מאמר שיטה

ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס

20.8K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/56657

⸱

11 בפברואר 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 2Institute of Materials Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 3Collaborative Innovation Center of Chemistry for Life Sciences, Nanjing University, 4Department of Chemistry, Western Washington University

במאמר זה

סיכום

העבודה הנוכחית מתאר שיטה כדי לפברק nanocrystals micellar, שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. שיטה זו משלבת ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטת ייצור רציפה במידה רבה, יכול לייצר מוצרים באיכות גבוהה, הנו אמצעי זול של מבנה השליטה.

תקציר

Micellar nanocrystals (הקזאין עם nanocrystals שעברו אנקפסולציה) הפכו שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. אנו מתארים שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטה זו כרוכה קודם באמצעות ספקטרומטריית electrospray כדי להפיק טיפות נוזל אחיד חדה במיוחד, שכל אחת מהן מתפקדת גם מיקרו-הכור בו הרכבה עצמית התגובה מתרחשת nanocrystals micellar ויוצרים, עם המבנים (מיצלה הצורה ואת nanocrystal כימוס) שבשליטת הממס האורגני בשימוש. שיטה זו היא רציפה במידה רבה ומייצרת מוצרים micellar nanocrystal באיכות גבוהה עם מבנה זול בקרת גישה. על ידי שימוש של מים-miscible tetrahydrofuran ממס אורגני (THF), בצורת תולעת nanocrystals micellar יכול להיות מיוצר עקב מיצלה הממס המושרה/הקלו פיוז'ן. לעומת nanocrystals micellar כדורית נפוצות, בצורת תולעת nanocrystals micellar יכולים להציע ממוזער ספיגת הסלולר לא ספציפית, ובכך שיפור המיקוד ביולוגי. על ידי שיתוף לבצע nanocrystals מרובים לתוך כל מיצלה, אפקטים משולבות או סינרגטי יכולה להיות מושגת. מגבלות הנוכחי של שיטה זו פבריקציה נוספת, אשר יהיה חלק מעבודת בעתיד, לכלול בעיקר כימוס לא מושלם את המוצר micellar nanocrystal ואת הטבע שהיישום רציפה של התהליך.

מבוא

Nanocrystals נקודות קוונטיות מוליכים למחצה (QDs) ו תחמוצת ברזל פאראמגנטי חלקיקים (SPIONs) הראו פוטנציאל גדול עבור ביולוגי זיהוי, הדמיה, מניפולציה, ו טיפול1,2, 3,-4,-5,-6. לבצע אחת או יותר nanocrystals לתוך מיצלה כבר שיטה הנפוצה nanocrystals ממשק עם סביבות ביולוגית3,6. (הקזאין עם nanocrystals encapsulated) וכך נוצר nanocrystals micellar הפכו שיעור המתעוררים של nanobiomaterials7,8,9,10. שיטות נפוצות כדי לפברק הקזאין הכומסים חומרים שונים (למשלnanocrystals, מולקולה קטנה תרופות, צבעים) כוללים הסרט הידרציה, דיאליזה ואחרים מספר7,11.

העבודה הנוכחית מתאר שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ושליטה בתיווך הממס מבנית. בהשוואה לשיטות ייצור אחרות micellar nanocrystals, השיטה שלנו מציע מספר תכונות מועילות: (1) הוא תהליך ייצור רציפה במידה רבה. תכונה זו היא בעיקר בשל העובדה כי ספקטרומטריית electrospray משמשת השיטה שלנו כדי ליצור אמולסיה טיפות. לעומת זאת, שיטות אחרות להשתמש vortexing או sonication כדי ליצור אמולסיה טיפות, ובכך תהליכי אצווה אלה שיטות הטבע12. (2) הוא התוצאה מוצרים עם מים גבוה-dispersibility מעולה colloidal ויציבות ללא פגע תפקודים פיזיים של nanocrystals שעברו אנקפסולציה. תהליך זה יכול לעיתים קרובות לתת מוצרים עם איכות מעולה בהשוואה לשיטות כימוס מיצלה אחרות, במידה רבה בגלל ספקטרומטריית electrospray יכול ליצור אמולסיה חדה במיוחד ואחידה טיפות. (3) המבנים של המוצרים, לרבות צורת מיצלה ומספר nanocrystals שעברו אנקפסולציה, יכול להיות נשלט על ידי הממס, שהוא הרבה יותר זול לעומת דרכים אחרות של פקד כגון שינוי של פולימרים amphiphilic בשימוש, והוא יכול לייצר לא רק את הצורה מיצלה כדורית זמין נפוץ אבל תולעת מיצלה צורה באמצעות היתוך מיצלה13. וכך נוצר בצורת תולעת micellar nanocrystals נמצאים להציע באופן משמעותי מופחתת ספיגת הסלולר שאינם ספציפיים מאשר עמיתיהם הכדורית13. מצד שני, זה שווה הצבעה כי שיטה זו מחייבת את ההתקנה של המכשיר ספקטרומטריית electrospray, אשר היא דורשת מעט יותר מבחינה טכנית (למרות רחוק אוסרני) מאשר הצורך במכשור בשיטות אחרות.

שיטת ייצור כרוכה קודם יצירת חדה במיוחד טיפות (בדרך כלל שמן בתוך מים אמולסיה) נוזלי עם גודל אחיד על ידי ספקטרומטריית electrospray, ואחריו אידוי של הממס האורגני וכתוצאה הרכבה עצמית כדי ליצור micellar nanocrystals (איור 1 ). הגדרת ספקטרומטריית electrospray יש תצורה קואקסיאליים באמצעות מחטים קונצנטריים: שלב שמן, אשר מכיל copolymers בלוק amphiphilic nanocrystals הידרופובי מומס הממס האורגני, מועבר המחט הפנימי (27 G מפלדת נים ) עם מזרק משאבה; שלב מים, אשר מכיל של חומרים פעילי שטח מומס במים, מועברת המחט החיצוני (20 גרם-נירוסטה משולשת מחבר) עם מזרק משאבה שנייה. מתח גבוה מוחל על הצינור קואקסיאליים. טיפות חדה במיוחד עם מדים גדלים נוצרים עקב כוח אלקטרודינמי התגברות על פני וסטרס אינרציאלית בתוך הנוזל. לכל droplet מתפקד למעשה 'מיקרו-כור', שבה, על סילוק הממס האורגני על ידי אידוי, הרכבה עצמית 'תגובה' מתרחשת באופן ספונטני עקב אינטראקציות הידרופוביות. באמצעות ממיסים אורגניים שונים מוביל מבנים שונים של micellar nanocrystals: כלורופורם ממס אורגני מים-immiscible מוביל לצורה כדורית מיצלה, בזמן הממס האורגני מים-miscible THF עם זמן תגובה ארוך שמוביל תולעת מיצלה צורה יחד עם עיטוף nanocrystal משופר.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

התראה: עקב השימוש של ממיסים אורגניים, כל הפעולות שצריך לעשות בשכונה fume כימי. עקב השימוש של מתח חשמלי גבוה, להימנע ממגע הגוף עם המנגנון כאשר הזרם מופעל. השתמש כל נוהלי בטיחות המתאימים כגון שימוש ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, מכנסיים באורך מלא, ונעליים סגורות). עיין גליונות נתונים כל בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS).

1. כיוונון של חומרים

  1. כדי להכין פתרון QD, להמיס 10 מ ג QDs הידרופובי (פליטת פלורסנט שיא גל = 605 ננומטר, משמש מודל nanocrystals כאן) ב- 20 מ ל ממס אורגני (כלורופורם לייצור צורה כדורית מיצלה או THF להפקת תולעת מיצלה צורה), מערבולת 20 s.
  2. כדי להכין פתרון PS-יתד, להמיס 100 מ ג PS-יתד (קטע קופולימר block amphiphilic, עם קטע 9.5 kDA PS ו- kDA 18.0 פג) ב- 10 מ"ל ממס אורגני (כלורופורם לייצור צורה כדורית מיצלה או THF להפקת תולעת מיצלה צורה). לערבב הפתרון על-ידי vortexing עבור 1 דקות (כלורופורם) או אמבטיה sonicate למשך 2 דקות (THF).
  3. לערבב 1 מיליליטר QD פתרון, פתרון PS-יתד 1 מ"ל, מערבולת עבור מינימלית 1 להוסיף את התערובת מזרק א המזרק עשוי PTFE.
  4. כדי להכין פתרון PVA, להמיס 400 מ"ג PVA (kDa 13-23, 87-89% הידרוליזה) 10 מ"ל מים באמבט מים מחומם ב 60-80 מעלות צלזיוס במשך 4-5 ח' אפשר הפתרון PVA להתקרר לטמפרטורת החדר לפני השימוש.
  5. הוסף 5 מ של פתרון PVA מזרק B... המזרק עשוי PTFE.

2. התקנה של ציוד

  1. הכנס את נימי הפנימי לתוך מכלול נימי החיצוני, להבריג בעדינות עמדה. לא על הדק. איור 2 מציג את התצורה הכללית של מערכת ספקטרומטריית electrospray קואקסיאלי. המחט הפנימי נימי נים נירוסטה G 27 (הקוטר החיצוני 500 מיקרומטר; הקוטר הפנימי 300 מיקרומטר), המחט החיצוני הוא מחבר 3 חלקים פלדת 20 גרם (הקוטר החיצוני 1,000 מיקרומטר; מיקרומטר 500 הקוטר הפנימי). הצנרת PTEE בשימוש כולל של הקוטר הפנימי של 1.8 מ מ.
  2. לטעון את המזרק A-A מזרק משאבה כמוצג באיור2. להתחבר מזרק א' נימי מפלדת הפנימי של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE.
  3. לטעון את המזרק B מזרק משאבה ב' כפי שמוצג באיור2. להתחבר מזרק B נימי מפלדת החיצוני של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE.
  4. מיקום הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray עצה כ 0.8 ס מ מעל טבעת פלדה ארציים (בקוטר של 1.5 ס מ).
  5. במקום אוסף זכוכית מגישים כ 10 ס מ מתחת הצינור קואקסיאליים.
  6. באספקת החשמל מכובה, לחבר את החוט הקרקע (החוט השחור באיור2) טבעת פלדה מקורקע.
  7. באספקת החשמל מכובה, להתחבר למסוף חיובית (חוט אדום באיור2) של ספק הזרם המחט הפנימי של הצינור קואקסיאליים באמצעות קליפ מתכת תנין.

3. הפקת Micellar Nanocrystals

  1. הגדר את המהירות של מזרק משאבה א 0.6 מ"ל/h.
  2. הגדר את המהירות של מזרק משאבה B 1.5 mL/h.
  3. להתחיל שתי משאבות מזרק ולחכות שיעוריהם זרימה המתאימים לייצב. טיפות ויוצרים על הצינור בקצב קבוע עולה קצב זרימה יציבה. זו בדרך כלל מתרחשת בתוך 60 s לאחר הפעלת משאבות מזרק.
    הערה: צריך להיות שם אין בועות הצנרת, טיפות צריך טופס-הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray.
  4. הפעל את ספק הכוח כדי להחיל מתח גבוה חיובית על הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray. התאם את מתח המופעל בטווח של 5 – 9 kV, עד קעורה קונוס-סילון (קרי, מטוס מתכנסת, הידוע בכינויו 'קונוס טיילור') הוא ציין בקצה הצינור קואקסיאליים (כפי שמוצג על שיבוץ של איור 3a).
    התראה: הקפד לא לגעת ספקטרומטריית electrospray זרבובית כאשר מתח גבוה מוחל. בצע זהירות מתאימים.
    הערה: לא מספיק מתח המופעל תגרום טיפות ויוצרים בקצה הצינור (כפי שמוצג על שיבוץ של איור 3b), בעוד גבוה מדי של מתח המופעל יגרום קשת חשמלית בין הצינור והטבעת פלדה מקורקע.
  5. לאחר קונוס טיילור יציב (איור 3 א) התקבל, להוסיף 10 מ ל יונים מים תבשיל אוסף נקי ולהחליף את המנה אוסף זכוכית בכיוונון. המנה החדשה תאסוף את המוצר micellar nanocrystal.
  6. להפעיל את תהליך הייצור micellar nanocrystal עבור משך זמן מסוים (במשך כ 40 דקות לייצור צורה כדורית מיצלה או כ 90 דקות להפקת תולעת מיצלה צורה). ואז להסיר את המנה אוסף מ מתחת הזרבובית ספקטרומטריית electrospray.
  7. לעצור את משאבת מזרק A ו- b
  8. לבטל את אספקת חשמל של מתח גבוה.
  9. לאפשר הממס האורגני מתמוססות (בשכונה fume) מתוך קערה חשפו אוסף בן לילה.
    הערה: אם לשפוט לפי התוצאות אפיון של המוצרים micellar nanocrystal, אידוי בן לילה מספיקה להסרת הממס האורגני להשיג מוצרים עם איכות טובה.
  10. לבסוף, העברת המוצר micellar nanocrystal שפופרת צנטרפוגה 15 מ"ל אפיון (למשל, ספקטרוסקופיה פלורסנט, פיזור אור דינאמי, במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים, וניתוח תרמית), יישום או אחסון. לאחסן את המוצר הסופי nanocrystal micellar במקרר-4 מעלות צלזיוס.
    הערה: המוצר יכול להישאר יציבים תחת תנאי אחסון זה למשך חודש אחד לפחות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

איור 1 מראה סכימטי סיכום השליטה של מבנים (צורה, כימוס) של micellar nanocrystals על-ידי הממס האורגני המשמשים בתהליך הייצור. בקצרה, דיכלורומתאן מוביל הקזאין כדורית עם אין ומגעים nanocrystals; כלורופורם מוביל הקזאין כדורית עם מספר נמוך כימוס nanocrystals; THF מוביל הקזאין כדורית עם מספר גבוה כימוס nanocrystals על זמן תגובה קצר בצורת תולעת הקזאין עם מספר גבוה כימוס nanocrystals בבית הרבה זמן התגובה, בהתאמה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

שיטת ייצור micellar nanocrystals תיאר מתנת העבודה משלב מלמעלה ספקטרומטריית electrospray, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ושליטה ממס מבוסס מבנה. שיטה יעילה ונוחה בקרת איכות היא להשתמש קונוס טיילור הקימו בקצה הצינור קואקסיאליים. זה בגלל קונוס טיילור בנוי כהלכה מצביעה על איזון (או ליד היתרה) בין כוח חשמלי מתח פנים, אשר בתורו מציין מצליח היווצרות מיקרו-כורים (טיפות חדה במיוחד אחיד) בשביל התגובה הרכבה עצמית להתרחש באופן ספונטני. בכל מקרה שבו קונוס טיילור לא נוצר כראוי, אחד מומלץ להתאים את המתח של ספק הזרם ושיעורי זרימה של משאבות מזר...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

המחברים לאשר בתודה התמיכה הכלכלית של פרס "אלף כישרונות הכללית צעירים" של הממשלה הסינית המרכזית, פרס "שואנג צ'ואנג" מן הממשלה המחוזית ג'יאנגסו, קרן הזנק-המכללה האקדמית להנדסה, יישומי מדעי, אוניברסיטת נאנג'ינג, סין, פרס מטעם "טיאן-די" קרן, גרנט מ עדיפות אקדמי תוכנית פיתוח קרן של ג'יאנגסו להשכלה גבוהה מוסדות (משטרת משמר החופים), מענק של הקרן מדעי הטבע במחוז ג'יאנגסו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
נקודות קוונטיות הידרופוביותOcean NanotechQSPנקודות קוונטיות הידרופוביות מוצקות CdSe / ZnS. אורך גל פליטת הקרינה השיא הוא 605 ננומטר.
פולי (סטירן)-b-פולי (אתילן גליקול) (PS-PEG)סיגמא-אולדריץ'666476-500 מ"גהמשקל המולקולרי של מקטע PS הוא 9.5 kDa וזה של מקטע PEG הוא 18.0 kDa.
פולי (אלכוהול ויניל) (PVA)סיגמא-אולדריץ'363170-500 גרםמשקל מולקולרי 13– 23 kDa, 87– 89% הידרוליזה.
Tetrahydrofuran (THF)Sinopharma מגיב כימי80124418
כלורופורםSinopharma מגיב כימי40007960
משאבות מזרקBao Ding Shen ChenSPLab01
צינורותShanghei Lai Xingקוטר חיצוני 2 מ"מ וצינורות PTFE בקוטר פנימי 1.8 מ"מ.
מזרקיםYi Ming5.CCמזרק חד פעמי 5 מ"ל עשוי PTFE.
ספק כוח מתח גבוהספק כוח זרם ישר מסדרתDong Wen(0– טווח 50 קילו וולט).
זרבובית קואקסיאלית אלקטרוספרייהונאן צ'אנג שה נה יימכלול נירוסטה. המחט הנימים הפנימית הייתה בגודל 27 (קוטר חיצוני 500 μ m; קוטר פנימי 300 μ הנימים החיצוניים היו בגודל 20 (קוטר חיצוני 1,000 μ m; קוטר פנימי 500 μ m).
Vortexerשיאן HEB ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ סיןMX-SMX-S עם טווח מהירות רחב של 0– 2,500 סל"ד, ויסות מהירות ללא מדרגות, מגע ופעולות רציפות.
טבעת פלדהYiwu Wan Tuטבעות בטווח קטרים (0.8– 1.8 ס"מ) ניתן לבנייה. לדוגמה, טבעת בקוטר 1.3 ס"מ נבנתה על ידי סלסול חוט פלדה בקוטר של כ-25 ס"מ (אורך) בקוטר 0.5 מ"מ (מד 24, AWG).
צלחת איסוף זכוכיתGrainger1u5084צלחת זכוכית בגובה 25 מ"מ ובקוטר 120 מ"מ.
צינור צנטריפוגה 15 מ"לג'יאנגסו Xinkang מכשיר רפואי ושות', בע"מX-407עשוי מפוליפרופילן שקוף (PP).
DW צינור צנטריפוגה

מקורות

  1. Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
  2. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  3. Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
  4. Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
  5. Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
  6. Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
  7. Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
  8. Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
  9. Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
  10. Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
  11. Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
  12. Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434(2017).
  13. Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
  14. Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
  15. Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
  16. Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
  17. Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
  18. Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

THF

מאמרים קשורים