Bioengineering

シルバーシード媒介成長法によるゴールドNanostarの合成

Published: January 15, 2012 doi: 10.3791/3570

Zurab Kereselidze¹, Victor H. Romero², Xomalin G. Peralta¹, Fidel Santamaria³

¹Department of Physics and Astronomy, The University of Texas at San Antonio, ²Centro de Investigaciones en Optica A. C., ³Department of Biology and Neurosciences Institute, The University of Texas at San Antonio

Summary

我々はシルバーシード媒介成長法を用いて星状の金nanostarsを合成した。 nanostarsの直径は200〜300nmの範囲であるとヒントの数は7から10に変化する。ナノ粒子は、近赤外を中心に幅広い表面プラズモン共鳴のモードを持っている。

Abstract

ナノスケールコロイドの物理的、化学的および光学的性質は、材料組成、サイズと形状^1-5依存する。光熱アブレーション、薬物送達や他の多くの生物医学アプリケーション⁶のナノコロイドを使用する際の大きな関心があります。ゴールドは、特にその低毒性^7-9の使用されています。金属ナノコロイドの性質は、強い表面プラズモン共鳴^10を持つことができるということです。表面プラズモン共鳴モードのピークは、金属ナノコロイドの構造と組成に依存する。表面プラズモン共鳴モードが光で刺激されているため、生体組織の透過率が^11、12が最大となる場所の近くに赤外線でピーク吸光度を持っている必要がある。

我々はまた、星形ナノ粒子^13から15またはnanostars ¹⁶として知られる星形のコロイド金を、合成する方法を提示する。このメソッドは、に基づいている金コロイドの^17から22の異方成長のための核剤として使用される銀の種子を含むolution。その結果、金コロイドの走査型電子顕微鏡（SEM）の分析では、ナノ構造の70％がnanostarsであることを示した。粒子の他の30％がdecahedraと菱形のアモルファスのクラスターであった。 nanostarsの吸収ピークは（840 nm）の近赤外であることが検出された。したがって、我々の手法は、特に光熱アブレーションのために、生物医学アプリケーションに適した金nanostarsを生成します。

Protocol

1。銀の種子の準備

任意の質量を考慮し、脱イオン（DI）水10mLと混合し、硝酸銀（AgNO _3を）のストック溶液を調製。ソリューションのモル濃度を計算する。光から分離するために暗い場所で解決してください。
5mMのソリューションを作るために純水10 mLにクエン酸ナトリウム三塩基の14.7ミリグラム（のNa ₃ C ₆ H ₅ O _7）を追加します。粉体が溶解するまでバイアルを振とうする。
40mMの溶液を作るために純水10 mLを別のバイアルに水素化ホウ素ナトリウム（NaBH _4の）の15.1 mgを追加します。すぐにバイアルを閉じます。そっと手で解決策を振ると氷とのビーカーに入れてください。冷蔵庫にビーカーを置き、（T1 = 0）タイマーを起動します。焼きたてのソリューションは、それを冷却するために十分な時間である15分に使用されます。
硝酸銀、1.1）のストック溶液から、0.25 mMで10 mLを準備する。バイアルとstで攪拌磁石を配置攪拌技術。
1.4〜クエン酸ナトリウム三塩基性溶液を1.2））の0.25 mLを加える。
_t1で= 15分は冷蔵庫から、水素化ホウ素ナトリウム溶液を、1.3）を取り外します。）この溶液0.4mlを取ると1.5に追加ピペットを使用する。注：単一の迅速なストロークで解決策を追加。色が黄色に変わります。 5分のためのソリューションをかき混ぜる。
= 20分の停止が攪拌_t1で、バイアルから磁石を削除し、暗い場所でバイアルを保持。バイアルを閉じないでください。
使用する前に、少なくとも2時間、室温で暗所で解決してください。好ましくは、準備から一週間以内に種子を使用してください。

2。成長溶液の調製

DIの水10 mLに140 mgを追加することにより、アスコルビン酸（C ₆ H ₈ O _6）の80 mMのを準備します。
塩化金（HAuCl _4）の濃縮液を10 mLを準備します。ソリューションのモル濃度を計算する。 solutioしてくださいnは、光から分離。
DI水20mlでバイアルに364 mgを追加することによって-臭化セチルトリメチルアンモニウム50mMの（C ₁₉ H ₄₂ BRN CTAB）の20mLを準備します。直ちにバイアルに攪拌しながら磁石を配置し、30℃暖かいプレート上で撹拌を開始℃にCTABの粉末を完全に溶解し、解決策は、プレートのヒーターをオフにするが、ステップ2.7を介して攪拌しておく透明になりますされた後）。
4.9x10 ^-2 mMの最終モル濃度を得るためのソリューション2.3）へのソリューション1.1）を追加します。（T ₂ = 0）タイマーを起動します。
t ₂において= 1分は0.25 mMの最終モル濃度を得るために2.4）へのソリューション2.2）を追加。
T ₂で= 2分）2.5、2.1、0.1 mL）を加える。溶液は無色になります。
T ₂で= 2分20秒、2.6は1.8の0.05 mL）を（銀の種）を追加します）。 15分間、懸濁液をかき混ぜる。サスペンションは、最初は青として茶色になります。
T ₂で= 17分は攪拌を停止、mを削除するagnetと24時間室温でサスペンションを保持。

3。イメージング、特性評価や実験のためにCTABから金nanostarsの分離

注：CTABは室温で結晶化することがあります。 30 ° Cに金コロイドアップ結晶の熱を溶解または結晶が溶解するまで、水道水ホットでバイアルを浸すために。

2分間、懸濁液を超音波洗浄します。
730 RCFで5分間懸濁液を遠心分離します。 Nanostarsは、チューブの壁に蓄積されます。
nanostarsを削除しないように注意しながらピペットでサスペンションの限りを削除します。
管に純水を追加し、2分間超音波洗浄します。
460 RCFで3分間、懸濁液を遠心分離します。サスペンションは以下CTAB、従ってより低い遠心力がnanostarsを区別する必要が含まれています。
ステップ3.3）および3.4）を繰り返します。
380 rcfで3分間停止し、遠心して純水を追加。
Repea tは3.3）と3.4）を繰り返します。 nanostarsは、イメージング、分光法、または実験のための準備が整いました。

4。代表的な結果：

図1は、銀の種子JEOL 2010 - F TEMを用いて画像の透過型電子顕微鏡（TEM）像を示しています。種子は球形と15nmの平均サイズを持っている。金nanostarsは、電子顕微鏡（SEM）、スキャンモードで日立S - 5500を用いて画像化している。図2に提案手法を用いて合成nanostarsの増加倍率を示しています。星形の粒子がコロイド内のすべての粒子の約70％です。非整形式の星はdecahedraと菱形のアモルファスのクラスター（図示せず）のように表示されます。図3は、複数の単一の金nanostarsを示しています。 nanostarsの大きさは200nmから300nmの範囲であるとヒントの数は7から10に変化する。金はこの方法で合成されたナノ粒子の場合は合成後少なくとも1ヶ月間、その形状を保持CTABに残されます。

e_content">我々はOlisケーリー- 14分光光度計を用いて銀種とnanostarsの吸収スペクトルを測定した。種子のピーク吸収は400nmにあった、nanostarsのピーク吸収は800 nmと850 nmの波長（図4の間にいた間）。

図1銀の種子の透過型電子顕微鏡像。

図2金nanostarsの電子顕微鏡写真をスキャン。

図3。単金のnanostarsの電子顕微鏡像をスキャン。

図4。正規化された吸収の銀種のスペクトル（破線）と、金nanostars（実線）。

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Discussion

本研究では、銀の種子を使用して金nanostarsを合成する方法を提示している。我々は、銀の種子がnanostarsの70％の生産の歩留まりにあることが判明。 nanostarsは、800 nmと850 nmの^7,23の間に集中彼らの表面プラズモン共鳴モードに相当する近赤外吸収ピークを、持っている。これらのプロパティのプロパティは、当社の金nanostarsは^{、24から26まで}生物医学アプリケーションのための使用の光熱アブレーションのようなことができます。

法の大きな違いは、ここで説明すると、他の方法は、代わりに金の銀の種子を用いています。長いヒントや小さなコアで金nanostarsに銀種の結果を使用する。ナノコロイドの合成の多くの異なった方法があるとして、異なる製造プロトコル間の収量生産の直接的な比較は困難です。しかし、40％の収率を達成同様の種子を媒介とした合成^27を使用する方法と比較して- 50％ 16で大きいですが、それらの表面プラズモン共鳴モードは、生物学的なアプリケーションにはより適して近赤外にシフトされます。

nanostarの合成中に考慮しなければならないいくつかの重要な点があります。種溶液の調製では、クエン酸ナトリウムをキャッピング剤として使用され、水素化ホウ素ナトリウムを還元剤として使用されます。水素化ホウ素ナトリウムは、このように新鮮なたびにそれを準備し、一時間以内にそれを使用することが重要である、両方の濃縮と希釈水溶液中で不安定である。さらに、反応は溶液は（ステップ1.6）コールドでなければならないため、温度依存性である。シードのソリューションは、それは水素を逃がすために重要である準備が整ったら、このように我々は、コンテナはいけないことを強調する（ステップ1.7）閉鎖される。成長溶液の調製プロセスはまた、時間に敏感です。ステップ2.5）から2.7への化合物が）方法で説明されているレートと異なるレートで混在している場合例えば、、得られた粒子は球体ではなく、星になることができます。

我々はいくつかの重要なステップの目的を明確にしたいと思います。成長溶液中の金は銀の種子で、その堆積が続いているアスコルビン酸を加えることにより低減されます。硝酸銀は金nanostarの成長の過程で触媒的な役割を果たす銀イオンを提供するために使用されます。 CTABは、金の結晶が吸着質分子に拘束される銀の種子に接続指向の取り付け機構^29を介して銀種子の表面上の金の異方成長のための責任であると考えられている。異方性成長プロセスは、速度論的支配政権³⁰として知られている熱力学的平衡条件によって引き起こされると仮定されて遅いです。

31、32に焦点を当てている。これらのアプリケーションの実装を成功させるには化学的、物理的、およびナノスケールコロイドの光学的性質を理解することにし、それらを合成するために再現性の手続きを開発する上でも依存する。ナノコロイドの特定の形状は、生物学的システム³³との相互作用を決定することが増加する証拠があるので、サイズだけでなく、ナノ構造の形状だけでなく、制御する必要がある。私たちの仕事の進歩近赤外における表面プラズモン共鳴とnanostarsの高収率を生成する方法を提供することによって、生物医学アプリケーションのナノテクノロジーを使用すること。

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Disclosures

利害の衝突は宣言されません。

Acknowledgments

この研究は、材料の研究と教育のための国立科学財団のパートナーシップ（PREM）助成番号DMR - 0934218によってサポートされていました。また、研究資源のためのナショナルセンターから受賞番号2G12RR013646 - 11によってサポートされていました。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしも研究資源や国立衛生研究所のためのナショナルセンターの公式見解を表すものではありません。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sodium citrate tribasic dehydrate	Sigma-Aldrich	S4641	99.0 %
Silver nitrate	Aldrich	204390	99.9999 %
Sodium borohydride	Aldrich	213462	99 %
L-Ascorbic acid	Sigma-Aldrich	255564	99+ %
Gold chloride trihydrate	Aldrich	520918	99.9+ %
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)	Sigma-Aldrich	H6269
JEOL 2010-F	JEOL		Transmission electron microscope
Hitachi S-5500	Hitachi		Used in scanning electron microscope mode
Olis Cary-14 spectrophotometer	Olis		Spectrophotometer