两亲性金纳米颗粒的合成与表征

摘要

两亲性金纳米颗粒可用于多种生物应用。本文介绍了一种合成由双组分配体混合物包覆的金纳米颗粒的方案，并对这些颗粒进行了详细表征。

摘要

由1-辛硫醇（OT）和11-巯基-1-十一烷磺酸（MUS）混合物包覆的金纳米颗粒因其与细胞膜、脂质双层及病毒的相互作用而被广泛研究。亲水性配体使这些颗粒在水溶液中具有胶体稳定性，而与疏水性配体的结合则形成两亲性颗粒，可负载疏水性药物，与脂质膜融合，并抵抗非特异性蛋白质吸附。这些性质中的许多取决于纳米颗粒的尺寸和配体壳层的组成。因此，拥有可重复的合成方法以及可靠的表征技术，以确定纳米颗粒的性质和配体壳层组成，显得至关重要。本文介绍了一种单相化学还原法，随后进行彻底纯化，用于合成直径小于5 nm的此类纳米颗粒。通过调节合成过程中两种配体的化学计量比，可调控纳米颗粒表面两种配体的比例。我们展示了如何结合多种常规技术，如透射电子显微镜（TEM）、核磁共振（NMR）、热重分析（TGA）和紫外-可见（UV-Vis）光谱法，对纳米颗粒的理化参数进行全面表征。

引言

金纳米颗粒的配体壳可通过工程化设计展现出多种不同性质，从而应用于解决生物医学领域的各种挑战^1,2,3,4。这种多样性使得人们能够调控纳米颗粒与生物分子之间的分子间相互作用^5,6,7。其中，疏水性和电荷起着决定性作用，此外还有其他影响纳米颗粒与生物分子相互作用方式的表面参数^5,8,9。为了调节纳米颗粒的表面特性，可通过选择构成配体壳的硫醇盐分子，根据所需特性提供多种可能性。例如，常使用具有疏水性和亲水性（例如， 带电）末端基团的配体分子混合物来制备两亲性纳米颗粒^10,11。

这类纳米颗粒的一个典型例子是由OT和M....

方案

1. 11-巯基-1-十一烷磺酸盐（MUS）的合成

注意：本方案可根据需要在任意规模下使用。此处描述的是10 g产物规模的实验。

1. 十一碳-10-烯基磺酸钠
   1. 在1 L圆底烧瓶中，将11-溴-1-十一碳烯（25 mL，111.975 mmol）、亚硫酸钠（28.75 g，227.92 mmol）和苄基三乙基溴化铵（10 mg）加入200 mL甲醇（MeOH）与450 mL去离子水（DI H₂O）的混合液中（MeOH:H₂O体积比为4:9）。
   2. 将反应混合物在102 °C下回流48小时。系统需配备压力释放装置，例如带针头的气球或直接插入针头。该反应对大气中的气体不敏感。
      注意：反应完成后，溶液变为无色。
   3. 将反应混合物连接至旋转蒸发仪，蒸发甲醇，使体积减少至约300 mL。
   4. 将剩余溶液转移至1 L滴液漏斗中。
   5. 使用滴液漏斗，用乙醚对剩余水相溶液萃取5次。未反应的11-溴-1-十一碳烯保留在乙醚相中，而磺化产物则留在水相中。
      注意：萃取过程中需频繁释放压力积聚，并参考滴液漏斗的正确使用方法。
   6. 将最终萃取后的水溶液收集至1 L单颈圆底烧瓶中。
   7. 在烧瓶与捕集器之间涂抹少量润滑脂（或使用聚四氟乙烯环条或其他密....

结果

合成MUS的反应步骤如图1所示。每一步反应产物的¹H NMR谱图如图2所示。二元MUS:OT两亲性金纳米颗粒的合成流程如图3所示。合成完成后，对纳米颗粒进行后处理，包括用乙醇和去离子水多次洗涤。在对纳米颗粒进行任何表征之前，通过在D₂O中进行¹H NMR检测来监测未结合游离配体的去除情况，结果如图4所示。纳米颗粒的尺寸分布通过透射电子显微镜（TEM）进行表征（图5a,b）。局域表面等离子体共振吸收通过采集紫外-可见（UV-Vis）光谱进行测定（图5c）。

讨论

本实验方案首先描述了MUS配体的合成，然后介绍了两亲性MUS:OT金纳米颗粒的合成与表征。在MUS合成过程中尽量减少盐的含量，有助于在纳米颗粒合成过程中更可靠地控制配体之间的化学计量比，这是可重复地制备具有目标疏水含量的MUS:OT纳米颗粒的关键因素（图8）。使用甲醇作为MUS和OT的共溶剂，并在乙醇中进行纳米颗粒的合成，可实现MUS:OT金纳米颗粒的可靠制备。本文所介绍的表征方法构成了获取纳米颗粒充分信息以验证其合成结果所需的最基本实验清单。

本实验方案包含四个关键步骤：（i）合成低盐含量的MUS，同时在第二步中去除有色杂质，并最终结晶得到纯化的MUS；（ii）调节并确定MUS与OT之间的化学计量比；（iii）纳米颗粒的后处理；以及（iv）纳米颗粒的表征。

在纳米颗粒形成过程中，MUS优先结合到纳米颗粒表面，这可能与所形成纳米颗粒的溶解度有关。例如，根据数据计算，当MUS与OT的投料摩尔比为2:1时，纳米颗粒表面的OT占比为15% ¹蚀刻金纳米.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
11-溴-1-十一碳烯	Sigma Aldrich	467642-25 ml
亚硫酸钠	Sigma Aldrich	S0505-250 g
苄基三乙基溴化铵	Sigma Aldrich	147125-25 g
甲醇	VWR	BDH1135-2.5 LP
去离子水	Millipore	ZRXQ003WW	去离子水
1 L 圆底烧瓶	DURAN	24 170 56
乙醚	Sigma Aldrich	1.00930 EMD Millipore
搅拌子	Sigma Aldrich	Z329207,
道康宁高真空润滑脂	Sigma Aldrich	Z273554 ALDRICH
抽滤瓶	DURAN	20 201 63
布氏漏斗	FisherSci	11707335
乙醇 >99.8%, ACS, 试剂级	VWR	2081.321DP
重水	Sigma Aldrich	151882 ALDRICH
硫代乙酸 96%	Sigma Aldrich	T30805 ALDRICH
炭黑	Sigma Aldrich	05105-1KG
硅藻土	Sigma Aldrich	D3877 SIGMA-ALDRICH	过滤介质
冷凝管	Sigma Aldrich	Z531154
盐酸，ACS 试剂级，37%	Sigma Aldrich	320331 SIGMA-ALDRICH
氢氧化钠，BioXtra，颗粒（无水）	Sigma Aldrich	S8045 SIGMA-ALDRICH
离心管	VWR	525-0155P
250 mL 圆底烧瓶	DURAN	24 170 37
500 mL 圆底烧瓶	DURAN	24 170 46
硝酸，fACS 试剂级，70%	Sigma Aldrich	438073 SIGMA-ALDRICH
三水合氯化金(III) >99.9%，痕量金属级	Sigma Aldrich	520918 ALDRICH
1-辛硫醇 >98.5%	Sigma Aldrich	471836 ALDRICH
硼氢化钠，纯度 p.a. >96%	Sigma Aldrich	71320 ALDRICH
滴液漏斗	Sigma Aldrich	Z330655 SIGMA
漏斗	DURAN	21 351 46
2V 折叠滤纸	Whatman	1202-150
Amicon 滤膜	Merck	UFC903024
碘，ACS 试剂级，>99.8%，固体	Sigma Aldrich	207772 SIGMA-ALDRICH
5 mm NMR 样品管，型号 5HP（高精度）	Armar	32210.503	长度 178 mm
氘代甲醇-d4 99.8 原子%D	Armar	16400.2035
热重分析坩埚	Thepro	9095-9270.45
400 目铜载碳支持膜铜网	Electron Microscopy Science	CF400-Cu
石英比色皿	Hellma Analytics	100-1-40