Name: 纳米金刚石的生物激发多巴胺表面改性及其对银纳米粒子的还原 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 58 s
Description: 学习利用聚多巴胺涂层对纳米金刚石进行表面功能化的方法，通过调节多巴胺浓度精确控制涂层厚度。该技术可扩展至金属纳米颗粒和磁性纳米颗粒，为材料科学与生物医学应用提供新途径。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本研究由美国国家科学基金会（CCF 1814797）、密苏里大学研究委员会、材料研究中心以及密苏里科学技术大学文理学院资助

1 . 试剂的制备
警告：使用前请阅读并理解所有相关的材料安全数据表（MSDS）。部分化学品具有毒性且易挥发。请遵循特殊的处理程序和储存要求。实验过程中应佩戴个人防护装备，如手套、护目镜和实验服，以避免潜在危险。
<ol>
	<li>Tris-HCl 缓冲液的制备
	<ol>
		<li>将 30.29 g Tris 粉末溶解于 100 mL 去离子 H2O 中，确保粉末完全溶解，然后将溶液转移至 250 mL 容量瓶中。</li>
		<li>向容量瓶中加入去离子 H2O 至 250 mL 刻度线，得到 1.0 M Tris 缓冲液。</li>
		<li>将 1.0 M Tris 缓冲液稀释 100 倍，得到 0.01 M Tris 缓冲液，并使用 1.0 M HCl 标准溶液调节 pH 至 8.5。</li>
		<li>使用 pH 计校准 0.01 M Tris-HCl 缓冲液的 pH 值。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>纳米金刚石（ND）悬浮液的制备
	<ol>
		<li>用 0.01 M Tris-HCl 缓冲液将 100 nm 单晶纳米金刚石悬浮液（1.0 mg/mL）稀释 50 倍，得到 0.02 mg/mL 的 ND 悬浮液。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>多巴胺溶液的制备
	<ol>
		<li>将 20 mg 盐酸多巴胺溶解于 2.0 mL 0.01 M Tris-HCl 缓冲液中，得到 10 mg/mL 的 DA 溶液。 
		&#8203;注意：DA 溶液必须现配现用，且在 15 分钟内使用完毕。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ag[(NH3)2]OH 溶液的制备
	<ol>
		<li>将 100 mg AgNO3&#160;固体溶解于 10 mL 去离子 H2O 中，得到 10 mg/mL AgNO3&#160;溶液。</li>
		<li>逐滴加入 1.0 M 氨水（NH3·H2O）至 AgNO3&#160;溶液中，直至生成黄色沉淀，然后继续添加 NH3·H2O 溶液，直至沉淀消失。 
		注意：仅制备所需最小体积；现配现用，使用后立即废弃。 
		警告：应在通风橱内操作，佩戴面罩、手套和护目镜，小心添加 NH3·H2O。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2 . 在纳米金刚石表面合成聚多巴胺层（PDA-NDs）
<ol>
	<li>将新配制的DA溶液（10 mg/mL）加入ND悬浮液中，使DA的终浓度分别为50、75、100 µg/mL。调节总反应体积至1.0 mL，转移至10 mL试管中，在25 °C避光条件下剧烈搅拌12 h。</li>
	<li>将PDA-NDs溶液在16,000 × g条件下离心2 h，弃去上清液，并用去离子水在16,000 × g条件下每次离心1 h，洗涤三次。</li>
	<li>将PDA-NDs用200 µL去离子水通过超声处理重新分散30 s。包覆PDA的NDs即可用于后续实验。</li>
</ol>
3 . 在PDA-NDs表面还原AgNPs（AgNPs-PDA-NDs）
<ol>
	<li>将步骤 2.3 中预先合成的 PDA-NDs 取 40 µL，用去离子水稀释两倍。加入 Ag[(NH3)2]OH 溶液，使 Ag[(NH3)2]+ 的终浓度分别为 0.08、0.16、0.24、0.40 和 0.60 mg/mL。</li>
	<li>用去离子水将终体积调至 100 µL，置于 1.5 mL 离心管中，随后超声处理 10 分钟。</li>
	<li>将 AgNPs-PDA-NDs 在 16,000 × g 条件下离心 15 分钟，以去除游离的银离子；离心后弃去上清液，加入 100 µL 去离子水，在 16,000 × g 条件下每次离心 5 分钟，共洗涤三次。</li>
	<li>将 AgNPs-PDA-NDs 重新分散于 100 µL 去离子水中，超声 30 秒，以备后续使用。</li>
</ol>
4 . PDA-NDs 和 AgNPs-PDA-NDs 簇的分析
<ol>
	<li>紫外-可见（UV）光谱
	<ol>
		<li>使用UV光谱监测PDA-ND表面AgNPs的平均尺寸分布。将步骤3.4中以不同浓度Ag[(NH3)2]OH制备的AgNPs-PDA-NDs样品转移至1 cm石英比色皿中，在250至550 nm扫描波长范围内监测吸光度。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>透射电子显微镜（TEM）
	<ol>
		<li>将碳支持膜铜网置于用Parafilm包裹的载玻片上，以固定铜网。将附有TEM铜网的载玻片放入等离子清洗仪中。打开等离子清洗仪和真空泵。5分钟后，开启等离子体，以中等功率对铜网放电处理3分钟。</li>
		<li>取5 µL样品滴加于碳膜覆盖的铜网上，静置3分钟。用滤纸从铜网边缘吸去多余样品。随后在铜网上滴加一滴去离子水，清洗15秒以去除盐分，再用滤纸吸去水分。重复该洗涤步骤两次，待铜网自然晾干后用于后续观察。</li>
		<li>通过TEM观察样品，通常使用38,000倍放大倍数，工作电压为200 kV。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22179567">The properties and applications of nanodiamonds.</a> Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).</li>
<li>Kucsko, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometre-scale+thermometry+in+a+living+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nanometre-scale thermometry in a living cell.</a> Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b03452">Origin of the Robust Catalytic Performance of Nanodiamond-Graphene-Supported Pt Nanoparticles Used in the Propane Dehydrogenation Reaction.</a> ACS Catalysis. 7 (5), 3349-3355 (2017).</li>
<li>Chang, B. -M., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201301075">Highly Fluorescent Nanodiamonds Protein-Functionalized for Cell Labeling and Targeting.</a> Advanced Functional Materials. 23 (46), 5737-5745 (2013).</li>
<li>Ho, D., Wang, C. H., Chow, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanodiamonds%3A+The+intersection+of+nanotechnology%2C+drug+development%2C+and+personalized+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Nanodiamonds: The intersection of nanotechnology, drug development, and personalized medicine.</a> Science Advances. 1 (7), 1500439(2015).</li>
<li>Hsu, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directly+thiolated+modification+onto+the+surface+of+detonation+nanodiamonds%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Directly thiolated modification onto the surface of detonation nanodiamonds.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7198-7203 (2014).</li>
<li>Krueger, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200701856">Diamond Nanoparticles: Jewels for Chemistry and Physics.</a> Advanced Materials. 20 (12), 2445-2449 (2008).</li>
<li>Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., Mochalin, V. N. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b08311">Salt-assisted ultrasonic deaggregation of nanodiamond.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (38), 25461-25468 (2016).</li>
<li>Akiel, R. D., Zhang, X., Abeywardana, C., Stepanov, V., Qin, P. Z., Takahashi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+Functional+DNA+Grafted+on+Nanodiamond+Surface+Using+Site-Directed+Spin+Labeling+and+Electron+Paramagnetic+Resonance+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Investigating Functional DNA Grafted on Nanodiamond Surface Using Site-Directed Spin Labeling and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy.</a> Journal of Physical Chemistry B. 120 (17), 4003-4008 (2016).</li>
<li>Gaillard, C., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ra/c3ra45158e/unauth#!divAbstract">Peptide nucleic acid-nanodiamonds: covalent and stable conjugates for DNA targeting.</a> RSC Advances. 4 (7), 3566-3572 (2014).</li>
<li>Zhang, T., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5b04857">DNA-based self-assembly of fluorescent nanodiamonds.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (31), 9776-9779 (2015).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+Nanodiamond-Gold+Hybrid+Particles+for+Multimodal+Optical+and+Electron+Microscopy+Cellular+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Fluorescent Nanodiamond-Gold Hybrid Particles for Multimodal Optical and Electron Microscopy Cellular Imaging.</a> Nano Letters. 16 (10), 6236-6244 (2016).</li>
<li>Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mussel-inspired+surface+chemistry+for+multifunctional+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings.</a> Science. 318 (5849), 426-430 (2007).</li>
<li>Wang, C., Zhou, J., Wang, P., He, W., Duan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+Nanoparticle-DNA+Conjugates+Based+on+Mussel-Inspired+Polydopamine+Coating+for+Cell+Imaging+and+Tailored+Self-Assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Bioconjugate+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Robust Nanoparticle-DNA Conjugates Based on Mussel-Inspired Polydopamine Coating for Cell Imaging and Tailored Self-Assembly.</a> Bioconjugate Chemistry. 27 (3), 815-823 (2016).</li>
<li>Liu, R., Guo, Y., Odusote, G., Qu, F., Priestley, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Core-shell+Fe3O4+polydopamine+nanoparticles+serve+multipurpose+as+drug+carrier%2C+catalyst+support+and+carbon+adsorbent%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Core-shell Fe3O4 polydopamine nanoparticles serve multipurpose as drug carrier, catalyst support and carbon adsorbent.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 5 (18), 9167-9171 (2013).</li>
<li>Liu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopamine+as+a+Carbon+Source%3A+The+Controlled+Synthesis+of+Hollow+Carbon+Spheres+and+Yolk-Structured+Carbon+Nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Dopamine as a Carbon Source: The Controlled Synthesis of Hollow Carbon Spheres and Yolk-Structured Carbon Nanocomposites.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (30), 6799-6802 (2011).</li>
<li>Zeng, Y., Liu, W., Wang, Z., Singamaneni, S., Wang, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+surface+modification+of+nanodiamonds+based+on+dopamine+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Multifunctional surface modification of nanodiamonds based on dopamine polymerization.</a> Langmuir. 34 (13), 4036-4042 (2018).</li>
<li>Qin, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ra/c7ra10688b#!divAbstract">Dopamine@Nanodiamond as novel reinforcing nanofillers for polyimide with enhanced thermal, mechanical and wear resistance performance.</a> RSC Advances. 8 (7), 3694-3704 (2018).</li>
<li>Barras, A., Lyskawa, J., Szunerits, S., Woisel, P., Boukherroub, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+functionalization+of+nanodiamond+particles+using+dopamine+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Direct functionalization of nanodiamond particles using dopamine derivatives.</a> Langmuir. 27 (20), 12451-12557 (2011).</li>
<li>Khanal, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Multifunctional+%22Clickable%22+Diamond+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Toward Multifunctional "Clickable" Diamond Nanoparticles.</a> Langmuir. 31 (13), 3926-3933 (2015).</li>
<li>Rad, M. H., Zamanian, A., Hadavi, S. M. M., Khanlarkhani, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/macp.201700505">A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. , 1700505(2018).</li>
<li>Ball, V., Frari, D. D., Toniazzo, V., Ruch, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+polydopamine+film+deposition+as+a+function+of+pH+and+dopamine+concentration%3A+Insights+in+the+polydopamine+deposition+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Kinetics of polydopamine film deposition as a function of pH and dopamine concentration: Insights in the polydopamine deposition mechanism.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 386 (1), 366-372 (2012).</li>
<li>Liu, Y., Ai, K., Lu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polydopamine+and+its+derivative+materials%3A+synthesis+and+promising+applications+in+energy%2C+environmental%2C+and+biomedical+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields.</a> Chemical Reviews. 114 (9), 5057-5115 (2014).</li>
<li>Hu, J., Wu, S., Cao, Q., Zhang, W. <a target="_blank" href="https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra09106g#!divAbstract">Synthesis of core-shell structured alumina/Cu microspheres using activation by silver nanoparticles deposited on polydopamine-coated surfaces.</a> RSC Advances. 6 (85), 81767-81773 (2016).</li>
<li>Orishchin, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Deposition+of+Uniform+Polydopamine+Coatings+on+Nanoparticle+Surfaces+with+Controllable+Thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness.</a> Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).</li>
<li>González, A. L., Noguez, C., Beránek, J., Barnard, A. S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp5018168">Size, Shape, Stability, and Color of Plasmonic Silver Nanoparticles.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118 (17), 9128-9136 (2014).</li>
<li>Muthuchamy, N., Gopalan, A., Lee, K. -P. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ra/c5ra11892a#!divAbstract">A new facile strategy for higher loading of silver nanoparticles onto silica for efficient catalytic reduction of 4-nitrophenol.</a> RSC Advances. 5 (93), 76170-76181 (2015).</li>
<li>Bastus, N. G., Comenge, J., Puntes, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetically+Controlled+Seeded+Growth+Synthesis+of+Citrate-Stabilized+Gold+Nanoparticles+of+up+to+200+nm%3A+Size+Focusing+versus+Ostwald+Ripening%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Kinetically Controlled Seeded Growth Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles of up to 200 nm: Size Focusing versus Ostwald Ripening.</a> Langmuir. 27 (17), 11098-11105 (2011).</li>
<li>Jana, J., Gauri, S. S., Ganguly, M., Dey, S., Pal, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanoparticle+anchored+carbon+dots+for+improved+sensing%2C+catalytic+and+intriguing+antimicrobial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Transactions%22%5BJournal%5D)">Silver nanoparticle anchored carbon dots for improved sensing, catalytic and intriguing antimicrobial activity.</a> Dalton Transactions. 44 (47), 20692-20707 (2015).</li>
<li>Zamudio, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+anchoring+of+silver+nanoparticles+on+N-doped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes.</a> Small. 2 (3), 346-350 (2006).</li>
<li>Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , 14/689,085 (2016).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文提供了一种利用多巴胺（DA）自聚合涂层对纳米金刚石（NDs）进行表面功能化的详细实验方案，并在聚多巴胺（PDA）层上将Ag[(NH3)2]+还原为银纳米粒子（AgNPs）（图3）。该策略可通过简单调节DA的浓度，实现不同厚度PDA层的制备。同时，通过改变金属离子溶液的初始浓度，也可调控AgNPs的尺寸。如图1A中的透射电子显微镜（TEM）图像所示，未经包覆的100 nm NDs倾向于形成微簇和聚集体。当NDs被PDA包覆后，PDA层在NDs周围呈现为一圈薄环状结构。根据TEM图像测定，PDA层的厚度分别约为5 nm、10 nm和15 nm，对应DA的终浓度分别为50 µg/mL、75 µg/mL和100 µg/mL。NDs悬浮液的颜色在PDA包覆后由无色逐渐变为深色，表明PDA已成功包覆在ND表面，且PDA层的厚度依赖于DA的浓度。请注意：影响DA聚合的关键因素是溶液pH值（最适pH为8.5<sup class="x...

纳米金刚石（NDs）是一种新型的碳基材料，近年来因其在多种应用中的潜力而受到广泛关注1,2。例如，由于纳米金刚石具有极高的化学稳定性和热导率，其高比表面积可为金属纳米颗粒（NPs）提供优异的催化载体支持3。此外，纳米金刚石因其出色的生物相容性和无毒性，在生物成像、生物传感和药物递送领域也发挥着重要作用4,5。
为了有效拓展其功能，将功能性物质（如蛋白质、核酸和纳米颗粒）共价连接到金刚石纳米颗粒（NDs）表面具有重要意义。6. 尽管存在多种官能团（例如羟基、羧基、内酯 等等。在纳米金刚石（NDs）的纯化过程中，其表面会形成缺陷，但由于每种活性化学基团的密度较低，功能基团的偶联产率仍然很低7这会导致不稳定的纳米颗粒（NDs）易于聚集，从而限制其进一步应用8.
目前，用于功能化纳米金刚石（NDs）的最常见方法包括使用无铜点击化学进行共价偶联9、肽核酸（PNA）的共价连接10以及自组装DNA11。此外，也已提出非共价包裹NDs的方法，包括碳水化合物修饰的牛血清白蛋白（BSA）4和人血清白蛋白（HSA）12包覆。然而，由于这些方法耗时且效率较低，因此亟需开发一种简便且具有普适性的方法来修饰NDs的表面。
多巴胺（DA）13，作为大脑中的一种天然神经递质，被广泛用于纳米颗粒（如金纳米颗粒，AuNPs）的粘附与功能化14，Fe2O315，和 SiO216自聚合的PDA层富含氨基和酚基，可进一步用于直接还原金属纳米颗粒，或在水溶液中轻松固定含巯基/氨基的生物分子。这种简单的方法 recently 被Qin用于功能化NDs。 等以及我们的实验室17,18，尽管使用了多巴胺衍生物来修饰纳米金刚石 通过 早期研究中的点击化学19,20.
本文介绍了一种基于多巴胺（PDA）的简单表面修饰方法，可高效地对纳米金刚石（NDs）进行功能化。通过调节多巴胺的浓度，可将PDA层的厚度控制在几纳米至数十纳米范围内。此外，金属纳米颗粒可直接在PDA表面还原并稳定存在，无需额外使用有毒的还原剂。银纳米颗粒的尺寸取决于Ag[(NH3)2]+的初始浓度。该方法实现了在纳米金刚石表面精确可控地沉积PDA，并合成ND偶联的AgNPs，从而显著拓展了纳米金刚石作为优异纳米平台在催化剂载体、生物成像和生物传感器等领域的功能应用。

<table><tbody><tr><td>纳米金刚石</td><td>FND Biotech, Inc.</td><td>brFND-100</td><td>分散于水中，未经进一步纯化直接使用</td></tr><tr><td>盐酸多巴胺</td><td>Sigma</td><td>H8502-25G</td><td>现配现用</td></tr><tr><td>硝酸银</td><td>Fisher</td><td>S181-25</td><td></td></tr><tr><td>氢氧化铵</td><td>Fisher</td><td>A669S-500</td><td>剧毒</td></tr><tr><td>三羟甲基氨基甲烷盐酸盐</td><td>Fisher</td><td>BP153-500</td><td></td></tr><tr><td>透射电镜碳膜载网</td><td>Ted Pella</td><td>01843-F</td><td>300目铜网</td></tr></tbody></table>

受生物启发的纳米金刚石多巴胺表面修饰及其银纳米颗粒的还原作用

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

由于纳米金刚石（NDs）表面存在多种官能团，其表面功能化仍然具有挑战性。本文展示了一种基于贻贝仿生多巴胺（PDA）包覆技术实现纳米金刚石多功能表面修饰的简便方法。此外，NDs表面的PDA功能层还可作为还原剂，用于合成并稳定金属纳米颗粒。当将纳米金刚石与多巴胺（DA）简单混合时，DA可发生自聚合反应，并在NDs表面自发形成PDA包覆层。通过调节DA的浓度可控制PDA层的厚度。典型结果表明，在100 nm的ND悬浮液中加入50至100 µg/mL的DA，可获得约5至约15 nm厚的PDA层。进一步地，PDA修饰的NDs可作为基底用于还原金属离子，例如Ag[(NH3)2]+，生成银纳米颗粒（AgNPs）。AgNPs的尺寸取决于Ag[(NH3)2]+的初始浓度：随着Ag[(NH3)2]+浓度的增加，纳米颗粒的数量及其直径均随之增大。综上所述，本研究不仅提供了一种简便的PDA修饰NDs表面的方法，还展示了通过锚定多种目标物质（如AgNPs）以增强NDs功能性的潜力，为其在先进应用中的使用奠定了基础。

通过透射电子显微镜（TEM）分析了在ND表面形成PDA层的情况（图1）。随着DA浓度升高，观察到PDA层的厚度增加。此外，在包覆反应后，ND溶液的颜色由无色变为深色，且DA的初始浓度越高，溶液颜色越深。
图2 描述了在100 nm PDA-ND表面将Ag[(NH3)2]+还原为AgNPs的过程。通过TEM计算的AgNPs尺寸分布，用于确定Ag[(NH3)2]+初始浓度对AgNPs尺寸的影响。
图3中的流程图展示了通过PDA对NDs表面...

本文介绍了一种简便的方案，用于通过聚多巴胺对纳米金刚石表面进行功能化修饰。

由于纳米金刚石（NDs）表面存在多种官能团，其表面功能化仍然具有挑战性。本文中，我们展示了一种……

该方法有助于解答有关纳米金刚石有效表面功能化的关键问题，而纳米金刚石在材料科学和生物医学领域具有广泛应用。该方法适用于纳米金刚石，也可应用于其他材料，如金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒，或需要活性生物聚合物涂层的表面。在此方法中，纳米金刚石通过包覆一层聚多巴胺（一种通用粘合剂）进行功能化修饰。通过调节多巴胺的浓度，可精确控制聚多巴胺（PDA）层的厚度。首先，将30.29克Tris HCl粉末溶解于100 µL去离子水中。将溶液转移至250毫升容量瓶中，用去离子水定容至刻度线，混匀，得到1摩尔的Tris HCl缓冲液。通过连续稀释法，从该储备液中配制20毫升0.1摩尔的Tris HCl缓冲液。使用pH计监测缓冲液的同时，用1摩尔盐酸将pH值调节至8.5。接着，取0.02毫升浓度为1毫克/毫升的100纳米单晶纳米金刚石悬液，用pH 8.5的Tris缓冲液稀释至1毫升。搅拌混合物10分钟，得到浓度为0.02毫克/毫升的纳米金刚石悬液。然后，将20毫克盐酸多巴胺溶于2毫升pH 8.5的Tris缓冲液中，涡旋振荡30秒，得到浓度为10毫克/毫升的缓冲盐酸多巴胺溶液。根据所需终浓度为50、75或100毫克/毫升，向纳米金刚石溶液中分别加入5、7.5或10微升新配制的多巴胺溶液。调节反应体积后，在避光条件下于25°C剧烈搅拌混合物12小时。然后，将包覆多巴胺的纳米金刚石悬浮液转移至1.5毫升离心管中，在16,000 g条件下离心2小时。弃去上清液，并用1毫升去离子水在16,000 g条件下每次离心1小时，洗涤纳米金刚石3次。随后向洗涤后的固体中加入200微升去离子水，超声处理30秒以重新分散包覆多巴胺的纳米金刚石。取40微升聚多巴胺包覆的纳米金刚石悬浮液，用去离子水连续稀释两次。然后，将100毫克硝酸银溶于10毫升去离子水中，通过涡旋混合溶解。在通风橱中，逐滴向硝酸银溶液中加入1摩尔的水合氨溶液，期间定期摇动溶液，直至形成黄色沉淀。继续加入氨水，直至沉淀完全消失，得到二胺合银氢氧化物溶液。立即将4.3或6.4 µL的二胺合银溶液加入40 µL稀释后的纳米金刚石分散液中，使其终浓度分别为0.4或0.6 mg/mL。随后，用去离子水将体积调至100 µL。将混合物超声处理10分钟。然后，在16,000 g条件下离心分散液15分钟，以去除游离的银离子。弃去上清液，并将银纳米颗粒修饰的聚多巴胺包覆纳米金刚石在100微升去离子水中重悬，于16,000 g离心5分钟，重复洗涤三次。向银纳米颗粒修饰的纳米金刚石中加入 100 微升去离子水，并通过超声处理 30 秒使其重新分散。使用紫外-可见光谱法在 250 至 550 纳米范围内对纳米金刚石进行表征。接着，将 5 微升银纳米颗粒修饰的纳米金刚石滴加到经等离子体清洗的碳支持铜网上，静置 3 分钟。然后用滤纸吸去多余的溶液。每次在载网上滴加一滴去离子水，静置15秒后用滤纸吸去，重复此步骤三次以洗涤载网。待载网自然风干后，再通过透射电子显微镜观察样品。未包覆的纳米金刚石倾向于形成微簇和聚集体，而多巴胺包覆的纳米金刚石则形成了良好的分散体系。较高的多巴胺浓度导致纳米金刚石表面形成更厚的聚多巴胺层。未包覆的纳米金刚石分散液呈透明无色。在纳米金刚石表面包覆一层5纳米厚的聚多巴胺后，分散液呈现浑浊的棕色。随着聚多巴胺包覆层厚度增加，分散液颜色逐渐加深。当二胺合银氢氧化物浓度为0.4至0.6毫克/毫升时，在包覆15纳米厚聚多巴胺层的纳米金刚石上进行的二胺合银还原反应效果最佳。在较低浓度下形成的纳米金刚石颗粒过小，难以有效研究。最大吸收值表明，由0.4至0.6毫克/毫升溶液形成的纳米颗粒直径分别约为20和30纳米。透射电子显微镜（TEM）显示，由0.4毫克/毫升二胺银溶液生成的银纳米颗粒宽度约为24纳米，而由0.6毫克/毫升溶液生成的纳米颗粒宽度约为28纳米。在较高的二胺银浓度下，纳米金刚石表面的纳米颗粒数量也更多。采用该方法后，形成了具有可控聚多巴胺厚度的均匀分散的纳米金刚石。该技术为研究人员探索纳米金刚石在催化剂、生物传感器和纳米载体中的应用开辟了道路。无需使用任何额外的还原剂，PDA辅助的成化过程即可通过还原金属前体诱导银纳米颗粒的形成，并将其固定在PDA包被的表面。此外，PDA层含有可进一步利用的开放功能基团，可用于偶联一系列经胺基修饰的生物分子。

bio-inspired-polydopamine-surface-modification-nanodiamonds-its

Research

科研

JoVE Journal

Chemistry

化学

纳米金刚石的生物激发多巴胺表面改性及其对银纳米粒子的还原

我们描述了纳米生物系统的制备与表征，该系统将纳米结构基底与固定化的蛋白质和适配体进行界面结合。文中报道了涉及纳米结构基底的光刻制备、生物功能化以及表面增强拉曼光谱（SERS）表征等相关实验步骤。展示了对表面固定化蛋白质的SERS检测，以及对蛋白质-配体和适配体-配体结合相互作用的探测。...

利用电子束光刻制备的纳米结构基底通过表面增强拉曼光谱检测生物分子

介绍了一种利用可见光和等离子体纳米粒子制备还原氧化石墨烯的简单方案。...

利用等离激元纳米粒子实现可见光诱导的氧化石墨烯还原

通过首先沉积硫化银壳层，并将银阳离子置换为锌或镉阳离子，实现对均匀金纳米颗粒进行硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）半导体壳层的包覆合成。...

杂化金/硫化镉和金/硫化锌核/壳纳米粒子的合成、表征与功能化

本文介绍了一种用于监测纳米颗粒掺入聚合物基体的可靠方法 通过...

利用直接荧光成像对纳米颗粒-聚合物复合材料进行高级组分分析

我们介绍一种利用两亲性聚合物和DNA对近红外荧光单壁碳纳米管（SWNTs）的晕相进行工程化改造的实验方案，旨在开发针对尚无已知识别元件的分子靶标的传感器。...

在单壁碳纳米管上利用仿生聚合物构建分子识别系统

本文描述并应用了一种制备基于树状大分子的非均匀纳米图案的方法，该方法可实现对局部精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）表面密度的纳米尺度调控，用于研究细胞黏附和软骨发生分化。...

基于树状大分子的非均匀纳米图案用于局部调控表面黏附性：一种引导软骨细胞定向分化的技术方法

介绍了一种电化学DNA生物传感器的制备方案，该传感器由聚乳酸稳定的、金纳米颗粒修饰的丝网印刷碳电极组成，用于检测副溶血性弧菌（Vibrio...

开发一种电化学DNA生物传感器以检测食源性病原体

本研究介绍了一种用于增强基于纳米探针生物传感信号的实验方案。该方案基于将氯金酸还原至现有纳米探针表面，这些纳米探针由金、银、二氧化硅或氧化铁纳米颗粒组成。...

快速纳米探针信号增强 原位 金纳米颗粒的合成

在本研究中，我们使用金纳米颗粒修饰碳纤维微电极，以提高神经递质检测的灵敏度。...

用于增强神经化学检测的金纳米颗粒修饰碳纤维微电极

在本研究中，我们提供了一种利用抗体对磁性纳米材料进行生物功能化的方案，以实现对特定细胞的靶向。作为示例，我们使用铁纳米线来靶向癌细胞。...

磁性纳米材料的生物功能化

本方案描述了一种用于表面增强拉曼散射的柔性基底的制备方法。该方法已成功用于低浓度R6G和福美双的检测。...

基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性表面增强拉曼散射（SERS）基底的制备用于超灵敏检测

学习利用聚多巴胺涂层对纳米金刚石进行表面功能化的方法，通过调节多巴胺浓度精确控制涂层厚度。该技术可扩展至金属纳米颗粒和磁性纳米颗粒，为材料科学与生物医学应用提供新途径。

受生物启发的纳米金刚石多巴胺表面修饰及其银纳米颗粒的还原作用

探索更多视频