Este documento describe un protocolo para la síntesis de nanorods de oro, basado en el uso de hidroquinona como agente reductor, además de los diferentes mecanismos para el control de su tamaño y la relación de aspecto.
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Artículo de método
Hidroquinona basado Síntesis de oro Nanorods
En este artículo
Resumen
Resumen
Las nanovarillas de oro son un tipo importante de nanopartículas caracterizadas por propiedades plasmónicas peculiares. A pesar de su uso generalizado en nanotecnología, los métodos sintéticos para la preparación de nanovarillas de oro aún no están completamente optimizados. En este artículo describimos un nuevo protocolo de dos pasos, altamente eficiente, basado en el uso de hidroquinona como agente reductor suave. Nuestro enfoque permite la preparación de nanovarillas con un buen control de tamaño y relación de aspecto (AR) simplemente variando la cantidad de bromuro de hexadecil trimetilamonio (CTAB) e iones de plata (Ag+) presentes en la "solución de crecimiento". Mediante el uso de este método, es posible reducir notablemente la cantidad de CTAB, un reactivo costoso y citotóxico, necesario para obtener la forma alargada. Las nanovarillas de oro con una relación de aspecto de aproximadamente 3 se pueden obtener en presencia de solo 50 mM de CTAB (frente a los 100 mM utilizados en el protocolo estándar basado en el uso de ácido ascórbico), mientras que las nanovarillas de oro más cortas se obtienen utilizando una concentración tan baja como 10 mM.
Introducción
Las nanopartículas de oro (AuNPs) son una de las nanoestructuras más extendidas y prometedores para ser utilizados en aplicaciones biomédicas. Su uso es esencial en muchas de punto de cuidado de diagnóstico in vitro productos 1 Ellos se han propuesto como una herramienta eficaz para un número de otras aplicaciones diferentes:. Como agente de contraste en los estudios de imagen, 2 como un sistema de suministro de medicamento 3 y como medicamentos para la termoterapia inducida por la luz (o la terapia fototérmica). 4 el gran potencial de AuNPs ha conducido, en los últimos veinte años, una intensa investigación sobre el desarrollo de la nueva síntesis que es capaz de aumentar el control sobre el tamaño y la forma obtenida. 5 esto se debe a los diferentes tipos de AuNPs son de hecho más adecuados que otros para aplicaciones específicas.
Entre las diferentes nanoestructuras de oro, oro nanorods (AuNRs) han surgido como uno de los sistemas más interesantes. AuNRs se caracterizan por dos plasmopicos nic asociados con la oscilación de los electrones a lo largo de la dirección longitudinal y los ejes transversales, respectivamente. 6, es especialmente importante que la posición del pico longitudinal más intensa se puede ajustar precisamente entre 620 y 800 nm, dependiendo de la relación de aspecto de las barras de . Esta región coincide con la ventana biológica, 7, donde los tejidos humanos casi no absorben la luz, lo que permite el desarrollo de una serie de aplicaciones fotónicas en vivo que implica AuNPs.
A pesar de un gran interés en este tipo de nanoestructuras, los protocolos sintéticos para la preparación de AuNRs sufren de varias limitaciones. En la mayoría de los casos, nanorods se preparan de acuerdo con un método de dos pasos desarrollado por Sau y compañeros de trabajo. 8 En su protocolo, nanorods se sintetizan mediante la reducción de iones de oro utilizando ácido ascórbico en presencia de semillas de oro preformados, iones de plata y una cantidad grande de bromuro de hexadecil trimetilamonio (CTAB), acsurfactante lineal ationic.
El inconveniente de este protocolo es que el rendimiento de reducción de iones de oro es relativamente baja (alrededor del 20%) 9 y que una gran cantidad de CTAB, un reactivo caro que da cuenta de más de la mitad del costo total de los reactivos en la síntesis, se necesita. El desarrollo de una ruta sintética nuevo y más eficiente es desde allí considera que es una necesidad importante, lo que permite la difusión de enfoques biomédicos a base de AuNRs.
En la primera parte de este trabajo, presentamos un protocolo optimizado para la preparación de AuNR que tiene una relación de aspecto de aproximadamente tres. La síntesis se basa en el uso de hidroquinona como un agente reductor suave y permite la preparación de AuNR con una reducción casi cuantitativa de iones de oro, haciendo uso de una cantidad reducida de CTAB. 10 Este protocolo para la preparación de los AuNRs se basa en un enfoque de dos etapas, donde se utilizan semillas de oro en un "sol de crecimientolución ".
En la segunda parte, nos muestran cómo sintonizar finamente el tamaño y la relación de aspecto de la AuNR obtenida de dos maneras. La primera manera, similar al protocolo estándar basado en el ácido ascórbico, es variar la cantidad de iones de plata presentes en la "solución crecimiento". La segunda forma en que se basa en la variación de la cantidad de CTAB que puede ser reducido a una concentración de 10 mM (cerca de la concentración micelar crítica informado por el proveedor) para obtener nanorods cortos bien definidos.
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Protocolo
1. Síntesis de oro Nanorods
Nota: Use agua altamente purificada en todas partes.
- Preparación de las semillas de oro
- Disolver 364.4 mg de bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) en 5 ml de agua, bajo ultrasonidos a 40 ° C hasta que la solución se vuelve transparente. Deje que la solución de CTAB se enfríe a temperatura ambiente.
- Por separado, preparar 5 ml de ácido tetracloroáurico (HAuCl4) en agua (0,5 mM).
- Añadir la solución de HAuCl4 a la solución de CTAB en agitación magnética vigorosa, manteniendo la temperatura constante a 27 ° C.
- Preparar 600 l de borohidruro de sodio (NaBH4) solución en agua (10 mM) a 4 ° C. Añadir esta solución a la mezcla con agitación vigorosa. Compruebe si el color de la solución cambia inmediatamente de amarillo a marrón.
- Se agita la suspensión durante 20 minutos antes de su uso. Guarde la suspensión semillas durante no más de 24 horas a tempera ambientetura.
- Comprobar las dimensiones de las semillas usando un espectrofotómetro UV-Vis. Asegúrese de que las semillas son lo suficientemente pequeño (alrededor de 2 nm) que se utilizarán en la preparación de nanorods oro por espectroscopia UV-visible.
Nota: Spectrum debe ser similar a lo que se informa en la Figura 1 las semillas más grandes identificados por la presencia de un pico alrededor de 505 a 520 nm plasmónica no deben ser utilizados, ya que son propensos a producir nanopartículas esféricas..
- Preparación de la "solución de crecimiento" de oro nanorods.
- Disolver 182,2 mg CTAB junto con 22 mg de hidroquinona en 5 ml de agua a 40 ° C usando ultrasonidos. Enfriar la solución a 27 ° C.
- Preparar 200 l de nitrato de plata, 4 mM de solución (AgNO3).
- Por separado, preparar 5 ml de solución 1 mM de ácido tetracloroáurico (HAuCl4).
- Primero se debe agregar la solución de nitrato de plata preparada en el paso 1.2.2. A continuación, añadir el Haucl solución de 4 preparado en la etapa 1.2.3 a la solución de CTAB y la hidroquinona preparado en la etapa 1.2.1 bajo agitación magnética.
- Inmediatamente después, añadir en agitación magnética de 12 l de la suspensión semillas previamente preparada de acuerdo con el protocolo informaron en el paso 1.1 y dejar que el comienzo de la reacción. Compruebe si la suspensión cambia de color en aproximadamente 30 minutos.
- Controlar la formación de los nanobastones marcando el espectro UV-visible de la suspensión, tal como se describe en la sección 4, cada 5 min. Continúe hasta que el espectro es estable. Para permitir la formación completa de los nanobastones, dejar la suspensión en agitación durante otros 30 minutos (Figura 2).
- Dividir la suspensión en tubos (1 ml de suspensión de cada tubo) y se centrifuga a 10.000 xg durante 10 min. nanorods oro forman un precipitado oscuro en la parte inferior del tubo.
- Resuspender el precipitado de cada tubo en 1 ml de agua. Mezclar el contenido de los tubos y almacenar la suspensión de oro nanorods a temperatura ambiente.
- Caracterizar los nanobastones obtenidas por microscopía electrónica de transmisión y la espectroscopia UV-visible como se describe en la sección 4 (Figura 3).
2. Ajuste de la Relación de Aspecto de Nanorods variando la concentración de iones Ag +
- Preparar una solución de nitrato de plata con una concentración de 4 mM, la disolución de 3,4 mg AgNO 3 en 5 ml de agua.
- Preparar en tres diferentes viales de la solución con CTAB e hidroquinona como se describe en la sección 1.2.1, respectivamente, y añadir 100 l, 150 l ó 200 l de solución de nitrato de plata.
- Añadir la HAuCl4 solución preparada según la etapa 1.2.3 y proceder con la preparación de oro nanorods como se describe desde el punto 1.2.5.
- Caracterizar los nanobastones obtenidos por espectroscopia UV-visible y microscopía electrónica de transmisión. Viales con menores cantidades de Ag + se reresultar en nanobastones más cortos (relación de aspecto de 2 y 2,2, respectivamente) (Figura 4).
3. Ajuste de la Relación de Aspecto de Nanorods variando la concentración de CTAB
- Preparar diferentes lotes de oro nanorods con diferentes concentraciones de CTAB en la "solución de crecimiento". Use concentraciones de 10 mM a 100 mM para producir nanorods de oro que tienen diferente tamaño y relación de aspecto. Las concentraciones de CTAB utilizados en cada experimento se resumen en la Tabla 1 con la correspondiente cantidad de miligramos utilizado. Disolver las diferentes cantidades de CTAB siempre con 22 mg de hidroquinona en 5 ml de agua.
- Añadir 200 l de solución de nitrato de plata (preparado de acuerdo con el paso 1.2.2) y 5 ml de solución de HAuCl4 (preparado según la forma descrita en el paso 1.2.3) en cada vial con agitación magnética.
- Añadir 12 l de suspensión de semillas y observar el cambio de color de la mezcla final.
- Detenerla agitación cuando el color de la suspensión y el espectro de UV-visible se estabilizan; el tiempo de reacción depende de la concentración de CTAB en la solución de crecimiento.
- Centrifugar a 10.000 xg durante 10 min y se resuspenden en agua.
- Caracterizar los nanobastones obtenidos por espectroscopia UV-visible y microscopía electrónica de transmisión. A menor concentración de CTAB resultará en nanorods más cortos, mientras que una concentración más alta dará nanorods más largos pero más grandes. En contra de la relación de aspecto de los nanorods será más alto en el rango de alrededor de 40 a 50 mM y disminuirá tanto a concentraciones más bajas y más altas (Figura 5 y Figura 6).
4. Caracterización de oro Nanorods
- Espectroscopía UV-visible
- Diluir 100 l de solución de nanorods con 400 l de agua en un micro-cubeta de plástico y adquirir el espectro de absorción UV-visible (longitud de onda entre 400 y 840 nm)de acuerdo con el protocolo del fabricante.
- Recoger los espectros UV-visible (longitud de onda entre 400 y 840 nm) de la solución de crecimiento cada 5 min con el fin de estudiar la cinética de la reacción.
- Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM)
- Recoger imágenes TEM de cada muestra de nanorods, para la medición del tamaño y de la relación de aspecto de los nanorods obtenidos. Preparar las muestras colocando una gota de suspensión (4 l) en un ultra-delgadas rejillas de cobre de malla 200 Formvar recubierto con y dejar secar al aire a 4 ° C. Analizar la muestra a TEM usando un voltaje de aceleración de 200 kV de acuerdo con el protocolo del fabricante.
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Resultados
UV espectros visible de las semillas de oro se puede ver en la Figura 1. UV espectros visible adquirido en diferentes momentos después de la inyección de las semillas de oro se presenta en la Figura 2. Imágenes UV espectros visible y microscópico electrónico de transmisión (TEM) de los nanorods oro obtenidos se muestra en la Figura 3. imágenes microscópicas UV visible espectros y la transmisión de electrones (TEM) de nanorods oro con dif...
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Discusión
El protocolo que se presenta aquí se aplica hidroquinona, una molécula aromática caracterizado por un potencial de reducción débil, para producir nanorods de oro. Hay dos ventajas principales de la presente protocolo hacia la ruta sintética más comúnmente empleado basado en el uso de ácido ascórbico: la primera es que la hidroquinona es capaz de reducir casi cuantitativamente los iones de oro que permiten la producción de una mayor cantidad de nanorods oro 11 La. este último es dada por el hecho de que requie...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
La financiación de esta investigación fue proporcionada por el Ministerio de Salud italiano en el marco de EuroNanoMed II (Proyectos Europeos de Investigación Innovadora y Desarrollo Tecnológico en Nanomedicina, título del proyecto: ''InNaSERSS'').
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cloruro de oro (III) trihidrato | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Hidroquinona | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Nitrato de plata | Sigma Aldrich | 209139 | tóxico |
| Borohidruro de sodio | Sigma Aldrich 480886 | ||
| Bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Toxicología aguda. (oral). En este estudio probamos tres lotes diferentes de CTAB (H5882) de Sigma Aldrich. Dos de ellos estaban marcados como hechos en China, mientras que uno como hecho en la India. En nuestra experiencia, solo los lotes marcados como hechos en China fueron efectivos para la preparación de AuNR. |
| Espectrofotómetro | Thermo scientific | Nanodrop 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
Referencias
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Reimpresiones y permisos
