Modificación de superficie bio-inspirado de la Polydopamine de nano-diamantes y su reducción de nanopartículas de plata

Este método puede ayudar a responder preguntas clave sobre la funcionalización eficaz de la superficie del nanodiamante, que tienen amplias aplicaciones en la ciencia de los materiales y la biomedicina. Este método se puede utilizar para nanodiamantes. También se puede aplicar para otros materiales, como nanopartículas metálicas, nanopartículas magnéticas o superficies que necesitan un recubrimiento activo de biopolímero.

En este método, los nanodiamantes se funcionalizan con un recubrimiento de polidopamina, un adhesivo universal. El espesor de la capa PDA está bien controlado por la variación de la concentración de dopamina. Para empezar, disolver 30,29 gramos de polvo HCl tris en 100 microlitros de agua desionizada.

Transfiera la solución a un matraz volumétrico de 250 mililitros. Llene el matraz hasta la línea con agua desionizada y mezcle para obtener un tampón HCl de tris molares. A partir de esta solución de stock, prepare 20 mililitros de búfer HCl de 0,1 tris molares HCl por dilución en serie.

Mientras monitorea el tampón con un medidor de pH, ajuste el pH a 8.5 usando un ácido clorhídrico molar. A continuación, diluir 0,02 mililitros de una suspensión de un miligramo por mililitro de nanodiamantes monocristalinos de 100 nanómetros a un mililitro con el tampón de pH de 8,5 tris. Revuelva la mezcla durante 10 minutos para obtener una suspensión de nanodiamante de 0,02 miligramos por mililitro.

Luego, disolver 20 miligramos de clorhidrato de dopamina en dos mililitros de pH 8.5 tampón tris, por vórtex durante 30 segundos para obtener un buffered 10 miligramos por mililitro solución de clorhidrato de dopamina. Añadir cinco, 7.5, o 10 microlitros de la solución de dopamina recién preparada a la solución de nanodiamantes, dependiendo de si se desea una concentración final de clorhidrato de dopamina de 50, 75, o 100 miligramos por mililitro. Después de ajustar el volumen de reacción, revuelva vigorosamente la mezcla a 25 grados centígrados durante 12 horas en la oscuridad.

Luego, transfiera la suspensión de nanodiamantes recubiertos de polidopamina a un tubo centrífugo de 1,5 mililitros, y centrifugarlo a 16.000 g durante dos horas. Retire el sobrenadante y lave los nanodiamantes tres veces con porciones de un mililitro de agua desionizada a 16.000 g durante una hora cada vez. A continuación, agregue 200 microlitros de agua desionizada a los sólidos lavados, y sonicar la mezcla durante 30 segundos para redisperse los nanodiamantes recubiertos de polidopamina.

Diluir en serie 40 microlitros de una suspensión de nanodiamantes recubiertos de polidopamina dos veces con agua desionizada. Luego, disolver 100 miligramos de nitrato de plata en 10 mililitros de agua desionizada por vórtice. En una campana de humo, agregue un amoníaco acuoso molar a la solución de nitrato de plata, gota a gota, hasta que se forme un precipitado amarillo, agitando periódicamente la solución.

Continuar añadiendo amoníaco hasta que el precipitado desaparezca para obtener una solución de hidróxido de plata de diamina. Añadir inmediatamente 4,3 o 6,4 microlitros de la solución de plata de diamina a 40 microlitros de la dispersión diluida de nanodiamantes, para una concentración final de 0,4 o 0,6 miligramos por mililitro respectivamente. Después de esto, ajuste el volumen a 100 microlitros con agua desionizada.

Sonicar la mezcla durante 10 minutos. Luego, centrifugar la dispersión durante 15 minutos a 16.000 g para eliminar los iones de plata libres. Deseche el sobrenadante y lave los nanodiamantes recubiertos de polidopamina decorados con nanopartículas de plata centrifugando los centrifugando tres veces en porciones de 100 microlitros de agua desionizada a 16.000 g durante cinco minutos cada vez.

Agregue 100 microlitros de agua desionizada a los nanodiamantes decorados con nanopartículas de plata y los redirúle por sonicación durante 30 segundos. Caracterice los nanodiamantes con el escaneo de espectroscopia UV-Vis de 250 a 550 nanómetros. A continuación, deposite cinco microlitros de los nanodiamantes decorados con nanopartículas de plata en rejillas de cobre recubiertas de carbono limpiadas por plasma, y déjelas reposar durante tres minutos.

A continuación, eliminar el exceso de solución con papel de filtro. Lave cada rejilla tres veces aplicando una gota de agua desionizada, dejándola reposar durante 15 segundos y luego absorbiéndola con papel de filtro. Deje que las rejillas se sequen al aire antes de visualizar las muestras con microscopía electrónica de transmisión.

Los nanodiamantes no recubiertos tendían a formar microcúmulos y agregados, mientras que los nanodiamantes recubiertos de polidopamina formaban buenas dispersiones. Concentraciones más altas de dopamina resultaron en la formación de capas de polidopamina más gruesas en las superficies de nanodiamantes. La dispersión de nanodiamantes sin recubrimiento era clara e incolora.

Al recubrir los nanodiamantes con una capa de polidopamina de cinco nanómetros de espesor, la dispersión parecía turbia y marrón. La apariencia de dispersión se hizo progresivamente más oscura con recubrimientos de polidopamina más gruesos. La reducción de la plata de diamina en nanodiamantes recubiertos con una capa de polidopamina de 15 nanómetros de espesor fue más exitosa cuando la concentración de hidróxido de plata de diamina fue de 0,4 a 0,6 miligramos por mililitro.

Los nanodiamantes formados a concentraciones más bajas eran demasiado pequeños para ser estudiados eficazmente. Los valores máximos de absorbancia indicaban que las nanopartículas se formaban a partir de las soluciones de 0,4 a 0,6 miligramos por mililitro tenían diámetros de aproximadamente 20 y 30 nanómetros respectivamente. TEM mostró que las nanopartículas de plata generadas a partir de la solución de plata de diamina de 0,4 miligramos por mililitro tenían unos 24 nanómetros de ancho, mientras que las nanopartículas generadas a partir de la solución de 0,6 miligramos por mililitro tenían unos 28 nanómetros de ancho.

El número de nanopartículas en las superficies de nanodiamantes también fue mayor a la mayor concentración de plata de diamina. Después de usar este procedimiento, se formaron nanodiamantes bien dispersos con un espesor de PDA controlable. Esta técnica allana el camino para que los investigadores exploren aplicaciones de nanodiamantes para catalizadores, biosensores y nanoportadoras.

Sin utilizar ningún agente reductor adicional, el proceso de materialización asistido por PDA puede inducir la formación de nanopartículas de plata tras la reducción de precursores metálicos e inmovilizarlas en la superficie recubierta de PDA. Además, las capas PDA contienen grupos funcionales abiertos que se pueden utilizar más adelante para conjugar biomoléculas seriales y modificadas por aminas.