Gold Nanostar Synthesis mit einem Silver Seed vermitteltes Wachstum Methode
15. Januar 2012
Wir synthetisierten sternförmigen Gold nanostars mit einem silbernen Saat vermitteltes Wachstum Methode. Der Durchmesser der nanostars reicht von 200 bis 300 nm und die Anzahl der Spitzen variieren von 7 bis 10. Die Nanopartikel haben eine große Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Modus im nahen Infrarot zentriert.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, goldene Nanosternen mittels silberbasierter Keimbildung und anschließendem Wachstumsverfahren herzustellen. Dazu werden zunächst Silberkeime synthetisiert und anschließend in die Wachstumslösung gegeben, wodurch schließlich goldene Nanosternen mit einer Größe von 200 Nanometern entstehen. Der Vorteil der Verwendung von Silberkeimen gegenüber Goldkeimen liegt in der Herstellung von goldenen Nanosternen mit kleineren Kernen und längeren Auswüchsen bei hoher Ausbeute und Stabilität.
Für ein Experiment benötigen Sie sechs Vials, zwei Lenkmagnete, sechs ULA-Pulver aus Goldchlorid, Silbernitrat, Natriumhydroxid, Natriumcitrat, Ascorbinsäure und CTAB, deionisiertes Wasser, einen Timer sowie Pipetten. Außerdem benötigen Sie die Lenkplatte und die Waage zum Mischen, Erwärmen und Wiegen verschiedener Verbindungen; optional kann Aluminiumfolie verwendet werden, um die Lösung vor Licht zu schützen. Der erste Schritt besteht darin, zellulare Sätze herzustellen, indem man Natriumcitrat, zelluläres Nitrat und Natriumborhydrid verwendet.
Nehmen Sie Natriumcitrat und wiegen Sie es mithilfe einer Waage ab. Geben Sie 10 Milliliter entionisiertes Wasser hinzu, mischen Sie beides und prüfen Sie das Fläschchen per Hand, um die Lösung aufzulösen und die gewünschte Konzentration zu erhalten. Beschriften Sie das Fläschchen mit den erforderlichen Angaben.
Stellen Sie eine Stammlösung von zellulärem Nitrat her, indem Sie eine beliebige Masse nehmen und mit 10 Milliliter destilliertem Wasser mischen. Berechnen Sie die Molarität der Lösung und schützen Sie sie vor Licht, indem Sie sie mit Folie abdecken oder an einem dunklen Ort aufbewahren. Stellen Sie ein Natriumbohrydrid-Hydrat her.
Stellen Sie das Gefäß in einen Eimer mit Eis und anschließend in einen Kühlschrank. Überprüfen Sie die Lösung nicht mit dem Vortex. Herr, beginnen Sie, die Zeit zu nehmen.
Die frisch hergestellte Lösung wird innerhalb von 15 Minuten verwendet, was ausreichend Zeit ist, um sie gemäß diesem Diagramm abzukühlen. Nehmen Sie ein Gefäß, stellen Sie es auf eine Rührplatte, geben Sie ein Magnetröhrchen hinein sowie 10 Milliliter Wasser. Geben Sie die berechnete Menge aus der Stammlösung von Zellnitrat hinzu, um eine Endkonzentration von 2,5 × 10⁻⁴ M zu erreichen.
Beginnen Sie mit dem Rühren der Lösung. Geben Sie Natriumcitrat zur Lösung hinzu. Nehmen Sie nach 15 Minuten das Natriumborhydrid aus dem Kühlschrank und geben Sie es zur Lösung hinzu.
Mit einem einzigen schnellen Hub färbt sich die Lösung sofort gelb; rühren Sie fünf Minuten lang um. Danach das Rühren stoppen, den Magneten herausnehmen und das Gefäß vor Licht geschützt lagern. Schließen Sie das Gefäß nicht.
Lassen Sie es vor der Verwendung zwei Stunden lang ruhen. Dies sind die Bilder von Silberkeimen, die mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop aufgenommen wurden. Der nächste Schritt ist die Herstellung einer Wachstumslösung, gefolgt von der Zugabe der Silberkeime.
Nach diesem Schema eine gewünschte Konzentration einer Scic-Säure und 10 Milliliter einer konzentrierten Goldchloridlösung herstellen. Die Temperatur der Platte auf 30 Grad Celsius einstellen. Sobald sie heiß ist, ein Vial mit 20 Milliliter Wasser darauf stellen und die Set-up-Lösung vorbereiten.
Stellen Sie sofort ein Magnet in das Gefäß und beginnen Sie mit dem Rühren. Nachdem sich die CA vollständig aufgelöst hat und die Lösung klar wird, schalten Sie das Heizgerät aus, lassen aber das Rühren weiterlaufen. Nun benötigen Sie zelluläres Nitrat, Goldchlorid als Kor-Fälle und Silberkeime.
Um die Synthese abzuschließen. Nehmen Sie zunächst die bereits vorbereitete Stammlösung des zellulären Nitrats und geben die berechnete Menge in die Ansatzlösung. Beginnen Sie mit der Zeitnahme nach einer Minute Ed.Berechnetes Volumen der Goldchlorid-Stammlösung.
Nach einer weiteren Minute, sobald Acobi zugegeben wird, wird die Lösung innerhalb von 20 Sekunden farblos; fügen Sie acht Portionen von jeweils 50 Mikrolitern Silberkeime hinzu. Die Lösung beginnt, sich blau zu färben und anschließend braun zu verfärben. Isolieren Sie die Nanopartikellösung und bewahren Sie sie 24 Stunden lang auf, damit die Partikel wachsen können.
Für eine höhere Wahrscheinlichkeit, gute Nano-Sterne zu erhalten, können Sie mehrere Lösungen gleichzeitig herstellen. Manchmal kann es vorkommen, dass die Saatlösung die falsche Farbe annimmt oder ihre Oberfläche verschmutzt, was gewöhnlich darauf zurückzuführen ist, dass der Magnet nicht sehr sauber ist. In solchen Fällen müssen Sie die Saatlösung erneut vorbereiten, während Sie die Wachstumslösung herstellen.
Wenn Sie nicht unmittelbar nach dem Hinzufügen des Sit-Up-Pulvers zum Wasser mit dem Rühren beginnen, bildet sich SITA als Gel am Boden, das dann sehr schwer zu entfernen ist. Bevor Sie diese goldenen Nanosterne für die Abbildungsspektroskopie oder ein anderes Experiment verwenden, sollten Sie sie waschen, um CTAP aus der Lösung zu entfernen. CTAP kann bei Raumtemperatur kristallisieren, um die Kristalle aufzulösen.
Erhitzen Sie die Lösung auf bis zu 30 Grad Celsius oder verwenden Sie heißes Leitungswasser, bis die Kristalle verschwunden sind. Geben Sie die Lösung in Zentrifugenröhrchen und Zentrifugieren Sie zwei Minuten lang. Zentrifugieren Sie die Lösung fünf Minuten bei 730 RCF, wobei sich die Nanosterne an der Wand des Röhrchens ablagern. Entfernen Sie so viel wie möglich von der Lösung mit der Pipette, wobei darauf geachtet werden muss, die Nanopartikel nicht zu entfernen, und Zentrifugieren Sie erneut zwei Minuten lang.
Wiederholen Sie den Waschvorgang noch zweimal bei 460 und 300 und A-T-R-C-F für jeweils drei Minuten. Nun sind die Nanopartikel bereit für die Abbildungsspektroskopie und das Experiment. Die Aufnahmen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop gewonnen.
Diese Abbildung zeigt die Absorptionsspektren von Gold, Nano-Sternen und zellulären Strukturen. Nachdem Sie dieses Video angesehen haben, sollten Sie in der Lage sein, Gold-Nano-Sterne mit hoher Ausbeute und Instabilität zu synthetisieren. Größe von 200 Nanometern.
Die Anzahl der Spitzen variiert zwischen sieben und zehn, und die oberflächenvermittelte Plasmonenresonanz liegt im nahen Infrarotbereich. Diese Nanosterne können in der photothermischen Ablation, der Arzneimittelabgabe und in vielen weiteren biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden.
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Übersicht
Diese Studie konzentriert sich auf die Synthese sternförmiger goldener Nanosterne unter Verwendung einer silberbasierten Keimbildung mit nachfolgendem Wachstum. Die resultierenden Nanosterne weisen Durchmesser zwischen 200 und 300 nm auf und besitzen 7 bis 10 Spitzen, wodurch sie einen breiten Oberflächenplasmonresonanzmodus im nahen Infrarotbereich zeigen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Nanotechnologie
- Materialwissenschaft
- Synthese von Nanopartikeln
Hintergrund
- Goldnanosternen sind Nanopartikel mit einzigartigen optischen Eigenschaften.
- Das silberne Keim-vermittelte Wachstum ermöglicht die Herstellung von Nanosternen mit kleineren Kernen.
- Diese Nanopartikel finden Anwendung in der biomedizinischen Bildgebung und Therapie.
- Das Verständnis ihrer Synthese ist entscheidend, um ihre Eigenschaften zu optimieren.
Zweck der Studie
- Synthese von Gold-Nanosternen mit kontrollierter Größe und Morphologie.
- Untersuchung der Vorteile der Verwendung von Silber-Keimen im Syntheseprozess.
- Verbesserung der Stabilität und Ausbeute der hergestellten Nanopartikel.
Verwendete Methoden
- Synthese von Silberkeimen, gefolgt von deren Einbindung in eine Wachstumslösung.
- Verwendung verschiedener chemischer Reagenzien, darunter Goldchlorid und Silbernitrat.
- Kontrolle der Reaktionsbedingungen wie Temperatur und Mischung.
- Isolierung der Lösung vor Licht mithilfe von Aluminiumfolie.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Synthese von Gold-Nanosternen mit Durchmessern von 200–300 nm.
- Die Nanosterne wiesen 7 bis 10 Spitzen auf, wodurch ihre optischen Eigenschaften verbessert wurden.
- Ein breiter Oberflächenplasmonresonanz-Modus wurde im nahen Infrarotbereich beobachtet.
- Mit Silber-Keimen wurden hohe Ausbeute und Stabilität erreicht.
Schlussfolgerungen
- Die silberinduzierte Wachstumsmethode eignet sich zur Synthese von goldenen Nanosternen.
- Die hergestellten Nanosternstrukturen weisen potenzielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen auf.
- Eine weitere Optimierung der Syntheseparameter könnte ihre Eigenschaften verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausführliche Bedeutung für die Industrie
Über ein silberbasiertes Keimwachstum synthetisierte Gold-Nanosterne bieten eine abstimmbare Oberflächenplasmonenresonanz im nahen Infrarotbereich, die eine präzise Zielgerichtetheit in biomedizinischen Anwendungen wie der photothermischen Ablation und der Arzneimittelabgabe ermöglicht. Die Methode erreicht eine hohe Ausbeute und Stabilität bei kontrollierter Morphologie und unterstützt somit eine vorhersagbare Zuverlässigkeit im Design von Nanomaterialien für die therapeutische Entwicklung. Dadurch stellt die Technik eine skalierbare und reproduzierbare Plattform für die präklinische Evaluierung von Nanotherapeutika dar.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung plasmonischer Eigenschaften für zielgerichtete photothermische Effekte.
- Operativer Wert: Ermöglicht die reproduzierbare Synthese einheitlicher Nanosterne mit 7–10 Spitzen für eine konsistente biologische Aktivität.
- Prädiktiver Wert: Die Nahinfrarot-Absorption bei 840 nm erlaubt die Modellierung der Gewebedurchdringung zur Abschätzung des therapeutischen Index.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt stabile kolloidale Suspensionen, die sich für die Hochdurchsatz-Screening von photothermischen Wirkstoffen eignen.
- Operativer Wert: Eine Ausbeute von 70 % an Nanosternen gewährleistet ausreichend Material für die Replikation von Assays und die Profilierung der Dosis-Wirkungs-Beziehung.
- Skalierbarkeit: Die Chargensynthese ermöglicht die parallele Herstellung für Screenings unter mehreren Bedingungen.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationskontinuität: Die nahinfrarote Resonanz entspricht den Transparenzfenstern des Gewebes für die Modellierung der photothermischen Therapie in vivo.
- Präklinische Relevanz: Ermöglicht die Untersuchung der Biodistribution und Ausscheidung von Nanosternen in krankheitsrelevanten Systemen.
- Risikominderung: Die Vermittlung durch Silber-Keime verringert die Variabilität zwischen Chargen und verbessert die Zuverlässigkeit der Sicherheits- und Wirksamkeitsprofile.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in den Kontinuum der nanotherapeutischen Entdeckung von der frühen Materialsynthese bis zur präklinischen Validierung ein und ermöglicht iterative Design-Test-Zyklen für plasmonische Nanopartikel.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Hypothesenprüfung zur formabhängigen zellulären Aufnahme und photothermischen Umwandlungseffizienz.
- Screening: Liefert quantifizierbare optische Ergebnisse (Spitzenabsorption, Spitzenanzahl) zum Vergleich von Synthesebedingungen.
- Analytik: REM und UV-Vis liefern strukturelle und funktionale Messgrößen, um die Morphologie mit der Leistung zu korrelieren.
- Translationale Forschung: Die Aktivität im nahen Infrarotbereich ermöglicht die Übertragung auf präklinische Modelle der photothermischen Ablation.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Die Standardisierung des Protokolls erlaubt den Technologietransfer zwischen Chemie-, Pharmakologie- und Toxikologieteams.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Mechanistische Einblicke in das anisotrope Wachstum durch silberne Keimbildung reduzieren die empirische Optimierung.
- Operativer Wert: Definierte Reagenzienverhältnisse und Temperaturkontrollen gewährleisten die Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge.
- Strategischer Wert: Ermöglicht eine schnelle Iteration im Nanostern-Design zur Identifizierung von Lead-Substanzen in photothermischen Plattformen.
- Portfolio-Wirkung: Erleichtert Go/No-Go-Entscheidungen basierend auf reproduzierbarer Ausbeute und spektraler Vorhersagbarkeit.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der kolloidalen Synthese und der Charakterisierung von Nanomaterialien.
- Benötigt temperaturgesteuerte Heizplatten, magnetische Rührer und Lichtabschirmungsmöglichkeiten.
- Setzt standardisierte Protokolle für die Vorbereitung der Keime und das Mischen der Wachstumslösungen über verschiedene Teams hinweg voraus.
- Muss die Aggregation von Nanopartikeln während der Lagerung und der Waschschritte berücksichtigen.
- Ist durch den Bedarf an einer Nachreinigung nach der Synthese zur Entfernung von CTAP-Kristalliten begrenzt.
