Idrochinone Based Sintesi di oro Nanorods

Sommario

Questo documento descrive un protocollo per la sintesi di nanotubi oro, basato sull'utilizzo di idrochinone come agente riducente, più i vari meccanismi di controllo loro dimensioni e proporzioni.

Abstract

Le nanobarre d'oro sono un importante tipo di nanoparticelle caratterizzate da peculiari proprietà plasmoniche. Nonostante il loro uso diffuso nelle nanotecnologie, i metodi sintetici per la preparazione di nanobarre d'oro non sono ancora completamente ottimizzati. In questo articolo descriviamo un nuovo protocollo in due fasi, altamente efficiente, basato sull'uso dell'idrochinone come agente riducente blando. Il nostro approccio consente la preparazione di nanobarre con un buon controllo delle dimensioni e del rapporto d'aspetto (AR) semplicemente variando la quantità di esadecil trimetilammonio bromuro (CTAB) e ioni argento (Ag⁺) presenti nella "soluzione di crescita". Utilizzando questo metodo, è possibile ridurre notevolmente la quantità di CTAB, un reagente costoso e citotossico, necessaria per ottenere la forma allungata. Le nanobarre d'oro con un rapporto d'aspetto di circa 3 possono essere ottenute in presenza di soli 50 mM di CTAB (contro le 100 mM utilizzate nel protocollo standard basato sull'uso di acido ascorbico), mentre le nanobarre d'oro più corte sono ottenute utilizzando una concentrazione fino a 10 mM.

Introduzione

nanoparticelle di oro (AuNPs) sono una delle nanostrutture più diffuse e promettenti per essere utilizzato in applicazioni biomediche. Il loro impiego è indispensabile molti point-of-care la diagnosi in vitro prodotti ¹ Sono stati proposti come uno strumento efficace per una serie di altre applicazioni diverse:. Come agente di contrasto in studi di imaging, ² come sistema drug delivery ³ e come farmaci per termoterapia indotta dalla luce (o terapia fototermica). ⁴ la grande potenzialità di AuNPs è guidato, negli ultimi venti anni, intensa ricerca sullo sviluppo di nuova sintesi che è in grado di aumentare il controllo sulla dimensione e forma ottenuta. ⁵ Questo perché diversi tipi di AuNPs infatti, sono più adatti di altri per applicazioni specifiche.

Tra le diverse nanostrutture oro, nanorods oro (AuNRs) sono emersi come uno dei sistemi più interessanti. AuNRs sono caratterizzati da due plasmopicchi nic associati con l'oscillazione degli elettroni lungo la longitudinale e gli assi trasversali, rispettivamente. ⁶ è particolarmente importante che la posizione del picco più intenso longitudinale può essere sintonizzato precisamente tra 620 e 800 nm, a seconda del formato delle aste . Questa regione corrisponde finestra biologica, ⁷ dove i tessuti umani quasi non assorbono la luce, consentendo lo sviluppo di una serie di applicazioni fotoniche in vivo coinvolgono AuNPs.

Nonostante il grande interesse per questo tipo di nanostrutture, i protocolli di sintesi per la preparazione di AuNRs soffrono di diversi limiti. Nella maggior parte dei casi, nanorods vengono preparati secondo un metodo in due fasi sviluppato da Sau e collaboratori. ⁸ Nella loro protocollo, nanorods sono sintetizzati riducendo ioni di oro con acido ascorbico in presenza di semi oro preformati, gli ioni d'argento e una grande quantità di esadecil trimetilammonio bromuro (CTAB), ACtensioattivo lineari ationic.

Lo svantaggio di questo protocollo è che la resa di riduzione di ioni oro è relativamente bassa (circa 20%) ⁹ e che una quantità elevata di CTAB, un reagente costoso che rappresenta più della metà del costo totale per i reagenti nella sintesi, è necessario. Lo sviluppo di un nuovo e più efficace via di sintesi è considerato quindi ad essere una necessità importante, permettendo la diffusione di approcci biomedici basati su AuNRs.

Nella prima parte del presente documento, presentiamo un protocollo ottimizzato per la preparazione di AuNR avente una proporzione di circa tre. La sintesi si basa sull'uso di idrochinone come agente riducente delicato e permette la preparazione di AuNR con una riduzione quasi quantitativa di ioni di oro, facendo uso di una quantità ridotta di CTAB. ¹⁰ Questo protocollo per la preparazione dei AuNRs si riferiscono su un approccio a due fasi in cui i semi oro sono utilizzati in un "sol crescitaution ".

Nella seconda parte, mostriamo come regolare con precisione il rapporto di dimensioni e aspetto del AuNR ottenuto in due modi. Il primo modo, simile al protocollo standard a base di acido ascorbico, è quello di variare la quantità di ioni d'argento presenti nel "soluzione di crescita". Il secondo modo è basato sulla variazione della quantità di CTAB che può essere ridotto fino ad una concentrazione di 10 mM (vicino alla concentrazione micellare critica comunicate dal fornitore) per ottenere nanotubi brevi ben definiti.

Protocollo

1. Sintesi di oro Nanorods

Nota: Usare acqua altamente purificata in tutto.

1. Preparazione dei semi oro
   1. Sciogliere 364,4 mg di esadeciltrimetilammonio bromuro (CTAB) in 5 ml di acqua, sotto ultrasuoni a 40 ° C fino a quando la soluzione diventa limpida. Sia la soluzione CTAB raffreddare a temperatura ambiente.
   2. Separatamente, preparare 5 ml di acido tetracloroaurico _(HAuCl4) in acqua (0,5 mM).
   3. Aggiungere la soluzione _HAuCl4 alla soluzione CTAB sotto agitazione magnetica vigorosa, mantenendo costante la temperatura a 27 ° C.
   4. Preparare 600 ml di boroidruro di sodio _(NaBH4) soluzione in acqua (10 mM) a 4 ° C. Aggiungere questa soluzione alla miscela sotto agitazione vigorosa. Controllare se il colore della soluzione cambia immediatamente dal giallo al marrone.
   5. Mescolare la sospensione per 20 minuti prima dell'uso. Conservare la sospensione semi per non più di 24 ore a temperatura.
   6. Verificare le dimensioni dei semi utilizzando uno spettrofotometro UV-Vis. Assicurarsi che i semi sono abbastanza piccolo (circa 2 nm) da utilizzare nella preparazione di nanotubi di oro mediante spettroscopia UV-visibile.
      Nota: Spectrum deve essere simile a quanto riportato in figura 1 semi maggiore identificate dalla presenza di un picco plasmonico circa 505-520 nm non devono essere utilizzati perché sono in grado di produrre nanoparticelle sferiche..
2. Preparazione della "soluzione di crescita" di nanotubi d'oro.
   1. Sciogliere 182,2 mg CTAB insieme con 22 mg di idrochinone in 5 ml di acqua a 40 ° C con ultrasuoni. Raffreddare la soluzione a 27 ° C.
   2. Preparare 200 ml di 4 mm nitrato d'argento _(AgNO3) soluzione.
   3. Separatamente, preparare 5 ml di soluzione 1 mM di acido tetracloroaurico _(HAuCl4).
   4. In primo luogo aggiungere la soluzione di nitrato d'argento preparata al punto 1.2.2. Quindi, aggiungere il HAuCl ₄ soluzione preparata al punto 1.2.3 alla soluzione di CTAB e idrochinone preparato al punto 1.2.1 sotto agitazione magnetica.
   5. Subito dopo, aggiungere sotto agitazione magnetica 12 microlitri della sospensione semi precedentemente preparata secondo il protocollo riportati al punto 1.1 e lasciare l'inizio reazione. Controllare se la sospensione cambia colore in circa 30 min.
   6. Controllare la formazione dei nanotubi controllando lo spettro UV-visibile della sospensione, come descritto nella sezione 4, ogni 5 min. Procedere fino spettro è stabile. Per consentire la formazione completa dei nanotubi, lasciare la sospensione sotto agitazione per ulteriori 30 min (Figura 2).
   7. Dividere la sospensione nei tubi (1 ml di sospensione per ogni provetta) e centrifugare a 10.000 xg per 10 min. nanorods oro formano un precipitato scuro sul fondo della provetta.
   8. Risospendere il precipitato di ogni tubo in 1 ml di acqua. Mescolare il contenuto dei tubi e memorizzare il suspensione di nanotubi d'oro a temperatura ambiente.
   9. Caratterizzare i nanotubi ottenuti mediante spettroscopia e trasmissione microscopia elettronica UV-visibile come descritto nel paragrafo 4 (figura 3).

2. Ottimizzazione del rapporto di formato di nanotubi variando la concentrazione di ioni Ag ⁺

1. Preparare una soluzione di nitrato d'argento con una concentrazione di 4 mM, sciogliendo 3,4 mg AgNO ₃ a 5 ml di acqua.
2. Preparare in tre diverse fiale la soluzione con CTAB e idrochinone come descritto nella sezione 1.2.1 e aggiungere rispettivamente 100 microlitri, 150 microlitri o 200 ml di soluzione di nitrato d'argento.
3. Aggiungere la soluzione ₄ HAuCl secondo preparata al punto 1.2.3 e procedere con la preparazione di nanotubi d'oro come descritto dal punto 1.2.5.
4. Caratterizzare i nanotubi ottenuti mediante spettroscopia UV-visibile e microscopia elettronica a trasmissione. Fiale con minori quantità di Ag ⁺ si riproduce dei nanotubi brevi (proporzioni 2 e 2,2 rispettivamente) (Figura 4).

3. Mettere a punto il rapporto di aspetto di nanotubi variando la concentrazione di CTAB

1. Preparare diversi lotti di nanotubi d'oro con diverse concentrazioni di CTAB nella "soluzione di crescita". Utilizzare concentrazioni da 10 mm a 100 mm per la produzione di nanotubi d'oro che hanno diverse dimensioni e proporzioni. Le concentrazioni di CTAB utilizzati in ciascun esperimento sono riassunti in tabella 1 con la corrispondente quantità di milligrammi utilizzato. Sciogliere le diverse quantità di CTAB sempre con 22 mg di idrochinone in 5 ml di acqua.
2. Aggiungere 200 ml di soluzione di nitrato d'argento (preparato secondo punto 1.2.2) e 5 ml di soluzione _HAuCl4 (preparato secondo quanto descritto al punto 1.2.3) in ciascuna fiala sotto agitazione magnetica.
3. Aggiungere 12 ml di sospensione semi e osservare il cambiamento di colore della miscela finale.
4. Stopl'agitazione quando il colore della sospensione e lo spettro UV-visibile sono stabilizzate; il tempo di reazione dipende dalla concentrazione CTAB nella soluzione di crescita.
5. Centrifugare a 10.000 xg per 10 min e risospendere in acqua.
6. Caratterizzare i nanotubi ottenuti mediante spettroscopia UV-visibile e microscopia elettronica a trasmissione. Una concentrazione più bassa di CTAB si tradurrà in nanotubi più brevi, mentre una maggiore concentrazione darà nanotubi più lunghi ma più grandi. Al contrario le proporzioni dei nanotubi sarà superiore nell'intervallo di circa 40-50 mm e diminuisce sia a concentrazioni inferiori e superiori (Figura 5 e Figura 6).

4. Caratterizzazione di oro Nanorods

1. Spettroscopia UV-visibile
   1. Diluire 100 ml di soluzione di nanotubi con 400 ml di acqua in un materiale plastico micro-cuvetta e acquisire lo spettro di assorbimento UV-visibile (lunghezza d'onda tra 400 e 840 nm)secondo il protocollo del produttore.
   2. Raccogliere spettri UV-visibile (lunghezza d'onda tra 400 e 840 nm) della soluzione di crescita ogni 5 minuti per studiare la cinetica della reazione.
2. Microscopia elettronica a trasmissione (TEM)
   1. Raccogliere immagini TEM di ciascun campione di nanotubi, per la misura della dimensione e del rapporto di aspetto dei nanotubi ottenuti. Preparare i campioni mettendo una goccia di sospensione (4 ml) su un ultra-sottili griglie di rame 200-maglia Formvar a polvere e lasciare asciugare all'aria a 4 ° C. Analizzare il campione a TEM utilizzando una tensione di accelerazione di 200 kV secondo il protocollo del produttore.

Risultati

UV spettri visibile dei semi oro può essere visto in Figura 1. UV spettri visibile acquisite in tempi diversi dopo l'iniezione dei semi oro sono rappresentati in Figura 2. Immagini UV spettri visibili e microscopica elettronica a trasmissione (TEM) dei nanotubi oro ottenuti sono mostrati in figura 3. microscopica UV visibile spettri e trasmissione di elettroni (TEM) immagini di nanotubi oro con proporzioni diverse ottenuto variando l...

Discussione

Il protocollo qui presentata si applica idrochinone, una molecola aromatica caratterizzata da un potenziale di riduzione deboli, per produrre nanorods oro. Ci sono due vantaggi principali del presente protocollo verso la via di sintesi più comunemente impiegato basato sull'uso di acido ascorbico: il primo è che l'idrochinone è in grado di ridurre quasi quantitativamente gli ioni d'oro che permettono la produzione di una maggiore quantità di nanotubi oro ¹¹ La. quest'ultimo è dato dal fatto che...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Cloruro d'oro (III) triidrato	Sigma Aldrich	520918
Idrochinone	Sigma Aldrich	H17902
Nitrato d'argento	Sigma Aldrich	209139	tossico
Boroidruro di sodio	Sigma Aldrich	480886
Esadeciltrimetilammonio bromuro (CTAB)	Sigma Aldrich	H5882	Tossina acuta. (orale). In questo studio abbiamo testato tre diversi lotti di CTAB (H5882) di Sigma Aldrich. Due di loro sono stati contrassegnati come made in China mentre uno come made in India. Nella nostra esperienza, solo i lotti contrassegnati come prodotti in Cina sono stati efficaci per la preparazione dell'AuNR.
Spettrofotometro	Thermo scientific	Nanodrop 2000C
TEM	JEOL	2100