מאמר זה מתאר פרוטוקול לסינתזה של nanorods זהב, המבוסס על השימוש של הידרוקינון כמו צמצום סוכן, בתוספת מנגנונים השונים לשליטה בגודל יחס ממדים שלהם.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
במאמר זה
סיכום
תקציר
ננו-מוטות זהב הם סוג חשוב של ננו-חלקיקים המאופיינים בתכונות פלזמוניות ייחודיות. למרות השימוש הנרחב בננוטכנולוגיה, השיטות הסינתטיות להכנת ננו-מוטות זהב עדיין אינן מותאמות במלואן. במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול דו-שלבי חדש, יעיל ביותר, המבוסס על השימוש בהידרוקינון כחומר הפחתה קל. הגישה שלנו מאפשרת הכנת ננו-רודים עם שליטה טובה בגודל וביחס גובה-רוחב (AR) פשוט על ידי שינוי כמות ההקסדציל טרימתילאמוניום ברומיד (CTAB) ויוני הכסף (Ag+) הקיימים ב"תמיסת הגידול". על ידי שימוש בשיטה זו ניתן להפחית באופן ניכר את כמות ה- CTAB, מגיב יקר וציטוטוקסי, הדרוש להשגת הצורה המוארכת. ניתן להשיג ננו-מוטות זהב עם יחס גובה-רוחב של כ-3 בנוכחות של 50 מ"מ בלבד של CTAB (לעומת 100 מ"מ המשמשים בפרוטוקול הסטנדרטי המבוסס על שימוש בחומצה אסקורבית), בעוד שננו-מוטות זהב קצרים יותר מתקבלים בריכוז נמוך עד 10 מ"מ.
מבוא
חלקיקי זהב (AuNPs) הם אחד ננו הנרחב ביותר ומבטיח לשמש ביישומים ביו. השימוש בהם הוא חיוני רבים נקודת טיפול במוצרי אבחון במבחנה 1 הם הוצעו ככלי אפקטיבי עבור מספר יישומים שונים אחרים:. כסוכן בניגוד במחקרים הדמיה, 2 כמערכת משלוח סמים 3 וכפי תרופות thermotherapy אור מושרה (או טיפול photothermal). 4 הפוטנציאל הגדול של AuNPs העלה, בעשרים השנים האחרונות, מחקר אינטנסיבי על הפיתוח של סינתזה חדשה כי הוא מסוגל להגדיל את השליטה על הגודל והצורה שהושגה. 5 הסיבה לכך היא סוגים שונים של AuNPs הם למעשה מתאימים יותר מאחרים עבור יישומים ספציפיים.
בין ננו הזהב השונה, nanorods זהב (AuNRs) צמח כמו אחת מהמערכות המעניינות ביותר. AuNRs מאופיינת בשני plasmoפסגות nic הקשורים התנודה של אלקטרונים לאורך אורך הצירים הרוחביים, בהתאמה. 6 חשובות במיוחד כי המיקום של שיא האורך האינטנסיבי ביותר יכול להיות מכוון בדיוק בין 620 לבין 800 ננומטר, בהתאם יחס ההיבט של המוטות . באזור זה תואם את החלון הביולוגי, 7 שבו רקמות אדם כמעט לא לקלוט אור, המאפשרות פיתוח של מספר היישומים פוטוניים in vivo המעורב AuNPs.
למרות עניין רב בסוג זה של ננו, הפרוטוקולים הסינתטיים לעריכת AuNRs סובלים מספר מגבלות. ברוב המקרים, nanorods ערוך לפי שיטת שני שלבים שפותחה על ידי סאו ועמיתים לעבודה. 8 בפרוטוקול שלהם, nanorods מסונתז על ידי הפחתת יוני זהב באמצעות חומצה אסקורבית בנוכחותו של זרעי זהב preformed, יוני כסף וכמות גדולה ברומיד hexadecyl trimethylammonium (CTAB), acפעילי שטח ליניארית ationic.
החסרון של פרוטוקול זה הוא שתשואת ההפחתה של יוני זהב היא נמוכה יחסית (כ -20%) 9 וכי כמות גבוהה של CTAB, מגיב יקר כי חשבונות עבור יותר ממחצית העלות הכוללת של ריאגנטים בסינתזה, נחוץ. ההתפתחות המינית של במסלול סינטטי חדש ויעיל יותר היא משם נחשבת צורך חשוב מתן אפשרות הפריסה של גישות ביו מבוססות על AuNRs.
בחלקו הראשון של מאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול אופטימיזציה לעריכת AuNR בעל יחס גובה-רוחב של כשלוש. הסינתזה מבוסס על השימוש הידרוקינון כסוכן צמצום מתון והוא מאפשר הכנת AuNR עם ירידה כמותית כמעט של יוני זהב, תוך שימוש סכום מופחת של CTAB. 10 פרוטוקול זה לעריכה של AuNRs מבוסס על גישה בן שני שלבים שבו זרעי זהב משמשים "סול צמיחהution ".
בחלק השני, אנו מראים כיצד דקים לכוון את יחס גודל היבט של AuNR שהושג בשתי דרכים. הדרך הראשונה, בדומה הפרוטוקול הסטנדרטי המבוסס על חומצה אסקורבית, היא לשנות את כמות יוני כסף נוכח "פתרון הצמיחה". הדרך השנייה מבוססת על וריאציה של כמות CTAB כי ניתן להפחית עד ריכוז של 10 מ"מ (קרוב ריכוז micellar קריטי שדווח על ידי הספק) להשיג nanorods קצר מוגדרים היטב.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. סינתזה של Nanorods זהב
הערה: השתמש במים נקיים במיוחד לאורך כל הדרך.
- הכנת זרעי הזהב
- ממיסים 364.4 מ"ג של ברומיד hexadecyltrimethylammonium (CTAB) ב 5 מ"ל מים, תחת ultrasonication ב 40 ° C עד הפתרון מתבהרת. תנו פתרון CTAB להתקרר לטמפרטורת החדר.
- בנפרד, להכין 5 מ"ל של חומצה tetrachloroauric (HAuCl 4) במים (0.5 מ"מ).
- מוסיפים את פתרון HAuCl 4 לפתרון CTAB תחת בחישה מגנטית נמרצת, שמירה על טמפרטורה קבועה של 27 מעלות צלזיוס.
- הכן 600 μl של borohydride נתרן (NaBH 4) פתרון במים (10 מ"מ) בשעה 4 מעלות צלזיוס. הוסף פתרון זה לתערובת תחת בחישה נמרצת. בדקו אם הצבע של הפתרון מייד משנה מצהוב חום.
- מערבבים את ההשעיה למשך 20 דקות לפני השימוש. אחסן את ההשעיה זרעים לא יותר מ 24 שעות ב טמפרה חדרture.
- בדקו את ממדי הזרעים באמצעות ספקטרופוטומטר UV-Vis. ודא כי הזרעים הם קטנים מספיק (כ -2 ננומטר) לשמש בהכנת nanorods זהב על ידי ספקטרוסקופיה UV- גלוי.
הערה: הספקטרום חייב להיות דומה למה שהציג באיור 1 זרעים גדולים יותר מזוהים על ידי הנוכחות של שיא plasmonic סביב 505-520 ננומטר אסור להשתמש כי הם צפויים לייצר חלקיקים כדוריים..
- הכנת "פתרון צמיחה" של nanorods זהב.
- ממיסים 182.2 מ"ג CTAB יחד עם 22 הידרוקינון מ"ג ב 5 מ"ל מים ב 40 ° C באמצעות ultrasonication. להתקרר הפתרון 27 ° C.
- כן 200 μl של כסף חנק 4 מ"מ (אגנו 3) פתרון.
- בנפרד, להכין 5 מ"ל של תמיסת 1 מ"מ של חומצת tetrachloroauric (HAuCl 4).
- ראשית להוסיף את תמיסת כסף חנקתי מוכן בשלב 1.2.2. לאחר מכן, להוסיף את HAuCפתרון l 4 מוכן בשלב 1.2.3 לפתרון CTAB ו הידרוקינון מוכן בשלב 1.2.1 תחת בחישה מגנטית.
- מיד לאחר מכן, להוסיף תחת בחישה מגנטית 12 μl של ההשעיה זרעים שהוכן קודם לכן על פי פרוטוקול דיווח בשלב 1.1 ולתת תחילת התגובה. בדוק אם ההשעיה משנה את צבעו כ -30 דקות.
- לשלוט על היווצרות של nanorods ידי בדיקת הספקטרום הנראה-UV של ההשעיה, כמפורט בסעיף 4, כל 5 דקות. המשך עד הספקטרום הוא יציב. כדי לאפשר היווצרות מלאה של nanorods, לעזוב את ההשעיה תחת ערבוב במשך 30 דקות נוספות (איור 2).
- מחלקים את ההשעיה צינורות (1 מ"ל של השעיה לכל צינור) ו צנטריפוגות ב XG 10,000 במשך 10 דקות. nanorods גולד יוצר משקע כהה בחלק התחתון של הצינור.
- Resuspend המשקע של כל הצינורית 1 מ"ל מים. מערבבים יחד את התוכן של הצינורות ולאחסן את תליוניension של nanorods זהב בטמפרטורת החדר.
- לאפיין את nanorods מתקבל על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים ספקטרוסקופיה UV- גלוי כמתואר בסעיף 4 (איור 3).
2. כוונון יחס גובה-רוחב של Nanorods על ידי שינוי ריכוז יוני Ag +
- הכן תמיסת כסף חנקתי עם ריכוז של 4 מ"מ, המסת 3.4 מ"ג אגנו 3 ב 5 מ"ל מים.
- הכן בשלושה בקבוקונים שונים הפתרון עם CTAB ו הידרוקינון כמפורט בסעיף 1.2.1 ולהוסיף בהתאמה 100 μl, 150 μl או 200 μl של תמיסת כסף חנקתי.
- מוסיפים את פי הכין פתרון 4 HAuCl לשלב 1.2.3 ולהמשיך עם הכנת nanorods זהב כמתואר מנקודה 1.2.5.
- לאפיין את nanorods מתקבל על ידי ספקטרוסקופיה UV- גלוי וכן במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים. צלוחיות עם כמויות נמוכות של Ag + יהיה להתחיל מחדשsult ב nanorods קצר (יחס גובה-רוחב של 2 ו -2.2 בהתאמה) (איור 4).
3. כוונון יחס גובה-רוחב של Nanorods על ידי שינוי ריכוז של CTAB
- הכן קבוצות שונות של nanorods זהב עם ריכוזים שונים של CTAB ב "פתרון צמיחה". השתמש ריכוזים מ 10 מ"מ עד 100 מ"מ לייצר nanorods זהב שיש יחס גודל היבט אחר. ריכוזי CTAB להשתמש בכל ניסוי מסוכמים בטבלה 1 עם הסכום המקביל של מיליגרם בשימוש. ממיסים את כמויות שונות של CTAB תמיד עם 22 מ"ג של הידרוקינון ב 5 מ"ל מים.
- הוסף 200 μl של תמיסת כסף חנקתי (הערוכים על פי צעד 1.2.2) ו 5 מ"ל של תמיסת HAuCl 4 (הערוכים על פי איך שמתואר בשלב 1.2.3) בכל בקבוקון תחת בחישה מגנטית.
- להוסיף 12 μl של השעיה זרעים ולבחון את השינוי בצבע של התערובת הסופית.
- תפסיקהערבוב כאשר הצבע של ההשעיה ואת הספקטרום הנראה-UV התייצבו; זמן התגובה תלוי בריכוז CTAB בפתרון הצמיחה.
- צנטריפוגה ב XG 10,000 במשך 10 דקות ו resuspend במים.
- לאפיין את nanorods מתקבל על ידי ספקטרוסקופיה UV- גלוי וכן במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים. ריכוז נמוך של CTAB יגרום nanorods הקצר תוך ריכוז גבוה ייתן יותר אך גדול nanorods. ביום בניגוד יחס גובה-רוחב של nanorods יהיה גבוה בטווח סביב 40-50 מ"מ ו יקטין הן בריכוזים נמוכים וגבוה (איור 5 ואיור 6).
אפיון 4. Nanorods זהב
- ספקטרוסקופיה UV- גלוי
- לדלל 100 μl של פתרון nanorods עם 400 μl של מים קובט-מיקרו פלסטיק לרכוש את ספקטרום הבליעה גלוי-UV (טווח אורכי גל בין 400 ו -840 ננומטר)על פי הפרוטוקול של היצרן.
- אסוף ספקטרום UV-גלוי (טווח אורכי גל בין 400 ו -840 ננומטר) של פתרון הצמיחה כל 5 דקות כדי ללמוד קינטיקה של התגובה.
- מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים (TEM)
- איסוף תמונות TEM של כל דגימה של nanorods, למדידת גודל של יחס גובה-רוחב של nanorods שהושגו. הכן את הדגימות על ידי הצבת ירידה של השעיה (4 μl) על גבי רשתות נחושת דקה Formvar מצופה 200-רשת ולהשאיר לייבוש באוויר ב 4 מעלות צלזיוס. ניתוח המדגם ב TEM באמצעות מתח מואץ של 200 קילו וולט על פי הפרוטוקול של היצרן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
ספקטרום UV הגלוי של זרעי זהב ניתן לראות באיור 1. ספקטרום גלוי UV רכש בזמנים שונים לאחר ההזרקה של זרעי הזהב מוצג באיור 2. ספקטרה מיקרוסקופי אלקטרוני שידור גלויים UV (TEM) תמונות של nanorods הזהב מתקבל מוצגים באיור 3. מיקרוסקופית אלקטרונים ספקטרה והעברת גלוי UV (TEM) תמונות של nanorods זהב עם יחס אספקט אחר המתקבל על ידי שינוי כמות יוני כסף הם הפגינו איור 4 ו CTAB בפתרון הצמיחה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
הפרוטוקול המובא כאן מתייחס הידרוקינון, מולקולת ארומטית מאופיינת פוטנציאל הפחתה חלש, לייצר nanorods זהב. ישנם שני יתרונות עיקריים של הפרוטוקול הנוכחי לכיוון תוואי סינתטי מועסקים לרוב מבוסס על השימוש חומצה אסקורבית: הראשונה היא כי הידרוקינון הוא מסוגל כמעט כמותית להפחית את יוני זהב המאפשר ייצור של כמות גדולה יותר של nanorods זהב 11. האחרון ניתנת על ידי העובדה שהוא דורש סכום נמוך יותר של CTAB והפחתה משמעותית באה של עלויות. הפרוטוקול הנוכחי מבוסס על גישה בן שני שלבים העוסק ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
המימון למחקר זה ניתן על ידי משרד הבריאות האיטלקי במסגרת EuroNanoMed II (European Innovative Research & Technological Development Projects in Nanomedicine, שם הפרויקט: ''InNaSERSS').
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| זהב (III) כלוריד טריהידרט | סיגמא אולדריץ' | 520918 | |
| הידרוקינון | סיגמא אולדריץ' | H17902 | |
| כסף חנקתי | סיגמא אולדריץ | 209139 | נתרן בורוהידריד |
| סיגמא אולדריץ' | 480886 | ||
| הקסדצילטרימתילאמוניום ברומיד (CTAB) | סיגמא אולדריץ' | H5882 | רעלן חריף. (בעל פה). במחקר זה בדקנו שלוש קבוצות שונות של CTAB (H5882) מסיגמא אולדריץ'. שניים מהם סומנו כמיוצרים בסין ואחד כמיוצר בהודו. מניסיוננו, רק הקבוצות שסומנו כמיוצרות בסין היו יעילות להכנת AuNR. |
| ספקטרופוטומטר | תרמו מדעי | ננו-דרופ 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
מקורות
- Zhou, W., Gao, X., Liu, D., Chen, X. Gold Nanoparticles for In Vitro Diagnostics. Chem Rev. 115 (19), 10575-10636 (2015).
- Bao, C., et al. Gold nanoprisms as optoacoustic signal nanoamplifiers for in vivo bioimaging of gastrointestinal cancers. Small. 9 (1), 68-74 (2013).
- Han, G., Ghosh, P., Rotello, V. M. Functionalized gold nanoparticles for drug delivery. Nanomedicine. 2 (1), 113-123 (2007).
- Choi, W. I., et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded, functional nanocarriers. ACS Nano. 5 (3), 1995-2003 (2011).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Zhang, J., Mirkin, C. A. Defining Rules for the Shape Evolution of Gold Nanoparticles . J. Am. Chem. Soc. 134 (35), 14542-14554 (2012).
- Lohse, S. E., Murphy, C. J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 25 (8), 1250-1261 (2013).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech. 19 (4), 316-317 (2001).
- Sau, T. K., Murphy, C. J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution. Langmuir. 20 (15), 6414-6420 (2004).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12, 2029-2036 (2010).
- Morasso, C., et al. Control of size and aspect ratio in hydroquinone-based synthesis of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 17, 330-337 (2015).
- Vigderman, L., Zubarev, E. R. High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chem. Mater. 25 (8), 1450-1457 (2013).
- Walsh, M. J., Barrow, S. J., Tong, W., Funston, A. M., Etheridge, J. Symmetry breaking and silver in gold nanorod growth. ACS Nano. 9 (1), 715-724 (2015).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
