Name: Synthèse et caractérisation des nanoparticules dor amphiphiles (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Découvrez la synthèse de nanoparticules d'or amphiphiles avec reproductibilité inter-lots pour applications biologiques. Ce protocole détaillé assure une caractérisation rigoureuse et une qualité optimale.

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Z.P.G. et F.S. remercient la Fondation nationale suisse pour la science et, en particulier, le NCCR 'Molecular Systems Engineering'. Z.L. et F.S. remercient le soutien de la subvention de la Division II de la Fondation nationale suisse pour la science. Tous les auteurs remercient Quy Ong pour les discussions fructueuses et pour la relecture du manuscrit.

1. Synthèse de 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
REMARQUE : Ce protocole peut être utilisé à n'importe quelle échelle souhaitée. Ici, une échelle de 10 g de produit est décrite.
<ol><li>Sodium undec-10-enesulfonate
	<ol>
<li>Ajouter 11-bromo-1-undecene (25 ml, 111.975 mmol), sulfite de sodium (28,75 g, 227,92 mmol), et bromure de benzyltriethylammonium (10 mg) à un mélange de 200 mL de méthanol (MeOH) et 450 mL d'eau déionisée (DI) (4:9 v/v MeOH:H2O ratio) dans un 1 L rond-bas flask .</li>
		<li>Refluxer le mélange de réaction à 102 oC pendant 48 h. Bouchonner le système avec un mécanisme de soulagement de la pression, par exemple, un ballon avec une aiguille, ou tout simplement une aiguille. Cette réaction n'est pas sensible aux gaz atmosphériques. REMARQUE : La solution devient incolore lorsque la réaction est terminée.</li>
		<li>Connectez le mélange de réaction à un évaporateur rotatif pour évaporer MeOH et réduire le volume à environ 300 ml.</li>
		<li>Transférer la solution restante sur un entonnoir de 1 L.</li>
		<li>Extraire la solution aqueuse restante 5x avec de l'éther diéthyle, à l'aide de l'entonnoir d'addition. Unreacted 11-bromo-1-undecene reste dans la phase diéthyle et le produit sulfonated dans H2O. CAUTION: Relâchez fréquemment toute accumulation de pression pendant l'extraction, et consultez l'utilisation correcte des entonnoirs d'addition.</li>
		<li>Recueillir la solution finale d'eau extraite dans un flacon à un seul cou à fond de 1 L.</li>
		<li>Connectez le flacon de réaction à un évaporateur rotatif en plaçant un peu de graisse (ou des bandes d'anneau de téflon ou tout autre scellant) entre le flacon et le piège.</li>
		<li>Diminuer le vide lentement pour évaporer la phase aqueuse dans un évaporateur rotatif. Parce que le produit est un surfactant, la mousse se produira pendant l'évaporation. Pour contourner ce problème, suivez l'instruction dans l'étape suivante.<ol>
<li>Ajouter de l'éthanol au mélange pour accélérer l'évaporation de H2O et éviter la mousse. Lorsque la mousse redémarre en raison de la diminution de la teneur en éthanol, arrêtez l'évaporation, retirez le flacon de l'évaporateur rotatif, ajoutez plus d'éthanol (environ un tiers du volume total) et reconnectez le flacon à l'évaporateur rotatif. Répétez ce processus jusqu'à ce que le mélange de solution diminue de manière significative et ne forme pas de bulles.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Séchez la poudre blanche directement en connectant le flacon à un vide élevé. Plus la poudre est sèche, moins les sels inorganiques se glisseront dans les étapes suivantes. REMARQUE : La chaleur peut être utilisée pour sécher le produit, par exemple en gardant le flacon sous vide dans un bain de 60 oC et laissé toute la nuit.</li>
		<li>Suspendre la poudre blanche dans 400 ml de méthanol dans un flacon. Sonicate pour dissoudre la quantité maximale de produit. REMARQUE : Le but de cette étape est de dissoudre le produit mais pas les sous-produits inorganiques, tels que le sulfite de sodium excessif et le bromure de sodium, qui ont la solubilité limitée dans le méthanol. Utilisez du méthanol avec la plus faible teneur en eau possible, car l'eau dans le méthanol augmentera la solubilité des sous-produits inorganiques dans le solvant.</li>
		<li>Pour augmenter la solubilité du produit, le méthanol peut être chauffé en douceur près de son point d'ébullition (64 oC). CAUTION: Assurez-vous de travailler sous une hotte de fumée pendant le chauffage de la fiole. Les fumées du méthanol évaporé sont dangereuses.</li>
		<li>Filtrer la solution pour éliminer les sous-produits inorganiques du méthanol. Utilisez un flacon de filtrage relié à une pompe à vide et un entonnoir filtrant avec du papier filtre quantitatif, ou un filtre borosilicate. Le produit et les sels inorganiques sont des poudres blanches lorsqu'ils sont secs : le produit est soluble dans le méthanol, alors que les sels ne le sont pas.</li>
		<li>Transférer la solution filtrée du flacon filtrant vers un flacon à fond rond de 1 L.</li>
		<li>Connectez le flacon à un évaporateur rotatif et évaporez la solution méthanol à 45 oC, redissolvez la poudre blanche dans le méthanol et filtrez la solution (étapes du protocole 1,1,7, 1,1,8 et 1,1,9). Répétez ce processus au moins 2x, pour diminuer la quantité de sel inorganique.</li>
		<li>Recueillir la poudre blanche soluble au méthanol (environ 30 g, à cette échelle).</li>
		<li>Dissoudre environ 10 mg de produit dans 500 oL de D2O et transférer la solution dans un tube RMN.</li>
		<li>Effectuez une spectrométrie NMR 1H sur le produit en D2O à 400 MHz avec 32 scans. REMARQUE: Les affectations de pointe pour 1H RmN (D2O) sont de 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>Sodium 11-acetylthio-undecanesulfonate
	<ol>
<li>Dissoudre les quelque 30 g de sodium undec-10-enesulfonate (le produit de réaction de la section 1.1) dans 500 ml de méthanol à l'intérieur d'un flacon à fond rond de 1 L. Ajouter un excès de 2,6 x d'acide thioacétique à la solution et remuer devant une lampe UV (250 W) pendant la nuit (12 h). Dans le cas où une lampe UV n'est pas disponible, la réaction peut être effectuée par reflux à l'aide d'un initiateur radical, comme l'azobisisobutyronitrile (AIBN); cependant, l'utilisation d'une lampe UV est fortement recommandée. CAUTION: Assurez-vous de travailler sous le capot de fumée en tout temps. Si le flacon doit être transporté dans un autre espace où se trouve la lampe UV, scellez le flacon pour éviter de répandre la forte odeur d'acide thioacétique. Faites preuve d'attention lors de l'utilisation d'une lampe UV : bloquez complètement l'espace où se trouve la lampe et consultez les directives de sécurité de l'établissement sur la façon d'utiliser une lampe UV.</li>
		<li>Surveillez la réaction en prenant des aliquots de 2 ml de la réaction, évaporez le solvant, et ajoutez de l'eau deuterated pour vérifier avec 1H RmN. Une fois que les pics correspondant à la double liaison disparaissent, arrêtez la réaction. REMARQUE: Habituellement, après 12 h devant la lampe UV, la réaction est complète. Si le mélange de réaction devient turbide, ajouter plus de MeOH et continuer l'exposition à la lumière UV pendant six heures supplémentaires.</li>
		<li>Évaporez tout Le MeOH dans un évaporateur rotatif jusqu'à ce que le résidu solide devienne rouge orangé. S'il est laissé assez longtemps, le produit devient brun à noir. CAUTION: Travailler consciencieusement en raison des fortes odeurs de l'acide thioacétique. Les fortes odeurs de tout déversement de thiolate peuvent être neutralisées à l'aide d'une solution aqueuse d'eau de Javel (hypochlorite de sodium).</li>
		<li>À l'aide d'une fiole filtrante, laver le produit à l'éthethyle diéthyle pour éliminer tout excès d'acide thioacétique, jusqu'à ce qu'aucune substance de couleur (jaune orange) n'apparaisse dans le supernatant d'éther diéthyle. Séchez le solide sous vide élevé et, ensuite, dissoudre dans le méthanol, ce qui donne une solution jaune à orange. REMARQUE : Ajouter suffisamment de méthanol pour dissoudre le produit. REMARQUE: La couleur peut varier à cette étape.</li>
		<li>Ajouter 3 g de noir de carbone à la solution, mélanger vigoureusement et filtrer le mélange à l'intérieur d'un milieu de filtration (voir Tableau des matériaux)couvrant les deux tiers d'un papier filtre cannelé. REMARQUE : La structure poreuse du noir de carbone capture le matériau coloré de produit latéral (et une partie du produit). La solution filtrée doit être claire. Si la solution filtrée est encore colorée (jaune), répétez ce processus.</li>
		<li>Évaporer complètement le solvant dans un évaporateur rotatif et recueillir environ 35 g de poudre blanche.</li>
		<li>Dissoudre 10 mg du produit dans 500 oL de D2O et transférer la solution dans des tubes RMN.</li>
		<li>Effectuer 1H RMN sur le produit en D2O à 400 MHz avec 32 scans. REMARQUE: Les affectations de pointe pour le H NMR (D2O) sont 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-undecanesulfonate(MUS)
	<ol>
<li>Reflux sodium 11-acetylthio-undecanesulfonate à 102 oC dans 400 ml de 1 M HCl pendant 12 h pour couper le groupe de thioacetate et obtenir un thiol.</li>
		<li>Transférer le produit dans un flacon à fond rond de 1,5 L ou 2 L. Ajouter 200 ml de 1 M NaOH à la solution finale et garnir avec 400 ml d'eau DI pour avoir un volume final de 1 L. Ceci maintiendra la solution acide et empêchera la cristallisation des sels inorganiques comme sous-produit. REMARQUE : Une neutralisation complète de la solution au pH 7 se traduira par la cristallisation d'un produit insoluble dans le méthanol.</li>
		<li>Gardez la solution claire à 4 oC et elle se cristallisera pendant la nuit. Le produit se cristallise sous forme de cristaux fins qui sont visqueux lorsqu'ils sont mouillés. REMARQUE : Pour accélérer la cristallisation, ajoutez muséal présynthétisé à la solution, si disponible.</li>
		<li>Décant le supernatant clair et la centrifugeuse vers le bas le produit blanc visqueux dans des tubes de centrifugeuse de 50 ml pendant 5 min à 4.000 x g.</li>
		<li>Décanter le supernatant dans un autre flacon et sécher les granulés blancs sous vide élevé, selon la centrifugeuse disponible, cela peut être de 2 à 16 tubes ou plus. REMARQUE : Le filtrage n'est pas conseillé en raison de la nature surfactante du produit; une mousse excessive se produira et la plupart du produit sera perdu.</li>
		<li>Recueillir environ 12 g (environ 30% de rendement) de musÉ méthanol soluble de cette étape de purification. REMARQUE : Soyez conscient que la poudre est fine et électrostatique , elle a tendance à coller aux spatules et aux surfaces des récipients. En outre, plus de matériel peut être extrait du supernatant de l'étape de centrifugation en réduisant le volume (à environ un tiers de sa valeur originale) et en le maintenant à 4 oC. Diminuer encore plus le volume (de 75%) d'augmenter le rendement à cette étape.</li>
		<li>Dissoudre 10 mg du produit dans 500 oL de D2O et transférer la solution dans des tubes RMN.</li>
		<li>Effectuer 1H RMN sur le produit en D2O à 400 MHz avec 32 scans. REMARQUE: Les affectations de pointe de H NMR (D2O) sont 2,93 (t, 4H), 2,59 (t, 3H), 1,78 (m, 2H), 1,65 (m, 2H), 1,44 (br s, 14H). La masse molaire calculée (y compris la contre-ion de sodium) du produit est de 290,42 g/mol.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Synthèse des nanoparticules : Préparation des réactifs
<ol><li>Nettoyer toute la verrerie (une vitre de 250 ml et une flacon à un cou rond à col unique de 500 ml, un entonnoir de 100 ml et un petit entonnoir) avec de l'aqua regia frais (trois parties d'acide chlorhydrique à une partie d'acide nitrique). Rincer la verrerie avec un excès d'eau à l'intérieur d'un capot de fumée et enlever toutes les fumées. Ensuite, rincez la verrerie à l'éthanol et séchez-la dans un four de verrerie de laboratoire (40 à 60 oC est recommandé).</li>
	<li>Peser 177,2 mg (0,45 mmol) de trihydrate de chlorure d'or (III) (HAuCl4x 3H2O) dans un petit flacon de verre (10 ou 20 ml de flacons de verre propre, ou sur du papier de pesage).</li>
	<li>Peser 87 mg (0,3 mmol) de MUS dans une fiole de verre de 20 ml.</li>
	<li>Ajouter 10 ml de méthanol pour dissoudre le MUS. Sonicate-le dans un bain à ultrasons jusqu'à ce qu'aucun matériau solide ne soit visible, pour assurer une dissolution complète. REMARQUE : Alternativement, à l'aide d'un pistolet thermique ou d'un bain chaud (60 oC), chauffez doucement la solution. Lorsqu'il est chauffé, faire couler l'eau froide à travers l'extérieur du flacon pour la ramener à la température ambiante.</li>
	<li>Ajouter 26 l (0,15 mmol) d'OT à la solution de méthanol et l'agiter pour mélanger les ligands.</li>
	<li>Peser 500 mg (13 mmol) de borohydride de sodium (NaBH4) et l'ajouter à 100 ml d'éthanol dans le flacon à fond rond de 250 ml. Remuer vigoureusement en remuant magnétique (600 à 800 tr/min). (Le NaBH4 prend de 10 à 20 min, selon la catégorie, pour former une solution claire dans l'éthanol.)</li>
</ol>3. Synthèse des nanoparticules d'or
<ol><li>Dissoudre le sel d'or dans 100 ml d'éthanol dans le flacon à fond rond de 500 ml et commencer à remuer à 800 tr/min avec une barre magnétique sur une plaque en mouvement. Assurez-vous que le sel d'or se dissout complètement.</li>
	<li>Placez un entonnoir d'ajout de 100 ml au-dessus du flacon à fond rond. Placez un entonnoir sur le dessus de l'entonnoir d'addition avec un filtre de papier quantitatif à l'intérieur. Lorsque le NaBH4 est dissous dans l'éthanol, commencer à filtrer la solution dans l'entonnoir d'addition à travers le papier filtre dans l'entonnoir.</li>
	<li>Ajouter la solution ligand au mélange de réaction. Attendez 15 min pour la formation du complexe d'or-thiolate. Le changement de couleur du mélange de réaction du jaune translucide au jaune turbide indique la formation du complexe d'or-thiolate.</li>
	<li>Commencez à ajouter la solution NaBH4 filtrée à partir de l'entonnoir d'ajout goutte à goutte. Ajuster le temps d'intervalle des gouttes de sorte que l'ajout de NaBH4 prend environ 1 h.</li>
	<li>Après l'ajout complet de NaBH4, retirer l'entonnoir. Continuez à remuer la réaction pendant une autre heure. À la fin de la réaction, retirez la barre magnétique en remuant à l'aide d'un aimant placé à l'extérieur du flacon.</li>
	<li>Utilisez un septum pour fermer le flacon et percer une aiguille dans le septum pour libérer le gaz H2 qui évoluera après la réaction.</li>
	<li>Conserver le mélange de réaction à l'intérieur d'un réfrigérateur de laboratoire (4 oC) pour précipiter les nanoparticules pendant la nuit.</li>
</ol>4. Mise en place de la synthèse
<ol><li>Décant l'éthanol supernatant pour réduire le volume.</li>
	<li>Transférer le reste des tubes de centrifugeuse de 50 ml et de la centrifugeuse pendant 3 min à 4 000 xg.</li>
	<li>Décant le supernatant, dispersez à nouveau les nanoparticules avec de l'éthanol par vortexing, et les centrifugez à nouveau. Répétez ce processus de lavage 4x.</li>
	<li>Séchez les nanoparticules sous vide pour enlever l'éthanol résiduel.</li>
	<li>Pour nettoyer les nanoparticules des ligands/molécules hydrophiles libres, dissoudre les précipités dans 15 ml d'eau DI et les transférer aux tubes centrifugeurs avec une membrane de filtration de 30 kDa de poids moléculaire de coupure. La dialyse est également favorable à cette procédure.</li>
	<li>Centrifuger ces tubes pendant 5 min à 4 000 x g pour concentrer la solution de nanoparticules.</li>
	<li>Ajouter 15 ml d'eau DI à cette solution et centrifugeuse pour se concentrer à nouveau. Répétez ce processus de nettoyage au moins 10x. REMARQUE : Une indication que les impuretés solubles dans l'eau ont été enlevées est l'absence de mousse lors de l'agitation des déchets aqueux; après tout, la plupart des impuretés sont des disulfides de MUS avec lui-même ou avec OT (cela peut être déterminé en recueillant le matériel et en effectuant 1H RMN).</li>
	<li>Après la centrifugation, transférer les nanoparticules concentrées dans un tube centrifugeur de 15 ml. Pour transformer les nanoparticules en poudre gérable, soit précipitez-les dans un solvant comme l'acétone, soit séchez la solution aqueuse restante. Lorsqu'elles sont lyophilisées, les nanoparticules ont tendance à former une poudre lâche qui colle aux surfaces et peut être difficile à manipuler.</li>
</ol>5. Caractérisation des nanoparticules
<ol><li>
pureté
	<ol>
<li>Pour vérifier si les nanoparticules sont exemptes de ligands non liés, dissoudre 5 mg de nanoparticules sèches dans 600 OL de D2O et effectuer une mesure de 1H RMN des particules. S'il n'y a pas de pics aigus des ligands, cela signifie que les nanoparticules sont exemptes de petites molécules organiques.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Ratio Ligand
	<ol>
<li>Préparer une solution d'iode de méthanol-d4 de 20 mg/mL. Ajouter 600 l de cette solution aux 5 mg de nanoparticules dans un flacon de verre, pour émousser les nanoparticules.</li>
		<li>Enveloppez le bouchon du flacon d'un film de paraffine et sonicatez-le dans un bain à ultrasons pendant 20 min. Transférez la solution à un tube RMN et acquérez un spectre de 1H RMN (400 MHz) avec 32 scans.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Densité ligand
	<ol>
<li>Transférer 2 à 8 mg de nanoparticules dans un creuset TGA. Choisissez une plage de température allant de 30 à 900 oC et une vitesse de 5 oC par minute sous le gaz N 2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Distribution de taille
	<ol>
<li>
Tem
		<ol>
<li>Préparer une solution de nanoparticules de 0,1 mg/mL dans l'eau DI. Déposez 5 ll de la solution préparée sur le réseau de cuivre de 400 mailles supporté par le carbone. Attends qu'il sèche.</li>
			<li>Transférer la grille dans un support TEM et l'insérer dans le microscope. Acquérir 5 à 10 images avec un grossissement d'au moins 64 000 X, actionné à 200 kV. REMARQUE : Pour augmenter le contraste, une ouverture objective de 20 nm peut être insérée.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Spectres UV-Vis
		<ol>
<li>Préparer une solution de nanoparticules de 0,2 mg/mL dans l'eau DI.</li>
			<li>Mettez la quantité requise de cette solution dans la cuvette de quartz et scandez de 200 nm à 700 nm.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Van Lehn, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+particle+diameter+and+surface+composition+on+the+spontaneous+fusion+of+monolayer-protected+gold+nanoparticles+with+lipid+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Effect of particle diameter and surface composition on the spontaneous fusion of monolayer-protected gold nanoparticles with lipid bilayers.</a> Nano Letters. 13 (9), 4060-4067 (2013).</li>
<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>
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<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>
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</ol>

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Ce protocole décrit d'abord la synthèse du ligand muséal, puis la synthèse et la caractérisation des nanoparticules d'or amphiphiles MUS:OT. La synthèse de la MUS avec une teneur minimale en sel permet une meilleure fiabilité du rapport stoichiométrique entre les ligands lors de la synthèse des nanoparticules, qui est un facteur clé pour la synthèse reproductible des nanoparticules MUS:OT avec une cible hydrophobe contenu (Figure 8). L'utilisation du méthanol comme solvant commun pour la MUS...

La coquille ligand des nanoparticules d'or peut être conçue pour montrer plusieurs propriétés différentes qui peuvent être appliquées pour répondre aux défis dans la biomédecine1,2,3,4. Une telle polyvalence permet de contrôler les interactions intermoléculaires entre les nanoparticules et les biomolécules5,6,7. L'hydrophobicité et la charge jouent un rôle décisif, ainsi que d'autres paramètres de surface qui affectent la façon dont les nanoparticules interagissent avec les biomolécules5,8,9. Pour régler les propriétés de surface des nanoparticules, le choix des molécules de thiolate qui composent la coquille ligand offre une myriade de possibilités, selon les caractéristiques recherchées. Par exemple, un mélange de molécules de ligandavec des groupes d'extrémité hydrophobes et hydrophiles (par exemple, chargés) sont souvent utilisés pour générer des nanoparticules amphiphiles10,11.
Un exemple proéminent de ce type de nanoparticules est protégé par un mélange d'OT et de MUS (ci-après appelé MUS : nanoparticules d'OT) qui a été montré pour posséder beaucoup de propriétés pertinentes12,13,14. Tout d'abord, avec une composition de coquille ligand de 66% MUS (ci-après 66:34 MUS:OT), la stabilité colloïdale des nanoparticules est élevée, atteignant jusqu'à 33% de poids dans l'eau déionisée, ainsi que dans le phosphate tamponné salin (1x, 4 mM phosphate, 150 mM NaCl)15. De plus, ces particules ne se précipitent pas à des valeurs de pH relativement faibles : par exemple, au pH 2,3 et avec des concentrations de sel de 1 M NaCl15,ces nanoparticules restent familièrement stables pendant des mois. Le rapport stoichiométrique entre les deux molécules sur la coquille ligand est important parce qu'il dicte la stabilité colloïdale dans les solutions avec une force ionique élevée16.
Ces particules ont été montrées pour traverser la membrane cellulaire sans la pomer, par l'intermédiaire d'une voie énergie-indépendante1,12. La fusion spontanée entre ces particules et les bicouches lipidiques sous-tend leur diffusion à travers les membranes cellulaires17. Le mécanisme derrière cette interaction est la minimisation du contact entre une surface hydrophobe accessible aux solvants et des molécules d'eau lors de la fusion avec des bicouches lipidiques18. Par rapport aux nanoparticules entièrement MUS (nanoparticules n'ayant que le ligand MUS sur leur coquille), l'hydrophobicité plus élevée sur les nanoparticules mixtes MUS:OT (par exemple, à une composition de 66:34 MUS:OT) augmente la portée du diamètre du noyau qui peut fusionner avec les lipides bicouches18. Différentes organisations d'auto-assemblage de la coquille ligand sont en corrélation avec des modes de liaison distincts de 66:34 MUS:OT nanoparticules avec diverses protéines, telles que l'albumine et l'ubiquitine, par rapport aux particules tout-MUS19. Récemment, il a été rapporté que 66:34 MUS:OT nanoparticules peuvent être utilisés comme un agent antiviral à large spectre qui détruit irrémédiablement les virus en raison de liaisons électrostatiques multivalentes de ligands MUS et des accouplements non locaux de ligands OT à capsid protéines14. Dans tous ces cas, il a été constaté que la teneur hydrophobe, ainsi que la taille de base des nanoparticules, détermine comment ces interactions bio-nano ont lieu. Ces diverses propriétés des nanoparticules DE MUS:OT ont incité de nombreuses études de simulation informatique qui visaient à clarifier les mécanismes qui sous-tendent les interactions entre les particules MUS:OT et diverses structures biologiques telles que les bicouches lipidiques20.
La préparation des nanoparticules Au protégées par l'OT pose quelques défis. Tout d'abord, le ligand chargé (MUS) et le ligand hydrophobe (OT) sont immiscibles. Ainsi, la solubilité des nanoparticules et des ligands doit être prise en compte tout au long de la synthèse, ainsi que lors de la caractérisation. En outre, la pureté des molécules de ligand MUS, en particulier la teneur en sels inorganiques dans le matériau de départ, influence la qualité, la reproductibilité, ainsi que la stabilité colloïdale à court et à long terme des nanoparticules.
Ici, une synthèse détaillée et la caractérisation de cette classe de nanoparticules d'or amphiphiles protégées par un mélange de MUS et d'OT sont décrites. Un protocole pour la synthèse du ligand de MUS chargé négativement est rapporté pour assurer la pureté et, par conséquent, la reproductibilité de différentes synthèses de nanoparticules. Ensuite, la procédure de générer ces nanoparticules, basée sur une synthèse commune en une seule phase, suivie d'une purification complète, est rapportée en détail. Diverses techniques de caractérisation nécessaires21, telles que TEM, UV-Vis, TGA et NMR, ont été combinées pour obtenir tous les paramètres nécessaires pour toute autre expérience biologique.

<table><tbody><tr><td>11-bromo-1-undécène</td><td>Sigma Aldrich</td><td>467642-25 ml</td><td></td></tr><tr><td>Sulfite de sodium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S0505-250 g</td><td></td></tr><tr><td>Bromure de benzyltriéthyl-ammonium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>147125-25 g</td><td></td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>VWR</td><td>BDH1135-2.5 LP</td><td></td></tr><tr><td>Eau DI</td><td>Millipore</td><td>ZRXQ003WW</td><td>Eau déminéralisée</td></tr><tr><td>1 L rond Fiole inférieure</td><td>DURAN</td><td>24 170 56</td><td></td></tr><tr><td>Éther diéthylique</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1.00930 EMD Millipore</td><td></td></tr><tr><td>Barre</td><td>d’agitation Sigma Aldrich</td><td>Z329207,Dow</td><td></td></tr> <tr><td>Corning Graisse sous vide poussé</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z273554 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Gourde filtrante</td><td>DURAN</td><td>20 201 63</td><td></td></tr><tr><td>Entonnoir filtrant Buchner</td><td>FisherSci</td><td></td><td></td>11707335</tr><tr><td>Éthanol >99.8 %, ACS, Réactif</td><td>VWR</td><td>2081.321DP</td><td></td></tr><tr><td>Dioxyde de deutérium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>151882 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Acide thioacétique 96 %</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T30805 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Noir de carbone</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>Média filtrant</td></tr><tr><td>Condenseur</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z531154</td><td></td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique, réactif ACS 37 %</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium, BioXtra, granulés (anhydres)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Tubes à centrifuger</td><td>VWR</td><td>525-0155P</td><td></td></tr><tr><td>250 mL ballon à fond rond</td><td>DURAN</td><td>24 170 37</td><td></td></tr><tr><td>Fiole à fond rond de 500 mL</td><td>DURAN</td><td>24 170 46</td><td></td></tr><tr><td>Acide nitrique, réactif fACS 70 %</td><td>Sigma Aldrich</td><td>438073 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure d’or(III) trihydraté >99,9 % à base d’oligo-métaux</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>Borohydrure de sodium purum p.a.>96 %</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71320 ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>entonnoir d’addition</td><td>SIgma Aldrich</td><td>Z330655 SIGMA</td><td></td></tr><tr><td>Entonnoir</td><td>DURAN</td><td>21 351 46</td><td></td></tr><tr><td>2V papiers filtrants pliés</td><td>Whatman</td><td>1202-150</td><td></td></tr><tr><td>Filtres Amicon</td><td>Merck</td><td>UFC903024</td><td></td></tr><tr><td>Iode, réactif ACS, >99,8 %, solide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207772 SIGMA-ALDRICH</td><td></td></tr><tr><td>Tubes RMN de 5 mm, type 5HP (haute précision)</td><td>Armar</td><td>32210.503</td><td>Longueur 178 mm</td></tr><tr><td>Méthanol-d4 99,8 atom %D</td><td>Armar</td><td>16400.2035</td><td></td></tr><tr><td>Creuset TGA</td><td>Thepro</td><td>9095-9270.45</td><td></td></tr><tr><td>400 mailles en carbone soutenu par une grille en cuivre</td><td>Microscopie électronique Science</td><td>CF400-Cu</td><td></td></tr><tr><td>cuvette en quartz</td><td>Hellma Analytics</td><td>Référence 100-1-40</td><td></td></tr></tbody></table>

synthèse et caractérisation des nanoparticules d'or amphiphiles

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Les nanoparticules d'or recouvertes d'un mélange de 1-octanethiol (OT) et d'acide sulfonique de 11-mercapto-1-undecane (MUS) ont été intensivement étudiées en raison de leurs interactions avec les membranes cellulaires, les bicouches lipidiques et les virus. Les ligands hydrophiles rendent ces particules familièrement stables dans des solutions aqueuses et la combinaison avec des ligands hydrophobes crée une particule amphiphile qui peut être chargée avec des drogues hydrophobes, fusionner avec les membranes lipidiques, et résister non spécifique l'adsorption protéique. Beaucoup de ces propriétés dépendent de la taille des nanoparticules et de la composition de la coquille ligand. Il est donc crucial d'avoir une méthode synthétique reproductible et des techniques de caractérisation fiables qui permettent de déterminer les propriétés des nanoparticules et la composition de la coquille ligand. Ici, une réduction chimique en une phase, suivie d'une purification complète pour synthétiser ces nanoparticules de diamètre inférieur à 5 nm, est présentée. Le rapport entre les deux ligands à la surface de la nanoparticule peut être réglé par leur rapport stoichiométrique utilisé lors de la synthèse. Nous démontrons comment diverses techniques de routine, telles que la microscopie électronique de transmission (TEM), la résonance magnétique nucléaire (NMR), l'analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectrométrie ultraviolet-visible (UV-Vis), sont combinées à caractériser les paramètres physicochimiques des nanoparticules.

Les étapes de réaction pour synthétiser la MUS sont indiquées dans la figure 1. Les spectres 1H RMN du produit de chaque étape sont représentés à la figure 2. Le flux de travail de synthèse des nanoparticules d'or amphiphiles binaires MUS:OT est décrit dans la figure 3. Après la synthèse, l'analyse des nanoparticules a consisté à laver les particules plusieurs fois avec de l'éthanol et de ...

Les nanoparticules d'or amphiphiles peuvent être utilisées dans de nombreuses applications biologiques. Un protocole de synthèse des nanoparticules d'or recouverte d'un mélange binaire de ligands et d'une caractérisation détaillée de ces particules est présenté.

Synthèse et caractérisation des nanoparticules d'or amphiphiles

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

Ce protocole traite de la reproductibilité par lots des nanoparticules d’or sulfonate et amphiphilique que notre laboratoire utilise dans des expériences avec des cellules, des virus et des protéines. Cette technique s’attaque aux contaminants inorganiques communs à ce type de synthèse. Il introduit également des freins et contrepoids après chaque étape pour assurer la reproductibilité des nanoparticules d’or amphiphiliques.Cette technique est laborieuse et demande de la patience. Le niveau de difficulté dépend de l’échelle, alors commencez à petite échelle, et familiarisez-vous avec chaque instrument et étape avant de vous intensifier. Tout d’abord, ajouter 11-bromo-1-undecene, sulfite de sodium, et bromure de benzyltriethylammonium à 200 millilitres de méthanol et 450 millilitres d’eau déionisée, dans un flacon de fond rond d’un litre.Reflux du mélange de réaction à 102 degrés Celsius pendant 48 heures jusqu’à ce que la solution devienne incolore. Après l’examen, suspendre la poudre blanche isolée dans 400 millilitres de méthanol dans un flacon de fond rond. À l’aide d’un flacon filtrant et d’un filtre borosilicate, filtrer la solution pour éliminer les sous-produits inorganiques insolubles du méthanol.Ensuite, dissoudre environ 30 grammes de sodium undec-10-enesulfonate dans 500 millilitres de méthanol, dans un flacon de fond rond d’un litre. Ajouter 2,6 fois plus d’acide thioacétique à la solution, et remuer devant une lampe UV de 250 watts pendant la nuit. Une fois la réaction terminée, évaporer complètement le méthanol.Séchez la poudre sous vide, puis dispersez-la dans de l’éther de diététhyle. Filtrer le mélange et laver le produit solide avec de l’éther de détyle pour éliminer tout excès d’acide thioacetic jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de substances colorées dans le supernatant éther diététyle. Après séchage du solide sous vide élevé, dissoudre dans le méthanol, donnant une solution jaune à orange.Ensuite, ajoutez trois grammes de noir de carbone à la solution et mélangez vigoureusement. Ensuite, filtrer le mélange à travers Celite, couvrant les 2/3 d’un papier filtre cannelé. Pour synthétiser mus, combinez approximativement 400 millilitres d’un acide chlorhydrique molaire et 35 grammes de sodium 11-acetylthio-undecanesulfonate dans un flacon rond de fond d’un litre.Reflux du mélange à 102 degrés Celsius pendant 12 heures pour fendre le groupe de thioacéate et obtenir un thiol. Le lendemain, transférer le produit dans un flacon de fond rond de deux litres. Pour garder la solution acide et empêcher la cristallisation des sels inorganiques, ajouter 200 millilitres d’un hydroxyde de sodium molaire, et 400 millilitres d’eau déionisée à la fiole pour donner un volume final d’un litre.Conservez la solution claire à quatre degrés Celsius pendant la nuit pour cristalliser le produit sous forme de solides fins visqueux lorsqu’ils sont mouillés. Le lendemain, décanter le surnatant clair. Ensuite, transférez le produit dans des tubes de centrifugeuse de 50 millilitres et une centrifugeuse pendant cinq minutes à 4000 fois g.Après centrifugation, décanter le supernatant dans un autre flacon de fond rond. Transférer les granulés blancs dans des tubes de centrifugeuse et sécher sous vide élevé pour obtenir une MUS soluble dans le méthanol dans un rendement d’environ 30 %. Peser 177,2 milligrammes de trihydrate de chlorure d’or (III) dans un petit flacon de verre.Par la suite, dissoudre 87 milligrammes de MUS dans 10 millilitres de méthanol, dans un flacon de verre de 20 millilitres. Sonicate la solution dans un bain ultrasonique jusqu’à ce qu’aucun matériau solide n’est visible, pour assurer la dissolution complète. Ajouter 26 microlitres de 1-Octanethiol à la solution de méthanol, et l’agiter pour mélanger les ligands.Ajouter 500 milligrammes de borohydride de sodium à 100 millilitres d’éthanol dans un flacon de fond rond de 250 millilitres. Remuer vigoureusement jusqu’à ce que la solution soit claire. Dissoudre le sel d’or dans 100 millilitres d’éthanol dans un flacon de fond rond de 500 millilitres et remuer à 800 rpm jusqu’à ce que le sel d’or se dissolve complètement.Ensuite, ajoutez la solution ligand au mélange de réaction. Attendez 15 minutes pour la formation du complexe or-thiolate, qui est indiqué par un changement de couleur du jaune translucide au jaune turbide. Ajouter la solution de borohydride de sodium précédemment préparée au mélange de réaction, à l’aide d’un entonnoir séparateur.Ajuster le temps d’intervalle des gouttes de sorte que l’ajout de borohydride de sodium prend environ une heure. Une fois que l’ajout de borohydride de sodium est terminé, retirer l’entonnoir d’ajout et laisser le mélange de réaction remuer pendant une autre heure. Ensuite, retirez la barre magnétique à l’aide d’un aimant placé à l’extérieur du flacon inférieur rond.Conserver le mélange de réaction à quatre degrés Celsius pendant la nuit pour précipiter les nanoparticules. Après avoir décanté l’éthanol supernatant, transférer le précipitateur restant dans des tubes de centrifugeuse et une centrifugeuse de 50 millilitres pendant trois minutes à 4000 fois g. Après centrifugation, décanter le supernatant.Dispersez à nouveau les nanoparticules avec de l’éthanol par vortex. Ensuite, centrifugez à nouveau les échantillons. Séchez les nanoparticules sous vide pour éliminer l’éthanol résiduel.Pour nettoyer les nanoparticules des ligands hydrophiles libres, dissoudre les précipités en 15 millilitres d’eau déionisée, et transférer les solutions aux tubes de centrifugeuse avec des membranes de filtration de 30 kilodalton cutoff poids moléculaire. Concentrez les solutions de nanoparticules par centrifugation pendant cinq minutes à 4000 fois g. Après centrifugation, ajouter 15 millilitres d’eau déionisée et centrifugeuse pour se concentrer à nouveau.Pour transformer les nanoparticules en poudre gérable, congelez-séchez la solution aqueuse restante. Pour caractériser les nanoparticules par rapport ligand, préparez une solution d’iode de 150 milligrammes par millilitre de méthanol-d4. Ajouter 600 microlitres de la solution à environ cinq milligrammes de nanoparticules dans un flacon de verre pour graver les nanoparticules.Envelopper le bouchon du flacon avec du film de paraffine et soniquer dans un bain ultrasonique pendant 20 minutes. Ensuite, transférez la solution dans un tube NMR et acquérez un spectre NMR proton avec 32 scans. La synthèse MUS est montrée ici.Les spectres NMR proton du produit de chaque étape sont représentés ici. Le flux de travail de synthèse des nanoparticules d’or amphiphiliques binaires MUS Octanethiol est décrit ici. Avant la caractérisation, la propreté des nanoparticules des ligands libres non liés était surveillée par proton NMR.La répartition de la taille des nanoparticules a été caractérisée par TEM, qui montre que le diamètre moyen est de 2,4 nanomètres pointant vers environ 18,08 nanomètres carrés de surface, et 7,23 nanomètres en cubes de volume par particule. L’absorption localisée de plasma de surface et de résonance a été mesurée en acquérant des spectres UV-vis. Des spectres représentatifs de NMR de proton avec des affectations de pointe et l’intégration pour déterminer le rapport de ligand dans les nanoparticules iode-gravées sont montrés ici.Le spectre NMR des nanoparticules a montré que le rapport de MUS à Octanethiol est de 85 à 15. La couverture de surface des nanoparticules a été examinée par TGA. D’après les données TGA, la densité des ligands peut être estimée à 4,8 ligands par nanomètre au carré.Les ratios stoichiométriques par rapport aux ratios NMR d’Octanethiol résultant de diverses synthèses sont comparés ici. Les choses les plus importantes à retenir dans cette procédure sont, d’un côté, l’élimination des impuretés inorganiques lors de la préparation des ligands MUS, et de l’autre, l’accumulation des nanoparticules. Cette procédure est adaptée à diverses combinaisons de ligands, mais assurez-vous de toujours caractériser chaque lot individuellement.Une question à laquelle cette procédure peut répondre, par exemple, est de savoir dans quelle mesure le rapport ligand correspond à la stoichiométrie trouvée à la surface des nanoparticules. L’intensification de la production du ligand et la preuve de la reproductibilité par lots des nanoparticules nous ont permis d’aborder d’importantes questions liées à la biologie et à la médecine. Par exemple, nous avons établi les propriétés virucidales de ces nanoparticules.S’il vous plaît, travaillez prudemment lors de l’utilisation de la lampe UV, et toujours porter des gants de protection lors de la manipulation de l’azote liquide. Suivez toujours les règles de sécurité chimique.

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Découvrez la synthèse de nanoparticules d'or amphiphiles avec reproductibilité inter-lots pour applications biologiques. Ce protocole détaillé assure une caractérisation rigoureuse et une qualité optimale.

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