повторного получения наночастиц.
  4. Сразу же после повторного получения, добавить три 5 йл капли наночастицы смеси на 300 сетки медной сетки поддержки пленки углерода типа B. Дайте воздуху высохнуть.
    1. Используйте обратный пинцет для облегчения подготовки образца. Распоить сетку на пинцете с темной стороной вверх перед добавлением капель, содержащих наночастицы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сетки хрупкие, поэтому будьте осторожны, чтобы не согнуть и повредить сетки для лучшего изображения. После высыхания сетки должны храниться внутри коммерчески доступных коробок для хранения сетки TEM для защиты.
  5. Оцените форму и размер наночастиц с помощью электронной микроскопии передачи (TEM). Примените типичные параметры для TEM, включая силу луча 200 кВ, размер пятна 1 и увеличение в 300 раз.
  6. Сбор изображений на участках сетки, где равномерно распределено достаточное количество наночастиц (10 - 30 наночастиц). Избегайте областей, содержащих агрегации наночастиц, так как точный размер не может быть сделан, если наночастицы не заметно разделены.
    1. Области изображения из разных квадратов сетки, чтобы обеспечить равномерное распределение. Для оптимального распределения размеров возьмите от 25 до 30 изображений из каждого образца, чтобы получить достаточный размер выборки.

6. Количественный анализ диаметра наночастиц

  1. Чтобы проанализировать изображения TEM с помощью ImageJ, сначала откройте одно из изображений, нажав на файл Открыто. Выберите нужное изображение и нажмите Open.
  2. Чтобы откалибровать измерение расстояния в ImageJ от пикселей до нанометров, сначала нажмите на инструмент прямой линии. Удерживайте клавишу Shift и отслеживай длину бара масштаба. Затем щелкните Анализ Установить шкалу.
  3. В всплывающем окне Set Scale ввемите истинное измерение бара масштаба в поле Известного расстояния (например, тип 50, если планка шкалы составляет 50 нм). Измените единицу длины на соответствующие единицы (например, тип нм для нанометров). Проверьте глобальную коробку, чтобы сохранить шкалу последовательной во всех изображениях, и нажмите OK.
  4. После установки шкалы используйте инструмент прямой линии для отслеживания диаметра наночастиц. Затем щелкните Анализ Измерьте или щелкните клавиши Ctrl-M.
  5. Ищите всплывающее окно результатов, чтобы появиться с разной информацией об измерении. Подтвердите, что столбец длины присутствует, так как он обеспечит диаметр наночастиц с единицами, указанными во время шага 6.3.
  6. Повторите шаг 6.4 до тех пор, пока все наночастицы на изображении не будут размером. Чтобы перейти к следующему изображению, нажмите файл Откройте Следующий, или Ctrl-Shift-O ключей.
  7. После того, как все наночастицы размером во всех изображениях, перейдите к окну Результаты и нажмите файл Сохранить как. Переименуй файл результатов и нажмите Сохранить. Просмотр и анализ всех диаметров наночастиц в программе электронной таблицы после импорта файла результатов.

7. Наночастицы объемный состав (XRD)

  1. Если не сделано во время шага 5.1, распыляйте наночастицы MnO в тонкий порошок с помощью раствора и пестика. Поместите мелкий порошок наночастиц в держатель образца с помощью шпателя. Следуйте процедуре загрузки образцов, указанной для использования рентгеновского аппарата дифракции (XRD).
  2. Определите объемный состав наночастиц MnO с помощью XRD. Соберите спектры XRD в диапазоне от 2θ до 110 градусов для просмотра пиков MnO (от 30 до 90 градусов) и Mn3O4 (от 15 до 90 градусов).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Другие параметры настройки, рекомендованные для XRD являются размер шага 0,05 с, луч маска 10 мм, и время шага сканирования 64,77 с.
  3. Сохранить сгенерированные . XRD файл и открыть его в программе анализа XRD.

8. Анализ спектров XRD

  1. В программе анализа XRD определите все основные пики измеренного спектра XRD образца, нажав на кнопку IdeAll в программном обеспечении.
  2. Чтобы сохранить данные, выберите Файл на панели инструментов, а затем Сохранить как ..., чтобы сохранить данные в качестве файла ASC, который может быть открыт с электронной таблицей программы.
  3. Используйте программу, чтобы сопоставить базу данных XRD известных соединений, чтобы найти наилучший состав, сотонный для образца. Чтобы сузить поиск, укажите ожидаемые соединения (например, марганец и кислород).
    1. Чтобы шаблон соответствовал спектру, выберите Анализ Поиск и матч. Во всплывающем окне выберите Химию и нажмите на нужные химические элементы, чтобы ограничить поиск программы на основе образца.
    2. После того, как все элементы выбраны, выберите Поиск. Подождите, пока появится список химических составов, соответствующих спектру XRD.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Программа обеспечит вероятность того, что известные спектры XRD соответствуют составу образца. Если выбрать две или более композиций, программа даст процент композиции каждого из них (например, MnO против Mn3O4).
  4. При желании удалите фон из спектра XRD, нажав кнопку Fit Background Equation 1 (). Затем щелкните фон во всплывающем окне, а затем вычесть. Подтвердите, что спектр появляется, начиная с 0 на оси y.
    1. Сохранить данные снова без фона, как показано в шаге 8.2.
  5. При построении спектра XRD, показать характерные пики каждого соответствует соединения (например, MnO и Mn3O4).
    1. Чтобы получить список характерных пиков для совещеных соединений из базы данных, сначала нажмите правой кнопкой мыши на спектре шаблона, а затем выберите Шаблон Show. Подождите, пока всплывающее окно появится со всей пиковой информацией, соответствующей выбранному шаблону.
    2. Выберите, скопировать и вставить нужную информацию из этого соединения и навеять характерные пики с измеренным спектром XRD в программе электронной таблицы.

9. Состав поверхности наночастиц (FTIR)

  1. Добавьте сухой порошок наночастиц MnO в держатель образца для анализа инфракрасной спектроскопии Fourier-transform (FTIR).
  2. Оцените химию поверхности наночастиц с помощью FTIR. Соберите спектры FTIR между диапазоном длин волн от 4000 до 400см -1 с разрешением 4см -1.
  3. Очистите держатель образца FTIR и добавьте жидкий олейламин. Повторите шаг 9.2.

10. Анализ спектра FTIR

  1. В программе анализа FTIR удалите фон из собранного спектра FTIR, выбрав Преобразования в меню высадки, а затем Baseline Correct. Выберите Linear в качестве типа коррекции.
  2. Используйте левый щелчок мыши, чтобы выбрать базовые точки на исходном спектре. После завершения, сохранить спектр под другим именем, выбрав Добавить или заменить старый спектр, выбрав заменить.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фоновая коррекция может повысить распространенность более слабых пиков ftIR интереса.
  3. Для экспорта спектра FTIR сначала выберите конкретный спектр из списка. Затем нажмите файл на панели инструментов, а затем экспортный спектр.
  4. Выберите формат файла csv из окна Save As и нажмите Сохранить. Откройте и на графике csv файл с помощью программы электронной таблицы.
  5. Сравните приобретенную наночастицу MnO с спектрами олейламин FTIR, как описано в разделе Результаты представителя для оценки наночастиц, укупорки олеиламина.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Чтобы подтвердить успешный синтез, наночастицы MnO должны быть анализированы на размер и морфологию (TEM), объемный состав (XRD) и состав поверхности (FTIR). На рисунке 2 показаны репрезентативные изображения наночастиц MnO, синтезированных с использованием уменьшающиеся соотношения олеиламина (ОА, стабилизатор) к дибензиловому эфиру (DE, органический растворитель): 60:0, 50:10, 40:20, 30:30, 20:40, 10:50. Идеальные изображения TEM состоят из отдельных наночастиц (показанных как темные округлые восьмиугольники на рисунке 2),с минимальным перекрытием. Очень важно добиться адекватного разделения наночастиц для точного ручного размера диаметров наночастиц с помощью инструмента трассировки линии в ImageJ.

На рисунке 3 показана неоптимальная подготовка образца TEM. Если высокая концентрация наночастиц MnO приостановлена в этаноле или слишком много капель наночастиц подвески добавляются в сетку TEM, каждое изображение будет состоять из больших агломераций наночастиц (рисунок 3A,B). Из-за существенного перекрытия наночастиц нельзя различить пределы диаметра каждого наночастица, что препятствует точному измерению. Если низкая концентрация наночастиц готовится в этаноле, наночастицы могут быть хорошо разделены, но распределены редко на сетке TEM(рисунок 3C,D). Когда только одна или две наночастицы появляются на каждом изображении TEM, необходимо сделать больше изображений, чтобы получить достаточно большой размер выборки, и полноразмерное распределение не может быть точно захвачено. Протокол подготовки TEM, описанный в настоящем, направлен на создание изображений TEM с примерно 10-30 наночастицами на изображение (больше наночастиц может быть размещено на изображение, если диаметр небольшой).

TEM может быть использован для оценки изменений размера наночастиц с изменением параметров синтеза. На рисунке 4 показаны средние диаметры наночастиц MnO, синтезированные с уменьшением соотношения OA:DE. Диаметры для каждого состояния синтеза были количественно определены от 75 до 90 изображений TEM, в общей сложности от 900 до 1100 наночастиц MnO, проанализированных в каждом состоянии. Для обеспечения воспроизводимости для каждого соотношения OA:DE было синтезировано 3 партии наночастиц. В целом, снижение соотношения OA:DE дало меньшие наночастицы MnO с меньшими различиями в размерах; единственное исключение произошло, когда только ОА была использована во время синтеза, который производил наночастицы аналогичного размера к соотношению 30:30. Гистограммы, показывающие полный размер распределения всех групп наночастиц MnO отображаются на рисунке S2.

После подтверждения размера наночастиц и морфологии с помощью TEM, объемный состав наночастиц может быть протестирован с помощью XRD. Благодаря измерению угла и интенсивности рентгеновского луча, диффрактного образцом, XRD может быть использован для определения кристаллической структуры и фазы наночастиц. На рисунке 5A-F показаны необработанные собранные спектры XRD для каждого синтезированного образца наночастиц MnO с уменьшением соотношения OA:DE. Пики XRD, полученные на спектральных образцах, совпадают с пиками XRD из известных соединений, таких как MnO и Mn3O4, через базу данных программы анализа XRD. Стандартные пики для MnO отображаются на уровне 35 , 40 , 58 ", 70 ", 73" и 87 ", которые показаны на рисунке 5G. Сравнивая спектры наночастиц XRD с известными MnO, очевидно, что все спектры наночастиц обладают 5 самыми высокими пиками MnO, что указывает на успешный синтез наночастиц MnO. XRD также может быть использован для оценки размера наночастиц с помощью уравнения Шеррера; более широкие пики на XRD указывают на меньшие диаметры наночастиц. Например, рисунок 5F с самыми широкими пиками XRD связан с самыми маленькими наночастицами, как показано на TEM (18,6 и 5,5 нм).

На рисунке 6 показаны спектры XRD двух нежелательных продуктов в синтезе наночастиц MnO. Для поощрения формирования фазы MnO при высоких температурах (280 oC), азот используется во время синтеза наночастиц для очистки воздуха из системы. При недостаточном потоке азота смешанный фазовой состав Mn3O4 (51%) и MnO (49%) производится(рисунок 6A). По сравнению со стандартными пиками Mn3O4 (рисунок 6C) и MnO(рисунок 6D),низкий поток азота производит спектры XRD с 8 самыми высокими пиками для Mn3O4 и 5 самыми высокими пиками для MnO. TEM наночастиц, синтезированных при низком потоке азота, выявил смешанную популяцию крупных наночастиц, окруженных более мелкими наночастицами(рисунок 6E). Поток азота можно контролировать с помощью показаний регулятора азота и скорости пузырьков через пузырьки минерального масла. Другим важным параметром синтеза наночастиц MnO является включение стабилизатора. В попытке произвести еще меньше MnO наночастиц, чем 10:50 OA:DE соотношение, чистый DE был использован без каких-либо ОА. При отсутствии стабилизатора синтезировалось очень небольшое количество неизвестного порошка. Как показано на рисунке 6B, спектры XRD для соотношения 0:60 OA:DE были шумными и содержали 3 самых высоких пика Mn3O4. Из анализа в базе данных программы XRD, соединение имело химический состав 67% Mn3O4 и 33% MnO. При поддержке широких пиков в спектрах XRD, TEM подтвердил, что очень маленькие наночастицы были синтезированы в отсутствие стабилизатора(рисунок 6F). Наночастицы также появились неправильной формы и агломерации. Кроме того, только 33% выход был получен без каких-либо стабилизатор, а это означает, что небольшое количество продукта было синтезировано. Поэтому для синтеза наночастиц MnO необходим высокий поток азота и включение стабилизатора, такого как ОА или олеиновая кислота.

В дополнение к составу объемных наночастиц с XRD, состав поверхности может быть оценен с помощью FTIR. На рисунке 7 показаны спектры FTIR наночастиц MnO после фоновой коррекции. Все спектры показывают симметричные и асимметричныепики CH 2 (2850-2854 и 2918-2926 см-1,отмеченные звездочками), связанные солеил группами 60, в дополнение к NH2 изгиб вибрации пиков (1593 см-1 и 3300 см-1, отмеченные квадратами), связанные с амингрупп 61. Поскольку наночастицы MnO имеют одинаковые пики для групп олеила и амина, присутствующих в спектрах FTIR ОА(рисунок S3), можно сделать вывод, что наночастицы покрыты поверхностным слоем ОА. Кроме того, все наночастицы FTIR спектра содержат Mn-O и Mn-O-Mn вибрации связи около 600 см-1 (отмечены треугольниками), которые подтверждают состав, найденный через XRD62.

Figure 1
Рисунок 1: Азот и вода протекают через установку синтеза наночастиц MnO.
Трубные соединения помечены 1-15. Без воздуха азот входит (1) и выходит (2) в сушильный столб и подается в вход многообразного (3). Во время реакции азот очищает воздух от системы, введя правый стоп-кок на многообразии (4). Азот течет от стопкока к адаптеру локтя стекла (5), ловушке ротовап, круглой нижней колбе, конденсатору, адаптеру стеклянного локтя (6) и через серию из двух пузырьков минерального масла (7-9). В многообразии избыток азота, не протекающий через реакцию, оставит систему через левый стопкок (10), который соединен с пузырьком минерального масла с большим количеством силиконового масла (11). Стопкок #10 всегда оставаться открытым. Вода будет течь из крана (12) через конденсатор вход (13) и розетки (14) и в дым капот стока (15). Трубка закреплена на конденсаторе металлическими зажимами. Все трубки должны быть химически устойчивыми трубами, за исключением воды совместимых труб, используемых для конденсатор. Основная стеклянная посуда и оборудование помечены на рисунке S1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: TEM изображения наночастиц MnO синтезируется с уменьшением соотношения OA:DE.
Были использованы следующие соотношения: (A) 60:0,(B) 50:10,(C) 40:20, (D) 30:30,(E) 20:40, (F) 10:50. Наночастицы MnO отображаются как отдельные, округлые восьмиугольные отговорки с минимальным перекрытием, позволяющие четко разграничить границы наночастиц. Коэффициент реакции наблюдался, чтобы повлиять на общий размер наночастиц, с 50:10 синтезировать крупнейшие наночастицы и 10:50 производства самых маленьких наночастиц. Шкала баров составляет 50 нм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Неоптимальные изображения TEM в результате неправильной подготовки сетки TEM.
(A,B) Если подвеска наночастиц слишком концентрированна или если избыточные капли подвески наночастиц загружаются на сетку TEM, наночастицы будут агрегироваться в большие массы со значительным перекрытием. Отдельные наночастицы не могут наблюдаться в большинстве областей сетки. (C,D) Кроме того, низкая концентрация наночастиц может привести к тому, что сетки TEM будут заполнены скудным количеством наночастиц. Отдельные наночастицы разбросаны далеко друг от друга, но требуют дополнительных изображений для захвата распределения размера выборки. Шкала баров составляет 50 нм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Средние диаметры наночастиц MnO, измеренные на изображениях TEM.
В целом, меньшее количество стабилизатора (ОА) с большим количеством органического растворителя (DE) привело к меньшему, более равномерному наночастицу MnO. В общей сложности от 900 до 1100 диаметров наночастиц были рассчитаны на изображениях TEM с использованием инструмента отслеживания линии в ImageJ для каждой группы. Бары ошибок показывают стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: XRD спектры наночастиц MnO синтезируется с уменьшением соотношения OA:DE.
Были использованы следующие соотношения: (A) 60:0,(B) 50:10,(C) 40:20, (D) 30:30,(E) 20:40, (F) 10:50. (G)Стандартные пики дифракции для MnO показаны из базы данных программы анализа XRD. Все производимые наночастицы обладают 5 пиками высокой интенсивности XRD для MnO, что свидетельствует об успешном синтезе наночастиц MnO. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 6
Рисунок 6: XRD спектры и TEM изображения нежелательных наночастиц.
Спектры XRD показаны для синтеза наночастиц MnO сиспользованием( A ) низкого потока азота и (B) соотношение 0:60 OA:DE (стабилизатора нет). Стандартные пики дифракции для (C) Mn3O4 и (D) MnO отображаются из базы данных программы анализа XRD. По сравнению со стандартными спектрами,неадекватный поток азота (A)создал наночастицы со смесью Mn3O4 (51%) и MnO (49%). При отсутствии олейламина(B)получается более широкий спектр XRD, который соответствует 3 самым высоким пикам Mn3O4. На основе анализа, выполненного базой данных программы XRD, эти синтезированные наночастицы 67% Mn3O4 и 33% MnO. Наночастицы TEM ,синтезированныес низким потоком азота, показывают большие наночастицы, окруженные более мелкими. TEM изображения (F) наночастицы синтезируются с 0:60 соотношение OA:DE дисплей очень малых агрегированных наночастиц с неправильной формы. Шкала баров составляет 50 нм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 7
Рисунок 7: FTIR спектры наночастиц MnO синтезируется с уменьшением соотношения OA:DE.
Были использованы следующие соотношения: (A) 60:0,(B) 50:10,(C) 40:20, (D) 30:30,(E) 20:40, (F) 10:50. Звездочки и квадраты соответствуют олеил-группам и группам аминов, соответственно, в то время как треугольники указывают на вибрацию облигаций Mn-O и Mn-O-Mn. Коробоные вставки подчеркивают два различных пика олеил групп. Спектры FTIR показывают, что наночастицы MnO покрыты олейламином, что подтверждается сравнением с спектром олейламина только FTIR на рисунке S3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок S1: Основная стеклянная посуда и оборудование установки синтеза наночастиц MnO. Многообразие закреплено на металлической решетке металлическими зажимами когтей и рассеивает азот в реакцию. Mn(II) ACAC, дибензил эфир, олейламин и перемешать бар добавляются в круглую нижнюю колбу с четырьмя шеями. Правая шея колбы крепится к ловушке ротовап и адаптеру локтя, а левая шея крепится к конденсатору и адаптеру локтя. Средняя шея круглой нижней колбы покрыта резиновой пробкой. Температурный зонд вставляется в самое маленькое отверстие круглой нижней колбы и окружен о-кольцом и парафиновой пластиковой пленкой для формирования герметичного уплотнения. Круглая нижняя колба сидит на верхней части нагревательной мантии и пластины для перемешивания, чтобы энергично вызвать реакцию при нагревании. Температурный зонд и нагревательное мантии подключены к контроллеру температуры, чтобы обеспечить автоматическое регулирование температурного профиля в режиме реального времени. Круглая нижняя колба и конденсатор закреплены на металлической решетке металлическими зажимами. Есть три пузырьков минерального масла, два слева и один справа, наполненный все большее количество силиконового масла от левого пузыря до правого пузыря на изображении. Пузыри также прикреплены к металлической решетке с зажимами когтей. Зеленые пластиковые конические суставные зажимы прикрепляются к защищенным соединениям стеклянной посуды до начала реакции. Соединения труб подробно описаны на рисунке 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту цифру.

Рисунок S2: Гистограммы, показывающие распределение размера наночастиц MnO для уменьшения соотношения OA:DE. Были использованы следующие соотношения: (A) 60:0,(B) 50:10,(C) 40:20, (D) 30:30,(E) 20:40, (F) 10:50. В целом по мере приближения соотношения к 10:50 распределение размера наночастиц смещается влево (с указанием меньших диаметров) и становится более компактным (указывая на более однородный размер наночастиц). Средний диаметр каждого дистрибутива показан на рисунке 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту цифру.

Рисунок S3: Спектр FTIR олейламина. Звездочки и квадраты представляют группы олеила и амина группы олейламина, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту цифру.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Протокол в настоящем документе описывает поверхностный синтез наночастиц MnO с использованием Mn (II) ACAC, DE и OA. Mn (II) ACAC используется в качестве исходного материала для обеспечения источника Mn2 "для формирования наночастиц MnO. Стартовый материал можно легко заменить, чтобы обеспечить производство других наночастиц оксида металла. Например, при применении железа (III) ACACнаночастицыFe 3 O4 могут быть сгенерированы с использованием того же оборудования синтеза наночастиц и протокола,описанного 63. DE служит идеальным органическим растворителем для тепловых реакций разложения, так как он имеет высокую температуру кипения 295-298 градусов по Цельсию. ОА является широко используемым недорогим стабилизатором/мягким уменьшающим средством, которое помогает в укупорки и координации ядра наночастиц оксидаметалла и роста 61,63. Как и DE, ОА имеет высокую температуру кипения 350 градусов по Цельсию, чтобы выдержать высокие температуры теплового разложения. Следующие два наблюдения могут быть использованы в качестве доказательства успешного поколения наночастиц MnO во время синтеза: 1) появление зеленого оттенка реакционной смеси во время теплового разложения при 280 градусов по Цельсию и 2) образование темно-коричневой большой гранулы на дне центрифуг трубки после центрифугации в шестиугольника и этанола. Полученные наночастицы должны быть дополнительно охарактеризованы TEM, XRD и FTIR для оценки размера/морфологии, массового состава и состава поверхности, соответственно.

Во время синтеза наночастиц необходимо отметить и контролировать несколько переменных для обеспечения производства однородных наночастиц с кристаллической фазой MnO. Во-первых, соотношение всех стартовых материалов должно оставаться неизменным, так как мы показали, что уменьшение соотношения ОА к DE уменьшает размер наночастиц(рисунок 4). Во-вторых, реакция должна быть энергично перемешивают, чтобы адекватное рассеивание нуклеирующих наночастиц, равномерное нагревание, и уменьшение изменения размера. В-третьих, как температура играет большую роль в управленииоксидом металла наночастицы размер 47,48,50 ифазового состава 47,48,50, крайне важно правильно погрузить температуру зонда отзыв в реакционнойсмеси,не соедившись со стаканом круглой нижней колбы, которая будет читать неточную температуру., В-четвертых, поток азота должен быть достаточно высоким, чтобы очистить весь воздух от реакции, чтобы стимулировать образование кристаллической фазы MnO над Mn3O4. Как показано на рисунке 6A, низкий поток азота приведет к наночастицы со смешанным MnO/Mn3O4 состава. Правильное наполнение пузырьков минерального масла с увеличением количества силиконового масла от левого пузыря (1 дюйм масла) до среднего пузырька (1,5 дюйма масла) в правый пузырь (2 дюйма масла) установит сопротивление потока азота, чтобы быть самым низким через реакцию (#4 на рисунке 1). Скорость пузырьков среднего пузыря минерального масла (на #7,8 на рисунке 1) может быть использована для измерения скорости азота, протекающего через реакцию. Наконец, стабилизатор, такой как ОА, должен быть добавлен в реакционной смеси для координации нуклеации и роста наночастиц. Как показано на рисунке 6B, DE без ОА создал небольшое количество продукта, в основном из Mn3O4 (67%) Состав. Этот продукт также наблюдался иметь нерегулярную форму с агрегированными наночастицами TEM, которые не произошли, когда ОА присутствовал в реакции (Рисунок 6F).

Несколько переменных тепловой реакции разложения могут быть изменены для оптимизации размера наночастиц, морфология, и состав, включаятип инертного газа 47,48,50,пиковая температура реакции 44,47,48,49, общее времяреакции 44,45,46, и типы / соотношения первоначальных химических соединений,используемых в реакции 20,45,47,48,50. Салазар-Альварес и др.50 и Seo et al.48 показали, что поток аргона во время теплового разложения Mn(II) образует Mn3O4 при более низких пиковых температурах реакции от 150 до 200 градусов по Цельсию. При использовании азота или воздуха, Nolis et al.47 достигли аналогичных результатов для разложения Mn(III) ACAC, гденаночастицы Mn3O 4 производились при более низких температурах (150 oC или 200 oC) и наночастицы MnO были созданы только при более высоких температурах (250 градусов по Цельсию и 300 градусов поЦельсию) 47. Более высокие пиковые температуры реакции и более длительное время, проведенные при пиковой температуре реакции, также известной как время старения, также были связаны сувеличением размера наночастиц 44,,45,,46,,47,48,49. Кроме того, скорость нагрева реакции может повлиять на размер наночастиц. Schladt et al.44 обнаружили, что увеличение скорости нагрева с 1,5 градусов по Цельсию/мин до 90 oC/min снизило размер наночастиц с 18,9 нм до 6,5 нм, соответственно. Наконец, различные химические вещества могут быть добавлены в качестве уменьшающихся агентов и стабилизаторов в реакции термического разложения марганца; однако,ОА 20,47,48,50 и олеиновойкислоты 20,45 наиболее часто используются. Было доказано, что соотношение ОА и олеиновой кислоты влияет на химию и форму синтезированных наночастиц MnO. Согласно Чжан и др.20, ОА только привело к образованию Mn3O4 наночастиц, сочетание ОА и олеиновой кислоты привело к смеси Mn3O4 и MnO наночастиц, и олеиновой кислоты только производится MnO наночастиц. Интересно, что опыт показывает, что наночастицы MnO могут быть изготовлены только с ОА, и что олеиновая кислота не является необходимым для содействия образованию кристаллической фазы MnO. Кроме того, использование ОА само по себе изготовлены сферические наночастицы, в то время как олеиновая кислота только порожденных звездообразнойнаночастицы 20,64. Очевидно, что существует большая гибкость в изменении параметров синтеза для воздействия в результате физических и химических свойств наночастиц MnO.

Несмотря на подробный протокол, могут возникнуть случаи, требующие устранения неполадок. В следующем пункте подробно подробно некоторые общие вопросы и решения. Во время реакции, если температура, кажется, стабилизируется около 100 градусов по Цельсию, часть воды, возможно, просочилась в нагревательной мантии. Видимо проверить окрестности на утечку воды из конденсатор. Не прикасайтесь непосредственно к мантии или круглой нижней колбе без теплостойких перчаток, так как они будут очень горячими. Если вода наблюдается, немедленно выключите контроллер температуры, отключите нагревательной мантии, и дайте ему высохнуть на ночь. Чтобы предотвратить будущие утечки, используйте взаимосвязанный шланг передач червя, чтобы обеспечить ванну воды к конденсатору. В случае, если желаемым продуктом является MnO, но производится только Mn3O4, важно проверять поток азота во время реакции. Средний пузырь должен иметь постоянный поток пузырьков (см. видео для правильной скорости восходящей), в то время как правильный пузырь должен иметь только один или два пузыря формирования в нем. Неправильный поток азота может произойти, если дифференциальный уровень силиконового масла в каждом пузырьке минерального масла не поддерживается. Проверьте уровень масла перед каждым экспериментом и заполнить пузырьки в соответствии с шагом 1,5, если это необходимо. Во время сбора наночастиц протокол определяет вылить супернатант, не нарушая гранулы наночастиц. Лучший способ отказаться от супернатанта, чтобы вылить его с одним быстрым непрерывным движением, а не медленно. Однако, если гранулы легко отделяется от центрифуги трубки, использование передачи пипетки рекомендуется удалить супернатант. Во время сбора наночастиц и подготовки сетки TEM, соника ванны является ключевым шагом. Если наночастицы не resuspending правильно, переместить трубку вокруг звуковой ванны воды до тех пор, пока область находится, где sonication может ощущаться рукой, держащей трубку. Наночастицы гранулы также можно увидеть распадается под сильной звуковой ванны, если трубка находится в правильном месте. После повторного незаменимия наночастиц важно, чтобы сетка TEM подвешивается в воздухе с помощью обратных пинцетов, а не помещается на салфетку или непосредственно на поглощающей поверхности скамейки. Протрите или абсорбирующей поверхности скамейки будет фитиль наночастиц подвески от сетки TEM перед сушкой, в результате чего недостаточное осаждение наночастиц на сетке для визуализации.

Хотя реакция теплового разложения довольно проста и проста в последующем синтезе наночастиц MnO, есть некоторые ограничения, связанные с методом. Хотя можно контролировать физические и химические свойства наночастиц в некоторой степени, некоторые переменные, такие как температура и время старения влияют как наночастицы размер и фазовой состав одновременно. Поэтому с помощью этого метода трудно всегда иметь точный независимый контроль свойств наночастиц. Кроме того, расширение синтеза наночастиц путем три или четырехкратного количества стартовых материалов может привести к тому, что реакция станет нестабильной и насильственной. Больший размер партии также связан со снижением урожайности. Кроме того, несмотря на хранение наночастиц MnO внутри ограниченных сцинтилляционных флаконов, завернутых в парафиновую пластиковую пленку, мы видели окисление поверхности наночастиц до Mn3O4, как оценивается рентгеновской фотоэлектроно-спектроскопией. Наконец, наночастицы MnO, генерируемые этой техникой, будут гидрофобными и ограничены ОА(рисунок 7). Необходимо будет применить дальнейшую модификацию поверхности для перехода наночастиц в гидрофильные состояния для обеспечения подвески наночастиц в аквеозных средствах массовой информации. Несколько методов были созданы для содействия дисперсии наночастиц в биологических решениях, включая инкапсуляциюнаночастиц внутри полимеров 14, покрытие поверхности наночастицс липидами 52, или лиганд обмена заменить ОА на поверхности наночастиц с гидрофильных лигандов, таких как поли (акриловаякислота) 20. Для достижения инкапсуляции наночастиц MnO в полимерах поли (молочно-когликолевая кислота) (PLGA) следуйте подробному протоколу JoVE 65 Макколла иСирианни; Наночастицы MnO могут быть добавлены непосредственно в полимерный раствор PLGA, как описано для гидрофобных препаратов в шаге 8 раздела подготовки наночастиц. Нанокристаллическое распределение MnO внутри наночастиц PLGA можно оценить с помощью TEM, а загрузка Mn внутри полимера PLGA может быть определена с помощью термогравиметрического анализа, как показано в Bennewitz et al.14.

Хотя наночастицы MnO могут быть использованы для широкого спектра применений из-за их магнитных, электронных и каталитических свойств, мы заинтересованы в применении наночастиц MnO в качестве переключаемых, T1 МРТ контрастных агентов. Ранее наша группа и другие показали, что нетронутые наночастицы MnOимеют незначительный контраст T 1 MRI (МРТ-сигнал "OFF") при физиологическом рН 7,4,имитируя кровь 14,,15,,16,,17,,18,,19. Тем не менее, MnO растворяется, чтобы создать существенныеИоны Mn 2 "при низком рН 5 имитируя клеточные эндосомы; выпущенный Mn2 "будет координировать с окружающими молекулами воды, чтобы включить "ON" МРТ сигнал при низкомрН 14,,15,,16,,17,,18,19. Наночастицы MnO могут быть локализованы для различных клеток, представляющих интерес, таких как раковые клетки, путем добавления целевых пептидов или антител к поверхностинаночастиц 51,,66. Здесь мы описываем синтез наночастиц MnO со средним диаметром от 18,6 нм до 38,8 нм. Контроль размера наночастиц может быть полезен для повышения эффективности контрастного агента МРТ. В частности, предполагается, что большие наночастицы будут иметь больше площади поверхности для крепления целевых лигандов для повышения накопления наночастиц в месте интереса, таких как опухоли. Тем не менее, общий размер наночастиц с добавленных групп поверхности должны быть ограничены 50-100 нм, чтобымаксимизировать накопление опухоли 67,68. Меньшие наночастицы, с другой стороны, имеют более высокое соотношение площади поверхности к объему, чтобы облегчить более быстрый выпуск Mn2 "под кислой среде и должны позволить увеличить объемы упаковки наночастиц внутри полимерных систем доставки. Синтез MnO над Mn3O4 также должен улучшить контраст МРТ, так как было показано, что MnO растворяется быстрее, чем Mn3O4 в концентрированных кислых растворах для генерации более Mn2 "ионов 69. Таким образом, мы описали протокол теплового разложения для изготовления наночастиц MnO, который является относительно простым и настраиваемым, чтобы позволить оптимизировать дизайн наночастиц для будущего использования в таких приложениях, как интеллектуальные контрастные агенты МРТ, биосенсоры, катализаторы, батареи и очистка воды.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторов нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана WVU химической и биомедицинской инженерии Департамента стартовых фондов (M.F.B.). Авторы хотели бы поблагодарить д-ра Марсела Редиголо за руководство по подготовке сетки и захват изображения наночастиц с TEM, д-р Цян Ван за поддержку в оценке XRD и FTIR спектра, д-р Джон Зондло и Хантер Snoderly для программирования и интеграции контроллера температуры в протокол синтеза наночастиц, Джеймс Холл за его помощь в сборке наночастиц синтеза установки , Александр Pueschel и Дженна Вито за помощь в количественной оценке диаметров наночастиц MnO из изображений TEM, и WVU Общий исследовательский центр для использования TEM, XRD и FTIR.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chemicals and Gases
Benzyl ether (DE) Acros Organics AC14840-0010 Concentration: 99%, 1 L
Drierite W. A. Hammond Drierite Co. LTD 23001 Drierite 8 mesh, 1 lb
Ethanol Decon Laboratories  2701 200 proof, 4 x 3.7 L
Hexane Macron Fine Chemicals 5189-08 Concentration:  ≥98.5%, 4 L
Hydrochloric acid VWR BDH3030-2.5LPC Concentration: 36.5 - 38.0 % ACS, 2.5 L
Manganese (II) acetyl acetonate (Mn(II)ACAC) Sigma Aldrich 245763-100G 100 g
Nitrogen gas tank Airgas NI R300 Research 5.7 grade nitrogen, size 300 cylinder
Nitrogen regulator Airgas Y11244D580-AG Single stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-580 with needle outlet
Oleylamine (OA) Sigma Aldrich O7805-500G Concentration: 70%, technical grade, 500 g
Silicone oil Beantown Chemical 221590-100G 100 g
Equipment
Centrifuge Beckman-Coulter Avanti J-E JA-20 fixed-angle aluminum rotor, 8 x 50 mL, 48,400 x g
Hemisphere mantle Ace Glass Inc. 12035-17 115 V, 270 W, 500 mL, temperature up to 450 °C
Hot plate stirrer VWR 97042-642 120 V, 1000 W, 8.3 A, ceramic top
Temperature controller Yokogawa Electric Corporation UP351
Temperature probe Omega KMQXL-040G-12 Immersion probe, temperature up to 1335 °C
Vacuum oven Fisher Scientific 282A 120 V, 1800 W, temperature up to 280 °C
Vortex mixer Fisher Scientific 02-215-365 120 V, 50/60 Hz, 150 W
Water bath sonicator Fisher Scientific FS30H Ultrasonic power 130 W, 3.7 L tank
Tools and Materials
Dumont tweezer Electron Microscopy Sciences 72703D Style 5/45, Dumoxel, 109 mm, for picking up TEM grids
Dumont reverse tweezer Ted Pella 5748 Style N2a, 118 mm, NM-SS, self-closing, holding TEM grids in place for sample preparation
Mortar and pestle Amazon BS0007 BIPEE agate mortar and pestle, 70 X 60 X 15 mm labware
Nalgene™ Oak Ridge tubes ThermoFisher Scientific 3139-0050 Polypropylene copolymer, 50,000 x g, 50 mL, pack of 10
Scintillation vials Fisher Scientific 03-337-4 20 mL vials with white caps, case of 500
TEM grids Ted Pella 01813-F Carbon Type-B, 300 mesh, copper, pack of 50
Glassware Setup
4-neck round bottom flask Chemglass Life Sciences CG-1534-01 24/40 joint, 500 mL, #7 chem thread for thermometers
6-port vacuum manifold Chemglass Life Sciences CG-4430-02 480 nm, 6 ports, 4 mm PTFE stopcocks
Adapter Chemglass Life Sciences CG-1014-01 24/40 inner joint, 90°
Condenser Chemglass Life Sciences CG-1216-03 24/40 joint, 365 mm, 250 mm jacket length
Drierite 26800 drying column Cole-Parmer  EW-07193-00 200 L/hr, 90 psi
Funnel Chemglass Life Sciences CG-1720-L-02 24/40 joint, 100 powder funnel, 195 mm OAL
Interlocked worm gear hose clamp Grainger 16P292 1/2" wide stainless steel clamp, 3/8" to 7/8" diameter, to secure condenser tubing, 10 pack 
Keck clips Kemtech America Inc CS002440 24/40 joint
Metal claw clamp Fisher Scientific 05-769-7Q 22cm, three-prong extension clamps
Metal claw clamp holder Fisher Scientific 05-754Q Clamp regular holder
Mineral oil bubbler Kemtech America Inc B257040 185 mm
Rotovap trap Chemglass Life Sciences CG-1319-02 24/40 joints, 100 mL, self washing rotary evaporator
Rubber stopper Chemglass Life Sciences CG-3022-98 24/40 joints, red rubber
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T21 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 1/4" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T26 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 3/8" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for chemicals McMaster-Carr 5155T34 Clear Tygon PVC for chemicals, E-3603, 3/8" ID, 1/16" wall, 50 ft
Analysis Programs
XRD analysis program Malvern Panalytical N/A X'Pert HighScore Plus
FTIR analysis program Varian, Inc. N/A Varian Resolutions Pro

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Felton, C., et al. Magnetic nanoparticles as contrast agents in biomedical imaging: recent advances in iron- and manganese-based magnetic nanoparticles. Drug Metabolism Reviews. 46 (2), 142-154 (2014).
  2. Hsu, B. Y. W., et al. Relaxivity and toxicological properties of manganese oxide nanoparticles for MRI applications. RSC Advances. 6 (51), 45462-45474 (2019).
  3. Wierzbinski, K. R., et al. Potential use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vitro and in vivo bioimaging of human myoblasts. Scientific Reports. 8 (1), 1-17 (2018).
  4. Vukojević, V., et al. Enzymatic glucose biosensor based on manganese dioxide nanoparticles decorated on graphene nanoribbons. Journal of Electroanalytical Chemistry. 823, 610-616 (2018).
  5. George, J. M., Antony, A., Mathew, B. Metal oxide nanoparticles in electrochemical sensing and biosensing: a review. Microchimica Acta. 185 (7), 358 (2018).
  6. Fei, J., et al. Tuning the Synthesis of Manganese Oxides Nanoparticles for Efficient Oxidation of Benzyl Alcohol. Nanoscale Research Letters. 12, (2017).
  7. Le, T. H., Ngo, T. H. A., Doan, V. T., Nguyen, L. M. T., Le, M. C. Preparation of Manganese Dioxide Nanoparticles on Laterite for Methylene Blue Degradation. Journal of Chemistry. 2019, 1602752 (2019).
  8. Kuo, C. H., et al. Robust Mesoporous Manganese Oxide Catalysts for Water Oxidation. ACS Catalysis. 5 (3), 1693-1699 (2015).
  9. Farzana, R., Rajarao, R., Hassan, K., Behera, P. R., Sahajwalla, V. Thermal nanosizing: Novel route to synthesize manganese oxide and zinc oxide nanoparticles simultaneously from spent Zn-C battery. Journal of Cleaner Production. 196, 478-488 (2018).
  10. Elbasuney, S., Elsayed, M. A., Mostafa, S. F., Khalil, W. F. MnO2 Nanoparticles Supported on Porous Al2O3 Substrate for Wastewater Treatment: Synergy of Adsorption, Oxidation, and Photocatalysis. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. , (2019).
  11. Shapiro, E. M., et al. MRI detection of single particles for cellular imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (30), 10901-10906 (2004).
  12. Shapiro, E. M., Skrtic, S., Koretsky, A. P. Sizing it up: Cellular MRI using micron-sized iron oxide particles. Magnetic Resonance in Medicine. 53 (2), 329-338 (2005).
  13. Bennewitz, M. F., Tang, K. S., Markakis, E. A., Shapiro, E. M. Specific chemotaxis of magnetically labeled mesenchymal stem cells: implications for MRI of glioma. Molecular imaging and biology: MIB: the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 14 (6), 676-687 (2012).
  14. Bennewitz, M. F., et al. Biocompatible and pH-Sensitive PLGA Encapsulated MnO Nanocrystals for Molecular and Cellular MRI. ACS Nano. 5 (5), 3438-3446 (2011).
  15. Chen, Y., et al. Manganese oxide-based multifunctionalized mesoporous silica nanoparticles for pH-responsive MRI, ultrasonography and circumvention of MDR in cancer cells. Biomaterials. 33 (29), 7126-7137 (2012).
  16. Park, M., et al. Large-Scale Synthesis of Ultrathin Manganese Oxide Nanoplates and Their Applications to T1 MRI Contrast Agents. Chemistry of Materials. 23 (14), 3318-3324 (2011).
  17. Duan, B., et al. Core-Shell Structurized Fe3O4@C@MnO2 Nanoparticles as pH Responsive T1-T2* Dual-Modal Contrast Agents for Tumor Diagnosis. ACS Biomaterials Science & Engineering. 4 (8), 3047-3054 (2018).
  18. Hao, Y., et al. Multifunctional nanosheets based on folic acid modified manganese oxide for tumor-targeting theranostic application. Nanotechnology. 27 (2), 025101 (2015).
  19. Shi, Y., Guenneau, F., Wang, X., Hélary, C., Coradin, T. MnO2-gated Nanoplatforms with Targeted Controlled Drug Release and Contrast-Enhanced MRI Properties: from 2D Cell Culture to 3D Biomimetic Hydrogels. Nanotheranostics. 2 (4), 403-416 (2018).
  20. Zhang, H., et al. Revisiting the coordination chemistry for preparing manganese oxide nanocrystals in the presence of oleylamine and oleic acid. Nanoscale. 6 (11), 5918 (2014).
  21. McDonagh, B. H., et al. L-DOPA-Coated Manganese Oxide Nanoparticles as Dual MRI Contrast Agents and Drug-Delivery Vehicles. Small. 12 (3), 301-306 (2016).
  22. Ding, X., et al. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranostic agents for magnetic resonance imaging guided synergetic chemo-/photothermal therapy. Chemical Science. 7 (11), 6695-6700 (2016).
  23. Wei, R., et al. Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery. Nano Letters. 19 (8), 5394-5402 (2019).
  24. Na, H. B., et al. Development of a T1 contrast agent for magnetic resonance imaging using MnO nanoparticles. Angewandte Chemie (International Ed. in English). 46 (28), 5397-5401 (2007).
  25. Rockenberger, J., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. A New Nonhydrolytic Single-Precursor Approach to Surfactant-Capped Nanocrystals of Transition Metal Oxides. Journal of the American Chemical Society. 121 (49), 11595-11596 (1999).
  26. Han, C., et al. Synthesis of a multifunctional manganese(II)-carbon dots hybrid and its application as an efficient magnetic-fluorescent imaging probe for ovarian cancer cell imaging. Journal of Materials Chemistry B. 4 (35), 5798-5802 (2016).
  27. Wang, A., et al. Redox-mediated dissolution of paramagnetic nanolids to achieve a smart theranostic system. Nanoscale. 6 (10), 5270-5278 (2014).
  28. Jia, Q., et al. A Magnetofluorescent Carbon Dot Assembly as an Acidic H2O2-Driven Oxygenerator to Regulate Tumor Hypoxia for Simultaneous Bimodal Imaging and Enhanced Photodynamic Therapy. Advanced Materials. 30 (13), 1706090 (2018).
  29. Yang, B., et al. A three dimensional Pt nanodendrite/graphene/MnO 2 nanoflower modified electrode for the sensitive and selective detection of dopamine. Journal of Materials Chemistry B. 3 (37), 7440-7448 (2015).
  30. Li, J., Li, D., Yuan, R., Xiang, Y. Biodegradable MnO2 Nanosheet-Mediated Signal Amplification in Living Cells Enables Sensitive Detection of Down-Regulated Intracellular MicroRNA. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (7), 5717-5724 (2017).
  31. Fan, H., et al. A Smart DNAzyme-MnO2 Nanosystem for Efficient Gene Silencing. Angewandte Chemie International Edition. 54 (16), 4801-4805 (2015).
  32. Zhang, Y., et al. A real-time fluorescence turn-on assay for acetylcholinesterase activity based on the controlled release of a perylene probe from MnO 2 nanosheets. Journal of Materials Chemistry C. 5 (19), 4691-4694 (2017).
  33. Meng, H. M., et al. Multiple Functional Nanoprobe for Contrast-Enhanced Bimodal Cellular Imaging and Targeted Therapy. Analytical Chemistry. 87 (8), 4448-4454 (2015).
  34. Zhao, Z., et al. Activatable Fluorescence/MRI Bimodal Platform for Tumor Cell Imaging via MnO2 Nanosheet-Aptamer Nanoprobe. Journal of the American Chemical Society. 136 (32), 11220-11223 (2014).
  35. Chen, J. L., et al. A glucose-activatable trimodal glucometer self-assembled from glucose oxidase and MnO 2 nanosheets for diabetes monitoring. Journal of Materials Chemistry B. 5 (27), 5336-5344 (2017).
  36. Yang, G., et al. Hollow MnO 2 as a tumor-microenvironment-responsive biodegradable nano-platform for combination therapy favoring antitumor immune responses. Nature Communications. 8 (1), 1-13 (2017).
  37. Wu, Y., et al. Versatile in situ synthesis of MnO2 nanolayers on upconversion nanoparticles and their application in activatable fluorescence and MRI imaging. Chemical Science. 9 (24), 5427-5434 (2018).
  38. Jing, X., et al. Intelligent nanoflowers: a full tumor microenvironment-responsive multimodal cancer theranostic nanoplatform. Nanoscale. 11 (33), 15508-15518 (2019).
  39. Peng, Y. K., et al. Engineered core-shell magnetic nanoparticle for MR dual-modal tracking and safe magnetic manipulation of ependymal cells in live rodents. Nanotechnology. 29 (1), 015102 (2018).
  40. Ren, S., et al. Ternary-Responsive Drug Delivery with Activatable Dual Mode Contrast-Enhanced in vivo Imaging. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (38), 31947-31958 (2018).
  41. Zhen, W., et al. Multienzyme-Mimicking Nanocomposite for Tumor Phototheranostics and Normal Cell Protection. ChemNanoMat. 5 (1), 101-109 (2019).
  42. Tang, W., et al. Wet/Sono-Chemical Synthesis of Enzymatic Two-Dimensional MnO2 Nanosheets for Synergistic Catalysis-Enhanced Phototheranostics. Advanced Materials. 31 (19), 1900401 (2019).
  43. Ding, B., Zheng, P., Ma, P., Lin, J. Manganese Oxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, and Theranostic Applications. Advanced Materials. , 1905823 (2020).
  44. Schladt, T. D., Graf, T., Tremel, W. Synthesis and Characterization of Monodisperse Manganese Oxide Nanoparticles-Evaluation of the Nucleation and Growth Mechanism. Chemistry of Materials. 21 (14), 3183-3190 (2009).
  45. Yin, M., O'Brien, S. Synthesis of Monodisperse Nanocrystals of Manganese Oxides. Journal of the American Chemical Society. 125 (34), 10180-10181 (2003).
  46. Chen, Y., Johnson, E., Peng, X. Formation of Monodisperse and Shape-Controlled MnO Nanocrystals in Non-Injection Synthesis: Self-Focusing via Ripening. Journal of the American Chemical Society. 129 (35), 10937-10947 (2007).
  47. Nolis, G. M., Bolotnikov, J. M., Cabana, J. Control of Size and Composition of Colloidal Nanocrystals of Manganese Oxide. Inorganic Chemistry. 57 (20), 12900-12907 (2018).
  48. Seo, W. S., et al. Size-Dependent Magnetic Properties of Colloidal Mn3O4 and MnO Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 43 (9), 1115-1117 (2004).
  49. Douglas, F. J., et al. Formation of octapod MnO nanoparticles with enhanced magnetic properties through kinetically-controlled thermal decomposition of polynuclear manganese complexes. Nanoscale. 6 (1), 172-176 (2013).
  50. Salazar-Alvarez, G., Sort, J., Suriñach, S., Baró, M. D., Nogués, J. Synthesis and Size-Dependent Exchange Bias in Inverted Core-Shell MnO|Mn 3 O 4 Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 129 (29), 9102-9108 (2007).
  51. Zhang, T., Ge, J., Hu, Y., Yin, Y. A General Approach for Transferring Hydrophobic Nanocrystals into Water. Nano Letters. 7 (10), 3203-3207 (2007).
  52. Chhour, P., et al. Nanodisco balls: control over surface versus core loading of diagnostically active nanocrystals into polymer nanoparticles. ACS nano. 8 (9), 9143-9153 (2014).
  53. Suk, J. S., Xu, Q., Kim, N., Hanes, J., Ensign, L. M. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 99, 28-51 (2016).
  54. Huang, C. C., Khu, N. H., Yeh, C. S. The characteristics of sub 10 nm manganese oxide T1 contrast agents of different nanostructured morphologies. Biomaterials. 31 (14), 4073-4078 (2010).
  55. Zhao, N., et al. Size-Controlled Synthesis and Dependent Magnetic Properties of Nearly Monodisperse Mn3O4 Nanocrystals. Small. 4 (1), 77-81 (2008).
  56. He, D., Hai, L., He, X., Yang, X., Li, H. W. Glutathione-Activatable and O2/Mn2+-Evolving Nanocomposite for Highly Efficient and Selective Photodynamic and Gene-Silencing Dual Therapy. Advanced Functional Materials. 27 (46), 1704089 (2017).
  57. He, D., et al. Redox-responsive degradable honeycomb manganese oxide nanostructures as effective nanocarriers for intracellular glutathione-triggered drug release. Chemical Communications. 51 (4), 776-779 (2015).
  58. Chen, Y., et al. Multifunctional Graphene Oxide-based Triple Stimuli-Responsive Nanotheranostics. Advanced Functional Materials. 24 (28), 4386-4396 (2014).
  59. Prasad, P., et al. Multifunctional Albumin-MnO2 Nanoparticles Modulate Solid Tumor Microenvironment by Attenuating Hypoxia, Acidosis, Vascular Endothelial Growth Factor and Enhance Radiation Response. ACS Nano. 8 (4), 3202-3212 (2014).
  60. Perez De Berti, I., et al. Alternative low-cost approach to the synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles by thermal decomposition of organic precursors. Nanotechnology. 24, 175601 (2013).
  61. Mourdikoudis, S., Liz-Marzán, L. M. Oleylamine in Nanoparticle Synthesis. Chemistry of Materials. 25 (9), 1465-1476 (2013).
  62. Zheng, M., et al. A simple additive-free approach for the synthesis of uniform manganese monoxide nanorods with large specific surface area. Nanoscale Research Letters. 8 (1), 166 (2013).
  63. Xu, Z., Shen, C., Hou, Y., Gao, H., Sun, S. Oleylamine as Both Reducing Agent and Stabilizer in a Facile Synthesis of Magnetite Nanoparticles. Chemistry of Materials. 21 (9), 1778-1780 (2009).
  64. Hou, Y., Xu, Z., Sun, S. Controlled Synthesis and Chemical Conversions of FeO Nanoparticles. Angewandte Chemie. 119 (33), 6445-6448 (2007).
  65. McCall, R. L., Sirianni, R. W. PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS. Journal of Visualized Experiments. (82), (2013).
  66. Le Joncour, V., Laakkonen, P. Seek & Destroy, use of targeting peptides for cancer detection and drug delivery. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 26 (10), 2797-2806 (2018).
  67. Perry, J. L., et al. Mediating Passive Tumor Accumulation through Particle Size, Tumor Type, and Location. Nano Letters. 17 (5), 2879-2886 (2017).
  68. Tang, L., et al. Investigating the optimal size of anticancer nanomedicine. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (43), 15344-15349 (2014).
  69. Godunov, E. B., Izotov, A. D., Gorichev, I. G. Dissolution of Manganese Oxides of Various Compositions in Sulfuric Acid Solutions Studied by Kinetic Methods. Inorganic Materials. 54 (1), 66-71 (2018).

Tags

Биоинженерия выпуск 160 наночастицы марганец (II) ацетилацетат оксид марганца олейламин дибензил эфир термическое разложение магнитно-резонансная томография рентгеновская дифракция электронная микроскопия передачи инфракрасная спектроскопия Фурье
Синтез наночастиц оксида марганца путем теплового разложения марганца (II) ацетилацетоната
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Martinez de la Torre, C., Bennewitz, … More

Martinez de la Torre, C., Bennewitz, M. F. Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate. J. Vis. Exp. (160), e61572, doi:10.3791/61572 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter