根据环境条件的金纳米粒子的稳定低聚簇的大小控制合成的一种简便方法
2016年2月5日
我们描述了通过的氯金酸（氯金酸4）用硫氰酸钠（硫氰酸钠）还原制备金纳米颗粒的高度稳定的寡聚簇的简单方法。所述oligoclusters具有窄的粒度分布，并且可以具有宽范围的尺寸和表面涂层来生产。
该程序的总体目标是产生金纳米颗粒的低聚簇，这些金纳米颗粒具有：高度稳定、易于衍生化，并且通过用硫氰酸钠还原氯金酸而具有良好的直径控制。我们今天一直在研究的颗粒是有趣的颗粒，因为它们的大小控制得非常好，因此，它们可以用来观察膜对不同大小颗粒的渗透性。由于它们在生物溶液中非常稳定，因此这是颗粒的一个非常强大的特性。
这种方法的主要优点是，它允许在台式条件下很好地控制高质量金寡聚簇的合成，并且很容易使用标准实验室设备和有限数量的试剂进行。按照文本方案中指示制备所有必要的溶液后，通过在搅拌下将 7 毫升硼砂溶液加入含有 59.5 毫升水的干净 125 毫升玻璃瓶中，开始金寡聚簇的延迟时间合成。接下来，向瓶子中加入 2.8 毫升氯化金溶液，这将开始决定寡聚簇大小的延迟时间。
在延迟期结束时，向瓶中加入 700 微升硫氰酸钠溶液。继续搅拌过夜以完成寡聚簇的合成。在尝试此程序时，重要的是使用广口分液器将氯化金和硫氰酸钠溶液以更大体积的溶液快速添加到所有试剂中。
对于加合生长，将 10 毫升金寡聚簇与 60 毫升羟基化氯化金溶液混合。接下来，在剧烈搅拌下加入 900 微升硫氰酸钠溶液。让混合物搅拌过夜，直到反应完成。
衍生化前，将 70 毫升粗寡簇加入 30 道尔顿截止离心过滤器中，并以 3， 000 次 g 离心 15 分钟。通过倒置过滤器并以 500 次 g 离心 3 分钟来回收 ree-tin 带。然后，用微量移液器测量回收的体积。
接下来，添加等于寡簇回收体积九分之一的 GSH 体积。让反应物在室温下放置不超过 10 分钟。将衍生的寡聚簇稀释到 50 毫升 Dulbecco 磷酸盐缓冲盐水中以终止反应。
然后，将衍生化的寡聚簇施加到 30 kdalton 截止离心过滤器上，并以 3， 000 倍 g 离心 15 分钟。最后，通过倒置过滤器并以 500 倍 g 旋转 3 分钟来回收 ree-tin 胶带。将谷胱甘肽衍生的寡聚簇储存在 4 摄氏度。
为了通过凝胶电泳分析粗的寡聚簇，将它们与上样缓冲液以 2：1 的比例混合。然后，将 30 μL 寡聚簇加载到预制聚丙烯酰胺梯度凝胶上。用 tris 甘氨酸缓冲液在 200 伏电压下电泳凝胶 26 分钟。
对于衍生化寡簇的凝胶电泳，首先用水以 1 比 3 的比例稀释它们。接下来，用上样缓冲液以二比一的比例进一步稀释簇。将 10 μL 寡聚簇混合物上样到预制聚丙烯酰胺梯度凝胶上，然后用 tris 甘氨酸缓冲液在 200 伏电压下电泳 26 分钟。
为了通过透射电子显微镜进行分析，用 0.5 毫升水洗涤 20 微升浓缩的寡聚簇，并将它们加载到 0.5 毫升、30 道尔顿截止离心过滤器上。以 14， 000 倍 g 离心 10 分钟。接下来，从试管中取出滤液，并将 ray-tah-date 重悬于 0.5 毫升水中。
再重复洗涤两次，然后用水将寡聚簇稀释 500 倍。辉光放电后，将 0.6 微升寡聚簇沉积到网格上，并让它们风干 10 分钟。最后，在透射电子显微镜中使用 100， 000 倍放大倍率以 80 千伏观察寡聚簇。
通过凝胶电泳分析使用延迟时间和附加程序合成的金寡聚簇的大小。凝胶的泳道 2 到 4 显示，簇大小随着延迟时间的延长而增加。泳道 5 到 8 证实，簇的大小也随着附加过程中使用的羟基化金量而增加。
透射电子显微镜用于确定寡簇颗粒的直径。直径是通过从包含颗粒的 50 纳米 x 50 纳米网格区域的图像中进行测量来计算的。绘制了粒度延迟时间与羟基化金添加量之间的关系。
然后将这些数据转换为每个程序的颗粒直径的预测方程。我相信您已经谈到过金簇的制造方法取决于氯化金在碱性溶液中的羟基化。因此，羟基化越多，生成金簇的可能性就越小。
我的新书对我来说是第一本有趣的书，因为这是我第一次意识到暴露于碱性的时间元素可以用来控制团簇的大小。如果作得当，可以在不到一天的时间内合成 3 到 70 纳米大小的金橄榄串。所得纳米颗粒在生理缓冲液和血浆中稳定，使其适用于室内实验。
此处描述的金寡聚簇具有额外的好处，即能够在没有事先衍生化的情况下进行浓缩，从而允许以更小的体积使用广泛的生根试剂。
概述
本文介绍了一种通过用硫氰酸钠还原氯金酸来合成高度稳定的金纳米粒子寡聚簇的方法。这些寡聚簇具有狭窄的尺寸分布，并且可以调节其尺寸和表面特性。
关键研究组成部分
科学领域
- 纳米粒子合成
- 金纳米粒子
- 生物应用
背景
- 金纳米粒子具有对生物研究有益的独特性质。
- 控制纳米粒子的尺寸和稳定性对其应用至关重要。
- 该方法允许在标准实验室条件下轻松合成。
- 稳定的纳米粒子可以增强对膜通透性的研究。
研究目的
- 开发一种可靠的方法来生产金寡聚簇。
- 确保纳米粒子在生物环境中稳定。
- 能够精确控制纳米粒子的尺寸。
使用的方法
- 制备用于合成金寡聚簇的溶液。
- 延迟时间合成以控制粒子尺寸。
- 用谷胱甘肽进行衍生化以增强稳定性。
- 使用凝胶电泳和透射电子显微镜进行表征。
主要结果
- 可以合成尺寸从3到70纳米的金寡聚簇。
- 粒子尺寸受延迟时间和使用的羟基金量的影响。
- 实现了适合体内实验的稳定纳米粒子。
- 基于实验数据开发了粒子直径的预测方程。
结论
- 该方法允许合成高质量的金寡聚簇。
- 金寡聚簇在生理缓冲液中稳定，使其对生物学研究有用。
- 这种方法可以用最少的试剂和标准实验室设备完成。
常见问题
Executive Industry Relevance
This method enables precise, ambient-condition synthesis of stable gold oligoclusters with tunable diameters from 3 to 70 nm, supporting reproducible nanoparticle production for membrane permeability studies and derivatization workflows. The ability to concentrate oligoclusters >300-fold without aggregation allows cost-effective use of expensive derivatizing agents in downstream applications. Predictive size models enhance assay design confidence and reduce empirical screening in nanomedicine development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of size-dependent biological interactions through well-defined nanoparticle subunits.
- Operational Value: Provides stable, monodisperse oligoclusters for consistent target engagement assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates narrow size distribution nanoparticles for reliable compound screening against biological barriers.
- Operational Value: Eliminates need for fractionation, streamlining assay preparation and reducing sample loss.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports stability assessment in physiological buffers, enabling prediction of in vivo behavior.
- Operational Value: Allows pre-derivatization concentration, maximizing efficiency of costly labeling or conjugation steps.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to preclinical workflows by providing characterized nanoparticles for permeability screening, derivatization, and stability testing prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing on size-dependent cellular uptake and membrane transport mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantifiable nanoparticle inputs for high-throughput permeability or toxicity assays.
- Analytics: Provides electrophoretic and TEM-derived size readouts for batch-to-batch comparison and quality control.
- Translational Research: Confers stability in biological media, supporting extrapolation from in vitro to in vivo models.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reagent-efficient platform for generating standardized nanoparticle libraries across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nanoparticle-biological interactions through precise size control.
- Operational Value: Ensures reproducibility and scalability using standard lab equipment and minimal reagents.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling early assessment of size-dependent bioavailability and clearance risks.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of nanotherapeutic candidates based on defined physicochemical profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle synthesis and colloidal stability principles.
- Needs standard laboratory glassware, magnetic stirrers, and access to centrifugal filters and TEM or gel electrophoresis systems.
- Demands cross-team standardization of delay-time and add-on timing protocols for reproducible size outputs.
- Involves adaptation considerations when transferring oligocluster concentrations across different buffer systems or derivatization chemistries.
- Includes practical limitations such as sensitivity to mixing speed and reagent addition order affecting cluster uniformity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:12
Delay-time Synthesis and Add-on Growth of Gold Oligoclusters
2:37
Derivatization of the Concentrated Oligoclusters with Reduced Glutathione
4:02
Gel Electrophoresis and Transmission Electron Microscopy of Oligoclusters
6:53
Conclusion
5:57
Results: Characterization of Gold Oligoclusters by Gel Electrophoresis and Transmission Electron Microscopy
