Name: Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro anfifílicas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Aprende a sintetizar nanopartículas de oro anfifílicas con mezcla binaria de ligandos, garantizando reproducibilidad entre lotes y control de contaminantes inorgánicos. Este protocolo detalla la caracterización esencial para aplicaciones biológicas.

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Z.P.G. y F.S. agradecen a la Fundación Nacional Suiza en Ciencias y, específicamente, a la "Ingeniería de Sistemas Moleculares" del NCCR. Z.L. y F.S. agradecen el apoyo de la beca de la División II de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia. Todos los autores agradecen a Quy Ong por discusiones fructíferas y por revisar el manuscrito.

1. Síntesis de 11-mercapto-1-undecanesulfonato (MUS)
NOTA: Este protocolo se puede utilizar a cualquier escala deseada. Aquí, se describe una escala de producto de 10 g.
<ol><li>Sodio undec-10-enesulfonato
	<ol>
<li>Añadir 11-bromo-1-undeceno (25 mL, 111.975 mmol), sulfito sódico (28,75 g, 227,92 mmol) y bromuro de beniltrietilamilo (10 mg) a una mezcla de 200 ml de metanol (MeOH) y 450 ml de agua desionizada (DI) (4:9 v/v MeOH:H 2 O relación) en una proporción de 1 L redondo-flask (4:9 v/v MeOH:H2O) en una relación de 1 L .</li>
		<li>Reflujo de la mezcla de reacción a 102 oC durante 48 h. Tapar el sistema con un mecanismo de alivio de presión, por ejemplo, un globo con una aguja, o simplemente una aguja. Esta reacción no es sensible a los gases atmosféricos. NOTA: La solución se vuelve incolora cuando se completa la reacción.</li>
		<li>Conecte la mezcla de reacción a un evaporador rotatorio para evaporar MeOH y reducir el volumen a aproximadamente 300 ml.</li>
		<li>Transfiera la solución restante a un embudo de adición de 1 L.</li>
		<li>Extraiga la solución acuosa restante 5x con éter dietílico, utilizando el embudo de adición. 11-bromo-1-undeceno sin reaccionar permanece en la fase de éter dietílico y el producto sulfonado en H2O. ADVERTENCIA: Suelte cualquier acumulación de presión con frecuencia durante la extracción y consulte el uso correcto de embudos de adición.</li>
		<li>Recoja la solución de agua extraída final en un matraz de fondo redondo de un solo cuello de 1 L.</li>
		<li>Conecte el matraz de reacción a un evaporador rotatorio colocando un poco de grasa (o tiras de anillo de teflón o cualquier otro sellador) entre el matraz y la trampa.</li>
		<li>Disminuya el vacío lentamente para evaporar la fase acuosa en un evaporador rotatorio. Debido a que el producto es un surfactante, la formación de espuma se producirá durante la evaporación. Para evitar este problema, siga las instrucciones del siguiente paso.<ol>
<li>Añadir etanol a la mezcla para acelerar la evaporación de H2O y evitar la formación de espuma. Cuando se reinicie la formación de espuma debido a la disminución del contenido de etanol, detenga la evaporación, retire el matraz del evaporador rotatorio, agregue más etanol (alrededor de un tercio del volumen total) y vuelva a conectar el matraz al evaporador rotatorio. Repita este proceso hasta que la mezcla de la solución disminuya significativamente y no forme burbujas.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Seque el polvo blanco directamente conectando el matraz a un alto vacío. Cuanto más seco sea el polvo, menos sales inorgánicas se arrastrarán hacia los pasos posteriores. NOTA: El calor se puede utilizar para secar el producto, por ejemplo, manteniendo el matraz al vacío en un baño de 60 oC y dejenlo durante la noche.</li>
		<li>Suspenda el polvo blanco en 400 ml de metanol en un matraz. Sonicar para disolver la cantidad máxima de producto. NOTA: El objetivo de este paso es disolver el producto, pero no los subproductos inorgánicos, como el exceso de sulfito de sodio y bromuro de sodio, que tienen solubilidad limitada en metanol. Utilizar metanol con el menor contenido de agua posible, ya que el agua en el metanol aumentará la solubilidad de los subproductos inorgánicos en el disolvente.</li>
		<li>Para aumentar la solubilidad del producto, el metanol se puede calentar suavemente cerca de su punto de ebullición (64 oC). ADVERTENCIA: Asegúrese de trabajar bajo una campana de humos durante el calentamiento del matraz. Los humos del metanol evaporado son peligrosos.</li>
		<li>Filtrar la solución para eliminar los subproductos inorgánicos insolubles de metanol. Utilice un matraz de filtrado conectado a una bomba de vacío y un embudo de filtrado con papel de filtro cuantitativo o un filtro de borosilicato. Tanto el producto como las sales inorgánicas son polvos blancos cuando se secan: el producto es soluble en metanol, mientras que las sales no lo son.</li>
		<li>Transfiera la solución filtrada del matraz filtrante a un matraz de fondo redondo de 1 L.</li>
		<li>Conecte el matraz a un evaporador rotatorio y evapore la solución metanólica a 45 oC, vuelva a disolver el polvo blanco en metanol y filtre la solución (pasos de protocolo 1.1.7, 1.1.8 y 1.1.9). Repita este proceso al menos 2veces, para disminuir la cantidad de sal inorgánica.</li>
		<li>Recoger el polvo blanco soluble en metanol (aproximadamente 30 g, a esta escala).</li>
		<li>Disolver aproximadamente 10 mg de producto en 500 ml de D2O y transferir la solución a un tubo de RMN.</li>
		<li>Realice espectrometría de RMN 1H en el producto en D2O a 400 MHz con 32 escaneos. NOTA: Las asignaciones máximas para 1H NMR (D2O) son 5.97 (m, 1H), 5.09 (m, 2H), 2.95 (t, 2H), 2.10 (m, 2H), 1.77 (q, 2H), 1.44 (br s, 12H).</li>
	</ol></li>
	<li>Sodio 11-acetiltio-undecanesulfonato
	<ol>
<li>Disolver los 30 g aproximados de sodio undec-10-enesulfonato (el producto de reacción de la sección 1.1) en 500 ml de metanol dentro de un matraz de fondo redondo de 1 L. Añadir un exceso de ácido tioacético 2,6x a la solución y agitarlo delante de una lámpara UV (250 W) durante la noche (12 h). En caso de que una lámpara UV no esté disponible, la reacción se puede realizar mediante reflujo utilizando un iniciador radical, como azobisisobutyronitrile (AIBN); sin embargo, se recomienda encarecidamente el uso de una lámpara UV. ADVERTENCIA: Asegúrese de trabajar bajo la campana de humos en todo momento. Si el matraz necesita ser transportado a otro espacio donde se encuentra la lámpara UV, selle el matraz para evitar la propagación del fuerte olor del ácido tioacético. Tenga cuidado al utilizar una lámpara UV: bloquee completamente el espacio donde se encuentra la lámpara y consulte las pautas de seguridad de la institución sobre cómo operar una lámpara UV.</li>
		<li>Supervise la reacción tomando alícuotas de 2 ml de la reacción, evapore el disolvente y añada agua desenuteada para comprobarla con 1H de RMN. Una vez que los picos correspondientes a la doble unión desaparezcan, detenga la reacción. NOTA: Por lo general, después de 12 h delante de la lámpara UV, la reacción es completa. Si la mezcla de reacción se vuelve turbia, agregue más MeOH y continúe la exposición a la luz UV durante seis horas adicionales.</li>
		<li>Evaporar todo MeOH en un evaporador rotatorio hasta que el residuo sólido se vuelva rojo anaranjado. Si se deja lo suficiente, el producto se vuelve marrón a negro. ADVERTENCIA: Trabaje conscientemente debido a los fuertes olores del ácido tioacético. Los fuertes olores de cualquier derrame de tiolato se pueden neutralizar utilizando una solución acuosa de lejía (hipoclorito de sodio).</li>
		<li>Con un matraz filtrante, lave el producto con éter dietílico para eliminar cualquier exceso de ácido tioacético, hasta que no aparezcan más sustancias de color (naranja-amarillo) en el sobrenadante de éter dietílico. Secar el sólido bajo alto vacío y, luego, disolverlo en metanol, produciendo una solución de color amarillo a naranja. NOTA: Agregue suficiente metanol para disolver el producto. NOTA: El color puede variar en este paso.</li>
		<li>Añadir 3 g de negro de carbono a la solución, mezclar vigorosamente, y filtrar la mezcla a través del medio de filtración (ver Tabla de Materiales) que cubre dos tercios de un papel de filtro acanalado. NOTA: La estructura porosa del negro de carbono captura el material de producto lateral de color (y parte del producto). La solución filtrada debe estar clara. Si la solución filtrada sigue coloreada (amarillo), repita este proceso.</li>
		<li>Evaporar el disolvente completamente en un evaporador rotatorio y recoger aproximadamente 35 g de polvo blanco.</li>
		<li>Disolver 10 mg del producto en 500 ml de D2O y transferir la solución a tubos de RMN.</li>
		<li>Realice 1H NMR en el producto en D2O a 400 MHz con 32 escaneos. NOTA: Las asignaciones máximas para la RMN H (D2O) son 2.93 (t, 4H), 2.40 (s, 3H), 1.77 (m, 2H), 1.62 (m, 2H), 1.45 (br s, 14H).</li>
	</ol></li>
	<li>11-mercapto-1-undecanesulfonato (MUS)
	<ol>
<li>Reflujo de sodio 11-acetiltio-undecanesulfonato a 102 oC en 400 ml de 1 M HCl durante 12 h para cleave el grupo de tioacetato y obtener un tiol.</li>
		<li>Transfiera el producto a un matraz de fondo redondo de 1,5 L o 2 L. Añadir 200 mL de 1 M NaOH a la solución final y rematar con 400 mL de agua DI para tener un volumen final de 1 L. Esto mantendrá la solución ácida y evitará la cristalización de sales inorgánicas como subproducto. NOTA: Una neutralización completa de la solución a pH 7 dará lugar a la cristalización de un producto insoluble en metanol.</li>
		<li>Mantener la solución transparente a 4oC y cristalizará durante la noche. El producto cristaliza como cristales finos que son viscosos cuando están mojados. NOTA: Para acelerar la cristalización, añada MUS presintetizado a la solución, si está disponible.</li>
		<li>Decantar el sobrenadante transparente y centrifugar por el producto blanco viscoso en tubos centrífugos de 50 ml durante 5 min a 4.000 x g.</li>
		<li>Decantar el sobrenadante en otro matraz y secar los pellets blancos bajo alto vacío, dependiendo de la centrífuga disponible, esto puede ser de 2 - 16 tubos o más. NOTA: No se recomienda filtrar debido a la naturaleza tensioactivo del producto; espuma excesiva se producirá y la mayor parte del producto se perderá.</li>
		<li>Recoger aproximadamente 12 g (aproximadamente 30% de rendimiento) de MUS soluble en metanol de este paso de purificación. NOTA: Tenga en cuenta que el polvo es fino y electrostático: tiende a adherirse a las espátulas y las superficies de los recipientes. Además, se puede extraer más material del sobrenadante del paso de centrifugación reduciendo el volumen (a aproximadamente un tercio de su valor original) y manteniéndolo a 4oC. Disminuir el volumen aún más (en un 75%) para aumentar el rendimiento en este paso.</li>
		<li>Disolver 10 mg del producto en 500 ml de D2O y transferir la solución a tubos de RMN.</li>
		<li>Realice 1H NMR en el producto en D2O a 400 MHz con 32 escaneos. NOTA: Las asignaciones máximas de Rmn (D2O) son 2,93 (t, 4H), 2,59 (t, 3H), 1,78 (m, 2H), 1,65 (m, 2H), 1,44 (br s, 14H). La masa molar calculada (incluida la contraión de sodio) del producto es de 290,42 g/mol.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Síntesis de nanopartículas: Preparación de los reactivos
<ol><li>Limpie toda la cristalería (un matraz de fondo redondo de un solo cuello de 500 ml, un embudo de adición de 100 ml y un pequeño embudo) con agua regia fresca (tres partes de ácido clorhídrico a una parte de ácido nítrico). Enjuague la cristalería con una cantidad excesiva de agua dentro de una campana de humos y retire todos los humos. A continuación, enjuague la cristalería con etanol y séquela en un horno de cristalería de laboratorio (se recomienda 40 - 60 oC).</li>
	<li>Pesar 177,2 mg (0,45 mmol) de cloruro de oro (III) trihidrato (HAuCl4x 3H2O) en un vial de vidrio pequeño (10 o 20 ml de viales de vidrio limpio, o en papel de pesaje).</li>
	<li>Pesar 87 mg (0,3 mmol) MUS en un vial de vidrio de 20 ml.</li>
	<li>Añadir 10 ml de metanol para disolver el MUS. Sonicarlo en un baño ultrasónico hasta que no haya material sólido visible, para asegurar la disolución completa. NOTA: Alternativamente, con una pistola de calor o un baño caliente (60 oC), caliente la solución suavemente. Cuando se caliente, pase agua fría por el exterior del matraz para devolverla a temperatura ambiente.</li>
	<li>Añadir 26 l (0,15 mmol) de OT a la solución de metanol y agitarlo para mezclar los ligandos.</li>
	<li>Pesar 500 mg (13 mmol) de borohidruro de sodio (NaBH4) y añadirlo a 100 ml de etanol en el matraz de fondo redondo de 250 ml. Revuelva vigorosamente con agitación magnética (600 - 800 rpm). (El NaBH4 tarda de 10 a 20 minutos, dependiendo del grado, para formar una solución clara en etanol.)</li>
</ol>3. Síntesis de nanopartículas de oro
<ol><li>Disolver la sal dorada en 100 ml de etanol en el matraz de fondo redondo de 500 ml y empezar a agitar a 800 rpm con una barra magnética en una placa de agitación. Asegúrese de que la sal dorada se disuelva por completo.</li>
	<li>Coloque un embudo de adición de 100 ml por encima del matraz de fondo redondo. Coloque un embudo en la parte superior del embudo de adición con un filtro de papel cuantitativo en el interior. Cuando el NaBH4 se disuelva en etanol, comience a filtrar la solución en el embudo de adición a través del papel de filtro en el embudo.</li>
	<li>Agregue la solución de ligando a la mezcla de reacción. Espere 15 minutos para la formación de complejo de oro-tiolado. El cambio de color de la mezcla de reacción de amarillo translúcido a amarillo turbón indica la formación de complejo oro-tiolado.</li>
	<li>Comience a agregar la solución NaBH4 filtrada desde el embudo de adición en sentido contrario. Ajuste el tiempo de intervalo de las gotas para que la adición de NaBH4 tome aproximadamente 1 h.</li>
	<li>Después de la adición completa de NaBH4,retire el embudo. Sigue agitando la reacción durante otra hora. Al final de la reacción, retire la barra de agitación magnética utilizando un imán colocado en el exterior del matraz.</li>
	<li>Use un tabique para cerrar el matraz y perforar una aguja en el tabique para liberar el gas H2 que evolucionará después de la reacción.</li>
	<li>Mantenga la mezcla de reacción dentro de un refrigerador de laboratorio (4 oC) para precipitar las nanopartículas durante la noche.</li>
</ol>4. El retoque de la síntesis
<ol><li>Decantar el etanol sobrenadante para reducir el volumen.</li>
	<li>Transfiera el precipitante restante a tubos centrífugos de 50 ml y centrífuga durante 3 min a 4.000 x g.</li>
	<li>Decantar el sobrenadante, dispersar las nanopartículas de nuevo con etanol por vórtice, y centrifugar de nuevo. Repita este proceso de lavado 4x.</li>
	<li>Seque las nanopartículas al vacío para eliminar el etanol residual.</li>
	<li>Para limpiar las nanopartículas de ligandos/moléculas hidrófilas libres, disolver los precipitados en 15 ml de agua DI y transferirlos a los tubos centrífugos con una membrana de filtración de 30 kDa de peso molecular de corte. La diálisis también es susceptible para este procedimiento.</li>
	<li>Centrifugar estos tubos durante 5 min a 4.000 x g para concentrar la solución de nanopartículas.</li>
	<li>Añadir 15 ml de agua DI a esta solución y centrifugar para volver a concentrar. Repita este proceso de limpieza al menos 10 veces. NOTA: Una indicación de que se han eliminado las impurezas solubles en agua es la ausencia de espuma al agitar los residuos acuosos; después de todo, la mayoría de las impurezas son disulfuros de MUS consigo mismo o con OT (esto se puede determinar mediante la recopilación del material y la realización de 1H NMR).</li>
	<li>Después de la centrifugación, transfiera las nanopartículas concentradas a un tubo centrífugo de 15 ml. Para convertir las nanopartículas en un polvo manejable, precipitalas en un disolvente como la acetona o liofilíce la solución acuosa restante. Cuando se congelan, las nanopartículas tienden a formar un polvo suelto que se adhiere a las superficies y puede ser difícil de manipular.</li>
</ol>5. Caracterización de las nanopartículas
<ol><li>
Pureza
	<ol>
<li>Para comprobar si las nanopartículas están libres de ligandos no unidos, disolver 5 mg de nanopartículas secas en 600 oL de D2O y realizar una medición de RMN de 1H de las partículas. Si no hay picos agudos de los ligandos, significa que las nanopartículas están libres de pequeñas moléculas orgánicas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Relación de ligando
	<ol>
<li>Preparar una solución de 20 mg/mL de metanol-d4 de yodo. Añadir 600 ml de esta solución a los 5 mg de nanopartículas en un vial de vidrio, para grabar las nanopartículas.</li>
		<li>Envuelva la tapa del vial con película de parafina y sonicarla en un baño ultrasónico durante 20 minutos. Transfiera la solución a un tubo de RMN y adquiera un espectro de RMN de 1H (400 MHz) con 32 escaneos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Densidad de ligando
	<ol>
<li>Transfiera de 2 a 8 mg de nanopartículas a un crisol TGA. Elija un rango de temperatura de 30 oC a 900 oC y una velocidad de 5 oC por minuto bajo N2 gas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Distribución del tamaño
	<ol>
<li>
Tem
		<ol>
<li>Preparar 0,1 mg/ml de solución de nanopartículas en agua DI. Suelte 5 ml de la solución preparada en la rejilla de cobre con soporte de carbono de 400 mallas. Espera a que se seque.</li>
			<li>Transfiera la rejilla en un soporte TEM e insértela en el microscopio. Adquirir de 5 a 10 imágenes con un aumento de al menos 64.000X, operados a 200 kV. NOTA: Para aumentar el contraste, se puede insertar una apertura objetiva de 20 nm.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Espectros UV-Vis
		<ol>
<li>Prepare una solución de nanopartículas de 0,2 mg/ml en agua DI.</li>
			<li>Coloque la cantidad requerida de esta solución en la cubeta de cuarzo y escanee de 200 nm a 700 nm.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Huang, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+surface+compositional+and+structural+heterogeneity+on+nanoparticle-protein+interactions%3A+Different+protein+configurations%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Effects of surface compositional and structural heterogeneity on nanoparticle-protein interactions: Different protein configurations.</a> ACS Nano. 8 (6), 5402-5412 (2014).</li>
<li>Van Lehn, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free+energy+change+for+insertion+of+charged%2C+monolayer-protected+nanoparticles+into+lipid+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Free energy change for insertion of charged, monolayer-protected nanoparticles into lipid bilayers.</a> Soft Matter. 10 (4), 648-658 (2014).</li>
<li>Ong, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Ligand+Shell+for+Mixed-Ligand+Coated+Gold+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Characterization of Ligand Shell for Mixed-Ligand Coated Gold Nanoparticles.</a> Accounts of Chemical Research. 50 (8), 1911-1919 (2017).</li>
<li>Marbella, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NMR+techniques+for+noble+metal+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">NMR techniques for noble metal nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 27 (8), 2721-2739 (2015).</li>
<li>Templeton, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactivity+of+Monolayer-Protected+Gold+Cluster+Molecules+Steric+Effects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Reactivity of Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules Steric Effects.</a> Journal of American Chemical Society. 120 (8), 1906-1911 (1998).</li>
<li>Harkness, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+structural+mass+spectrometry+strategy+for+the+relative+quantitation+of+ligands+on+mixed+monolayer-protected+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A structural mass spectrometry strategy for the relative quantitation of ligands on mixed monolayer-protected gold nanoparticles.</a> Analytical Chemistry. 82 (22), 9268-9274 (2010).</li>
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Los autores no tienen nada que revelar.

Este protocolo describe primero la síntesis del ligando MUS y, a continuación, la síntesis y caracterización de nanopartículas de oro MUS:OT anfifílicas. Sintetizar MUS con un contenido mínimo de sal permite una mejor fiabilidad de la relación estequiométrica entre los ligandos durante la síntesis de nanopartículas, que es un factor clave para la síntesis reproducible de nanopartículas MUS:OT con un hidrofóbico objetivo contenido (Figura 8). El uso de metanol como disolvente común para MUS y...

La cáscara de ligando de nanopartículas de oro se puede diseñar para exhibir varias propiedades diferentes que se pueden aplicar para abordar los desafíos en la biomedicina1,2,3,4. Esta versatilidad permite el control de las interacciones intermolecularesentre nanopartículas y biomoléculas 5,6,7. La hidrofobicidad y la carga juegan un papel decisivo, así como otros parámetros superficiales que afectan a la forma en que las nanopartículas interactúan conlasbiomoléculas5,8,9. Para ajustar las propiedades superficiales de las nanopartículas, la elección de moléculas tioladas que componen la cáscara de ligando ofrece un sinfín de posibilidades, de acuerdo con las características buscadas. Por ejemplo, una mezcla de moléculas de ligandocon grupos extremos hidrófobos e hidrófilos (por ejemplo, cargados) se utilizan a menudo para generar nanopartículas anfifílicas10,11.
Un ejemplo destacado de este tipo de nanopartículas está protegido por una mezcla de OT y MUS (en adelante llamadas nanopartículas MUS:OT) que se ha demostrado que poseen muchas propiedades relevantes12,13,14. En primer lugar, con una composición de cáscara de ligando de 66% MUS (en adelante 66:34 MUS:OT), la estabilidad coloidal de las nanopartículas es alta, alcanzando hasta 33% de peso en agua desionizada, así como en solución salina tamponada de fosfato (1x, 4 mM fosfato, 150 mM NaCl)15. Además, estas partículas no se precipitan a valores de pH relativamente bajos: por ejemplo, a pH 2.3 y con concentraciones de sal de 1 M NaCl15,estas nanopartículas permanecen coloidialmente estables durante meses. La relación estequiométrica entre las dos moléculas en la cáscara de ligando es importante porque dicta la estabilidad coloidal en soluciones con una alta resistencia iónica16.
Se ha demostrado que estas partículas atraviesan la membrana celular sin portarla, a través de una vía independiente de la energía1,12. La fusión espontánea entre estas partículas y bicapas lipídicas subyace su difusividad a través de las membranas celulares17. El mecanismo detrás de esta interacción es la minimización del contacto entre una superficie hidrofóbica accesible al disolvente y moléculas de agua tras la fusión con bicapas de lípidos18. En comparación con las nanopartículas de MUS (nanopartículas que tienen sólo el ligando MUS en su caparazón), la mayor hidrofobicidad en nanopartículas mixtas MUS:OT (por ejemplo, en una composición de 66:34 MUS:OT) aumenta el intervalo del diámetro del núcleo que puede fusionarse con lípidos bicapas18. Diferentes organizaciones de autoensamblaje de la cáscara de ligando se correlacionan con distintos modos de unión de nanopartículas MUS:OT 66:34 con diversas proteínas, como la albúmina y la ubiquitina, en comparación con las partículas de TODO MUS19. Recientemente, se ha informado que las nanopartículas 66:34 MUS:OT se pueden utilizar como un agente antiviral de amplio espectro que destruye irreversiblemente los virus debido a las fijaciones electrostáticas multivalentes de ligandos MUS y acoplamientos no locales de ligandos OT a cápside proteínas14. En todos estos casos, se ha encontrado que el contenido hidrofóbico, así como el tamaño del núcleo de las nanopartículas, determina cómo se llevan a cabo estas interacciones bionanométricas. Estas diversas propiedades de las nanopartículas MUS:OT han provocado muchos estudios de simulación por ordenador que tenían como objetivo aclarar los mecanismos que sustentan las interacciones entre las partículas MUS:OT y diversas estructuras biológicas como las bicapas de lípidos20.
La preparación de nanopartículas Au protegidas por MUS:OT plantea algunos desafíos. En primer lugar, el ligando cargado (MUS) y el ligando hidrófobo (OT) son inmiscibles. Por lo tanto, la solubilidad de las nanopartículas y de los ligandos debe tenerse en cuenta a lo largo de la síntesis, así como durante la caracterización. Además, la pureza de las moléculas de ligando MUS —específicamente, el contenido de sales inorgánicas en el material de partida— influye en la calidad, reproducibilidad, así como en la estabilidad coloidal a corto y largo plazo de las nanopartículas.
Aquí, se describe una síntesis detallada y caracterización de esta clase de nanopartículas de oro anfifílico protegidas por una mezcla de MUS y OT. Se informa de un protocolo para la síntesis del ligando MUS cargado negativamente para garantizar la pureza y, por lo tanto, la reproducibilidad de diferentes sintetizadores de nanopartículas. A continuación, se informa en detalle del procedimiento para generar estas nanopartículas, basado en una síntesis monofásica común, seguida de una purificación exhaustiva. Se han combinadovarias técnicas de caracterización 21 necesarias, como TEM, UV-Vis, TGA y NMR, para obtener todos los parámetros necesarios para cualquier otro experimento biológico.

<table><tbody><tr><td>11-bromo-1-undecene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>467642-25 ml</td><td></td></tr><tr><td>Sulfito de sodio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S0505-250 g</td><td></td></tr><tr><td>Bromuro de benciltrietilo-amonio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>147125-25 g</td><td></td></tr><tr><td>Metanol</td><td>VWR</td><td>BDH1135-2.5 LP</td><td></td></tr><tr><td>Agua DI</td><td>Millipore</td><td>ZRXQ003WW</td><td>Agua desionizada</td></tr><tr><td>1 L redondo matraz de fondo</td><td>DURAN</td><td>24 170 56</td><td></td></tr><tr><td>Éter dietílico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1.00930 EMD Millipore</td><td></td></tr><tr><td>Barra de agitación</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z329207,Dow</td><td></td></tr> <tr><td>Corning Grasa de alto vacío</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z273554 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Matraz filtrante</td><td>DURAN</td><td>20 201 63</td><td></td></tr><tr><td>Embudo filtrante Buchner</td><td>FisherSci</td><td></td><td></td>11707335</tr><tr><td>Etanol >99.8%, ACS, Reactivo</td><td>VWR</td><td>2081.321DP</td><td></td></tr><tr><td>Dióxido de deuterio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>151882 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Ácido tioacético 96%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T30805 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Negro de humo</td><td>Sigma Aldrich</td><td>05105-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Celite</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D3877 SIGMA-ALDRICH</td><td>Medio de filtración</td></tr><tr><td>Condensador</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z531154</td><td></td></tr><tr><td>Ácido clorhídrico, reactivo ACS 37%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Hidróxido de sodio, BioXtra, pellets (anhidro)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de centrífuga</td><td>VWR</td><td>525-0155P</td><td></td></tr><tr><td>250 mL matraz de fondo redondo</td><td>DURAN</td><td>24 170 37</td><td></td></tr><tr><td>Matraz de fondo redondo de 500 mL</td><td>DURAN</td><td>24 170 46</td><td></td></tr><tr><td>Ácido nítrico, reactivo fACS 70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>438073 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Trihidrato de cloruro de oro(III) >99,9% base de trazas</td><td>Sigma Aldrich</td><td>520918 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>1-octanethiol >98,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>471836 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Borohidruro de sodio purum p.a.>96%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71320 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>embudo de adición</td><td>SIgma Aldrich</td><td>Z330655 SIGMA</td><td></td></tr><tr><td>Embudo</td><td>DURAN</td><td>21 351 46</td><td></td></tr><tr><td>2V Papeles filtrantes plegados</td><td>Whatman</td><td>1202-150</td><td></td></tr><tr><td>Filtros Amicon</td><td>Merck</td><td>UFC903024</td><td></td></tr><tr><td>Yodo, reactivo ACS, >99,8%, sólido</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207772 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de RMN de 5 mm, tipo 5HP (alta precisión)</td><td>Armar</td><td>32210.503</td><td>Longitud 178 mm</td></tr><tr><td>Metanol-d4 99.8 atom%D</td><td>Armar</td><td>16400.2035</td><td></td></tr><tr><td>Crisol TGA</td><td>Thepro</td><td>9095-9270.45</td><td></td></tr><tr><td>malla 400 rejilla de cobre soportada por carbono</td><td>Microscopía electrónica Science</td><td>CF400-Cu</td><td></td></tr><tr><td>cubeta de cuarzo</td><td>Hellma Analytics</td><td>100-1-40</td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis y caracterización de nanopartículas de oro anfifílicas

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Las nanopartículas de oro cubiertas con una mezcla de ácido sulfónico (MUS) de 1-octanethiol (OT) y 11-mercapto-1-undecano (MUS) han sido ampliamente estudiadas debido a sus interacciones con membranas celulares, bicapas lipídicas y virus. Los ligandos hidrófilos hacen que estas partículas sean coloidalmente estables en soluciones acuosas y la combinación con ligandos hidrófobos crea una partícula anfifílica que se puede cargar con fármacos hidrófobos, se fusionan con las membranas lipídicas y resisten adsorción de proteínas. Muchas de estas propiedades dependen del tamaño de las nanopartículas y de la composición de la cáscara de ligando. Por lo tanto, es crucial contar con un método sintético reproducible y técnicas de caracterización fiables que permitan la determinación de las propiedades de las nanopartículas y la composición de la cáscara de ligando. Aquí, se presenta una reducción química de una fase, seguida de una purificación a fondo para sintetizar estas nanopartículas con diámetros inferiores a 5 nm. La relación entre los dos ligandos en la superficie de la nanopartícula se puede ajustar a través de su relación estequiométrica utilizada durante la síntesis. Demostramos cómo se combinan varias técnicas rutinarias, como la microscopía electrónica de transmisión (TEM), la resonancia magnética nuclear (RMN), el análisis termogravimétrico (TGA) y la espectrometría ultravioleta visible (UV-Vis), con caracterizar los parámetros fisicoquímicos de las nanopartículas.

Los pasos de reacción para sintetizar MUS se muestran en la Figura1. Los espectros de RMN 1H del producto de cada paso se representan en la Figura2. El flujo de trabajo de síntesis de las nanopartículas binarias de oro anfifílico MUS:OT se describe en la Figura3. Después de la síntesis, el estudio de las nanopartículas consistió en lavar las partículas varias veces con etanol y agua DI. An...

Las nanopartículas de oro anfifílico se pueden utilizar en muchas aplicaciones biológicas. Se presenta un protocolo para sintetizar nanopartículas de oro recubiertas por una mezcla binaria de ligandos y una caracterización detallada de estas partículas.

Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro anfifílicas

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Este protocolo aborda la reproducibilidad de lote a lote de nanopartículas de sulfonato y oro anfifílico que nuestro laboratorio utiliza en experimentos con células, virus y proteínas. Esta técnica aborda los contaminantes inorgánicos comunes a este tipo de síntesis. También introduce controles y equilibrios después de cada paso para garantizar la reproducibilidad de las nanopartículas de oro anfifílico.Esta técnica es laboriosa y requiere paciencia. El nivel de dificultad depende de la escala, así que comience a pequeña escala y familiarícese con cada instrumento y paso antes de escalar verticalmente. En primer lugar, agregue 11-bromo-1-undeceno, sulfito sódico y bromuro de bencimetillammonio a 200 mililitros de metanol y 450 mililitros de agua desionizada, en un matraz de fondo redondo de un litro.Reflujo la mezcla de reacción a 102 grados centígrados durante 48 horas hasta que la solución se vuelva incolora. Después del trabajo, suspender el polvo blanco aislado en 400 mililitros de metanol en un matraz inferior redondo. Con un matraz filtrante y un filtro de borosilicato, filtre la solución para eliminar los subproductos inorgánicos insolubles de metanol.A continuación, disolve

synthesis-and-characterization-of-amphiphilic-gold-nanoparticles

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

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Aquí, presentamos un método sistemático que describe el autoensamblaje cuasi-reversible de los agregados de oro de 20 nm recubiertos de beta amiloide 1-40 (Aβ 1-40). La red cuasi-reversible dependiente del tamaño nanométrico entre péptidos se correlacionó con aminoácidos específicos o secciones del monómero Aβ 1-40.

Caracterización del autoensamblaje reversible dependiente del pH de coloides de oro recubiertos de beta amiloide 1-40

Aprende a sintetizar nanopartículas de oro anfifílicas con mezcla binaria de ligandos, garantizando reproducibilidad entre lotes y control de contaminantes inorgánicos. Este protocolo detalla la caracterización esencial para aplicaciones biológicas.

Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro anfifílicas

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