Name: ナノダイアモンドおよびその低減銀ナノ粒子の生体 Polydopamine 表面改質 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 58 s
Description: 学ぶナノダイヤモンドのポリドーパミン表面改質法。ドーパミン濃度を変えて層厚を制御し、銀ナノ粒子の還元担持も可能です。材料科学と生医工学への応用が広がります。

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この研究は国立科学財団 (CCF 1814797) によって支えられた、ミズーリ大学研究板、材料研究センター、芸術大学とミズーリ科学技術大学科学

1。試薬の調製
注意: は、読み取り、使用する前に関連するすべての材料安全データ用紙 (MSDS) を理解してください。化学物質は、毒性、揮発性があります。特別な取り扱い手順やストレージの要件に従ってください。実験中に、潜在的な危険を避けるために個人用保護具、手袋、安全眼鏡、白衣などを使用します。
<ol><li>トリス塩酸バッファーの準備<ol>
<li>100 mL の脱イオン H2O にトリス粉末 30.29 g を溶解、粉末が完全に分解することを確保し、250 mL メスフラスコにソリューションを転送します。</li>
		<li>Tris バッファーの 1.0 M を与えるメスフラスコで 250 mL のスケールに脱イオン H2O を追加します。</li>
		<li>1.0 M Tris バッファー 100 倍を与える 0.01 M トリス バッファーを希釈し、1.0 M 塩酸標準溶液を使用して 8.5 に pH を調整します。</li>
		<li>0.01 M トリス塩酸バッファーの ph を調整するのに pH メーターを使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ND の懸濁液の準備<ol>
<li>100 を希釈 50 倍 ND 懸濁液の 0.02 mg/mL を与えるに 0.01 M トリス塩酸バッファーと単結晶 ND 懸濁液 (1.0 mg/mL) の nm。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ドーパミン溶液の調製<ol>
<li>2.0 mL 10 mg/mL DA ソリューションを与えるための 0.01 M トリス塩酸バッファーの中の塩酸ドーパミンの 20 mg を溶解します。 注: DA ソリューション必要があります新鮮な準備、使用 15 分以内。</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ag [(NH3)2] ああ溶液の調製<ol>
<li>アグノ3 10 mL の脱イオン H2O 10 mg/mL アグノ3ソリューションを与えるためには固体の 100 mg を溶解します。</li>
		<li>1.0 M 水酸化アンモニウム (NH3· を追加します。H2O) 黄色までアグノ3溶液に滴下フォームを沈殿し、NH3· を追加していきます沈殿が消えるまでは、H2O ソリューションです。 注: 必要な最小ボリュームを作る使用直前に準備し、使用後に直ちに破棄します。 注意: 追加 NH3·H2O 顔がヒューム フードの盾、手袋、ゴーグルしています。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2。NDs (PDA-NDs) の表面に合成 PDA 層
<ol><li>作りたて DA ソリューション (10 mg/mL) を与えるため ND 懸濁液に最終濃度 50、75、100 を様々 なを追加 DA の μ G/ml1.0 mL に全反応音量を調整、10 mL テスト チューブにそれを転送し、25 ° C、12 時間暗闇の中で活発にかき混ぜます。</li>
	<li>16,000 x g で 2 h の PDA NDs ソリューションを遠心分離機、上澄みを除去し、16 歳で 1 h の脱イオン水にて 3 回洗浄 000 x g たびに。</li>
	<li>30 超音波処理と脱イオン水を 200 μ l 添加の PDA NDs を再分散 s。PDA - NDs のコーティングさらに使用できるようになります。</li>
</ol>3。PDA NDs (AgNPs-PDA-NDs) の表面に AgNPs の削減
<ol><li>脱イオン水で 2 回ステップ 2.3 で事前合成 PDA NDs の 40 μ L を希釈します。Ag の最終濃度を与えるために追加 Ag [(NH3)2] ああソリューション [(NH3)2]+ (0.08 0.16 0.24、0.40、0.60 mg/mL)。</li>
	<li>1.5 mL 遠心管中 100 μ L に最終的な音量を調整するには、脱イオン水、10 分間超音波処理を追加します。</li>
	<li>遠心分離機の AgNPs-PDA-NDs 16,000 × gで 15 分間無料銀イオンを除去、遠心分離後に上清を破棄、100 μ L の脱イオン水を追加、各時間 5 分 16,000 x gで脱イオン水で 3 回を洗浄します。</li>
	<li>30 の超音波処理と deionizedwater の 100 μ L の AgNPs PDA NDs を再分散 s それ以上の使用のために準備します。</li>
</ol>4。PDA NDs と AgNPs PDA NDs クラスターの分析
<ol><li>(UV) の紫外・可視吸収スペクトル<ol>
<li>UV スペクトルを使用して、PDA ND 面 AgNPs の平均サイズ分布を監視します。手順 3.4 で 1 cm 石英キュベットで Ag [(NH3)2] オハイオ州の様々 な濃度の準備 AgNPs PDA NDs サンプルを転送し、250 に 550 のスキャン波長で吸収を監視 nm。</li>
	</ol>
</li>
	<li>選挙顕微鏡 (TEM)<ol>
<li>場所にグリッドを維持するパラフィルムで包まれたスライド ガラスにコーティング炭素銅グリッドを配置します。プラズマ クリーナーに添付の TEM グリッドをガラス スライドを挿入します。クリーナーのプラズマと真空ポンプを入れます。5 分後、プラズマをオンにし、3 分の中規模電力レベルとグリッドを放電します。</li>
		<li>預金 5 炭素フィルムのサンプルの μ L 被覆 Cu-グリッド 3 分使用濾紙グリッドの端から余分なサンプルを放出します。15 のためのグリッドに脱イオン水のドロップを預金し、塩を削除する s は、ろ紙を水を芯します。2 回洗濯手順を繰り返し、さらに使用のための乾燥空気にグリッドを許可します。</li>
		<li>38,000 倍の倍率で通常、TEM による試料を可視化します。200 は、KV。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22179567">The properties and applications of nanodiamonds.</a> Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).</li>
<li>Kucsko, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometre-scale+thermometry+in+a+living+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nanometre-scale thermometry in a living cell.</a> Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).</li>
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<li>Orishchin, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Deposition+of+Uniform+Polydopamine+Coatings+on+Nanoparticle+Surfaces+with+Controllable+Thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness.</a> Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).</li>
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<li>Jana, J., Gauri, S. S., Ganguly, M., Dey, S., Pal, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanoparticle+anchored+carbon+dots+for+improved+sensing%2C+catalytic+and+intriguing+antimicrobial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Transactions%22%5BJournal%5D)">Silver nanoparticle anchored carbon dots for improved sensing, catalytic and intriguing antimicrobial activity.</a> Dalton Transactions. 44 (47), 20692-20707 (2015).</li>
<li>Zamudio, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+anchoring+of+silver+nanoparticles+on+N-doped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes.</a> Small. 2 (3), 346-350 (2006).</li>
<li>Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , 14/689,085 (2016).</li>
</ol>

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自己重合 DA コーティング、NDs の表面機能化と Ag の削減のための詳しいプロトコルを説明 [(NH3)2]+ PDA レイヤー (図 3) に AgNPs します。戦略は、DA の濃度を変更するだけで PDA 層のさまざまな厚さを作り出すことができます。AgNPs のサイズは、元の金属イオン溶液の濃度を変えることによって制御できます。図 1Aの TEM 画像では、ノンコート 100 nm NDs フォーム マイクロクラ スターと集計しがちだったが表示されます。NDs は、PDA で内部に閉じ込められた、薄いリングとして示した PDA レイヤーは、NDs をラウンドします。PDA の層の厚さ、TEM 画像で測定したが約 5 nm、10 nm、および 15 nm、それぞれ最終的な DA 50 μ G/ml、75 μ g/mL、100 μ g/mL、濃度に相当します。NDs の懸濁液の色が無色からコーティング、ND 面...

ナノダイヤモンド (NDs) 新規の炭素ベース材料は、さまざまなアプリケーション1,2で使用するため近年でかなり注目を集めています。例えば、NDs の高い表面積は超化学的安定性および熱伝導率3のため金属ナノ粒子 (NPs) の優れた触媒サポートを提供します。さらに、NDs は、バイオ イメージングの重要な役割、バイオセンシング、ドラッグデリバリーのための優れた生体適合性と nontoxicity4,5を再生します。
その機能を効率的に拡張するため共役蛋白質、核酸、ナノ粒子6など NDs の表面に機能性種に貴重なものです。さまざまな機能グループ (e.g、水酸基、カルボキシル基、ラクトンなど) が作成されますその浄化中に NDs の表面に官能基の共役利回りがまだ非常に低いそれぞれの低密度のため。アクティブな化学グループの7。これはがちで不安定な NDs で結果集計、アプリケーション8をさらに制限すること。
現在、NDs を高機能化するために使用する最も一般的な方法は、共有結合の共役を銅フリー クリック化学9、ペプチド核酸 (PNA)10、および自己組織化 DNA11の共有結合連鎖を使用しています。NDs の非共有結合の折り返しも提案されている炭水化物変更 BSA4、HSA12コーティングなど。ただし、これらの方法は時間がかかり、非効率的なので、NDs の表面を変更する簡単で一般的に適用される方法を開発できることが望ましいです。
遵守し、機能性ナノ粒子、金ナノ粒子 (結果)14Fe2O315SiO216 などの広く使用されたドーパミン (DA)13脳の自然な神経伝達物質として知られています。.自己重合 PDA 層豊かにアミノ基とフェノールのグループ、または簡単に溶液中におけるチオール/アミンを含む生体分子の固定化金属ナノ粒子を直接抑える更に利用されることができます。この単純なアプローチは、秦らにより NDs を施してに最近適用されました。当社研究所17,18DA 誘導体を用いて NDs経由でクリックして化学以前研究19,20の変更が。
ここでは、NDs を効率的に functionalizes 簡単な PDA ベースの表面改質手法について述べる。DA の濃度を変化させることによって数ナノメートルから数十ナノメートルの PDA 層の厚さを制御できます。さらに、金属のナノ粒子は直接小さくなり、さらに毒性軽減剤を必要とせず PDA 表面安定化します。銀ナノ粒子のサイズ Ag の初期濃度に依存して [(NH3)2]+。このメソッドにより、NDs の表面上の PDA の制御された堆積と ND の合成触媒の優れたナノ プラットフォームをサポートしている、バイオ イメージング、NDs の機能を飛躍的に向上させる AgNPs,の共役とバイオ センサー。

<table><tbody><tr><td>ナノダイヤモンド</td><td>FNDバイオテック株式会社</td><td>brFND-100</td>は<td>、水に分散し、さらに精製せずにドー</td></tr><tr><td>パミン塩酸塩</td><td>シグマ</td><td>H8502-25G</td>は<td>、新たに</td></tr><tr><td>硝酸銀</td><td>フィッシャーS181-25</td><td></td><td></td></tr>水<tr><td>酸化アンモニウム</td><td>フィッシャーA669S-500</td><td></td>非常に<td>有毒</td></tr><tr><td>なトリス塩酸塩</td><td>フィッシャーBP153-500TEM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>グリッドカーボンフィルム</td><td>テッドを準備しますペラ</td><td>01843-F300</td><td>メッシュ銅</td></tr></tbody></table>

ナノダイアモンドおよびその低減銀ナノ粒子の生体 polydopamine 表面改質

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

連日 (NDs) の表面機能化は ND 表面官能基の多様性のためにまだ挑戦です。ここでは、ムール貝に触発された polydopamine (PDA) コーティングを使用して、NDs の多機能表面改質のための単純なプロトコルを示します。さらに、NDs の PDA の機能層は、合成、金属ナノ粒子を安定させる還元剤として勤めるかもしれません。ドーパミン (DA) は、自己重合し、NDs とドーパミンは単に一緒に混合される場合自発的に PDA ND 表面層を形成できます。PDA の層の厚さは、DA の濃度を変化させることにより典型的な結果では、厚さの 5 〜 へ 〜 15 PDA 層の nm を 100 nm ND 懸濁液に da 50 から 100 μ g/ミリリットルを追加することによってアクセスできます。Ag などの金属イオンを減らすために、PDA NDs を基板として使用するさらに、[(NH3)2]+、銀ナノ粒子 (AgNPs)。Ag の初期濃度に依存して、AgNPs のサイズ [(NH3)2]+。Ag の濃度の増加とともに [(NH3)2]+、NPs の直径だけでなく、NPs の数が増えます。要約すると、この研究は pda、NDs の表面を修正する簡便な手法を提案するだけでなく、また高度なアプリケーション (AgNPs) などの様々 な種の固定による NDs の拡張機能を示します。

PDA ND 表面層の形成は、TEM (図 1) によって分析しました。PDA 層の異なる厚さは、厚い PDA レイヤーにつながった DA の高濃度として観察されました。さらに、カプセル化反応、NDs ソリューションの色から変更後暗い、高いながら無色 DA の初期濃度より暗いソリューションとなった。
図 2の説明 Ag の削減 [(NH3)2]+ 100 nm の PDA 商品表面の表面に AgNPs します。AgNPs、tem、計算のサイズ分布は Ag の元の濃度依存性を決定するため使用された [(NH3)2]+ 、AgNPs のサイズに。
<p class="jove_content" fo:...

安易なプロトコルである polydopamine と連日の表面を高機能化する. します。

ナノダイアモンドおよびその低減銀ナノ粒子の生体 Polydopamine 表面改質

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

この方法は、材料科学と生物医学に幅広い応用を有するナノダイヤモンドの効果的な表面機能化に関する重要な質問に答える助けとなる。この方法はナノダイヤモンドに使用できます。また、金属ナノ粒子、磁性ナノ粒子、または活性バイオポリマーコーティングを必要とする表面などの他の材料にも適用できます。この方法では、ナノダイヤモンドは、普遍的な接着剤であるポリドーパミンのコーティングでファンタニオン化されます。PDA層の厚さは、ドーパミンの濃度を変化させることによって十分に制御される。まず、30.29グラムのトリスHCl粉末を100マイクロリットルの脱イオン水に溶解します。溶液を250ミリリットルの体積フラスコに移します。フラスコを脱イオン水でラインに充填し、それを混ぜて1つのモルトリスHClバッファーを得る。このストック溶液から、シリアル希釈により0.1モルトリスHClバッファーの20ミリリットルを調製します。pHメーターでバッファーを監視しながら、1モル塩酸を使用してpHを8.5に調整します。次に、100ナノメートルの単結晶ナノダイヤモンドを1ミリリットルに1ミリリットルに1ミリリットルの0.02ミリリットルをpH 8.5トリスバッファーで1ミリリットルに希釈する。混合物を10分間攪拌し、1ミリリットルナノダイヤモンド懸濁液あたり0.02ミリグラムを得る。次いで、2ミリリットルのpH 8.5トリスバッファーに2ミリリットルのドーパミン塩酸塩を溶解し、30秒間ボルテックスすることにより、1ミリリットルのドーパミン塩酸塩溶液あたり10ミリグラムの緩衝液を得た。ナノダイヤモンド溶液に調製したドーパミン溶液の5、7.5、または10マイクロリットルを加え、最終的なドーパミン塩酸塩濃度が50、75、または1ミリリットル当たり100ミリグラムであるかに応じて。反応量を調整した後、暗闇の中で12時間摂氏25度で激しく攪拌する。次いで、ポリドーパミンコーティングナノダイヤモンドの懸濁液を1.5ミリリットル遠心分離チューブに移し、16,000gで遠心分離機を2時間行う。上清を取り除き、ナノダイヤモンドを16,000gで1ミリリットルの部分で3回洗浄します。次に、洗浄された固体に200マイクロリットルの脱イオン水を加え、混合物を30秒間超音波処理してポリドーパミンコーティングされたナノダイヤモンドを再分散させます。ポリドーパミンコーティングされたナノダイヤモンドの懸濁液を40マイクロリットルを脱イオン水で2回連続して希釈する。次いで、10ミリリットルの硝酸銀を渦水で10ミリリットルに溶解する。ヒュームフードでは、硝酸銀溶液に1つの大臼歯水性アンモニアを加え、滴下し、黄色の沈殿物が形成されるまで、定期的に溶液を振る。沈殿が消失するまでアンモニアを添加し続け、水酸化ジアミン銀の溶液を得る。希釈したナノダイヤモンド分散液の40マイクロリットルにダイアミン銀溶液の4.3または6.4マイクロリットルを直ちに加え、それぞれ0.4または0.6ミリグラムの最終濃度を1ミリリットル当たりにする。この後、脱イオン水で100マイクロリットルにボリュームを調整します。混合物を10分間超音波処理します。次いで、分散液を16,000gで15分間遠心し、遊離銀イオンを除去する。上清を捨て、銀ナノ粒子で装飾されたポリドーパミンコーティングされたナノダイヤモンドを、16,000gで100マイクロリットル分の100マイクロリットル部分に3回、毎回5分間洗浄します。銀ナノ粒子で装飾されたナノダイヤモンドに100マイクロリットルの脱イオン水を加え、30秒間超音波処理によって再分散させます。250~550ナノメートルのUV-Vis分光スキャンでナノダイヤモンドを特徴付けます。次に、銀ナノ粒子で装飾されたナノダイヤモンドの5マイクロリットルをプラズマ洗浄されたカーボンコーティングされた銅グリッドに堆積させ、3分間座らせます。その後、フィルターペーパーで余分な溶液を吸い取ります。各グリッドを1滴の脱イオン水を塗布し、15秒間座らせてから、ろ紙でくねくねします。透過型電子顕微鏡でサンプルを可視化する前に、グリッドを空気乾燥させます。コーティングされていないナノダイヤモンドはマイクロクラスターと凝集体を形成する傾向があり、ポリドーパミンコーティングされたナノダイヤモンドは良好な分散を形成した。より高いドーパミン濃度は、ナノダイヤモンド表面に厚いポリドーパミン層の形成をもたらした。コーティングされていないナノダイヤモンドの分散は、透明で無色であった。ナノダイヤモンドを5ナノメートルの厚いポリドーパミン層でコーティングすると、分散液は白濁して茶色に見えた。分散の外観は、より厚いポリドーパミンコーティングで徐々に暗くなりました。15ナノメートル厚のポリドーパミン層を被覆したナノダイヤモンドのジアミン銀の還元は、水酸化ジアミン濃度が1ミリリットル当たり0.4〜0.6ミリグラムであったときに最も成功した。より低い濃度で形成されたナノダイヤモンドは、より小さすぎて効果的に研究できませんでした。最大吸光度値は、1ミリリットル溶液当たり0.4~0.6ミリグラムから形成されたナノ粒子の直径はそれぞれ約20ナノメートルと30ナノメートルであることを示した。TEMは、1ミリリットルのダイアミン銀溶液当たり0.4ミリグラムから生成された銀ナノ粒子は幅約24ナノメートルであり、1ミリリットル溶液当たり0.6ミリグラムから生成されたナノ粒子は幅約28ナノメートルであった。ナノダイヤモンド表面上のナノ粒子の数も、より高いダイアミン銀濃度で大きかった。この手順を使用した後、制御可能なPDA厚さを有する十分に分散したナノダイヤモンドが形成された。この技術は、研究者が触媒、バイオセンサー、ナノキャリアのナノダイヤモンドアプリケーションを探求する道を開きます。PDA支援型の物質化プロセスは、追加の還元剤を使用することなく、金属前駆体の還元時に銀ナノ粒子の形成を誘導し、PDA被覆表面に固定化することができます。さらに、PDA層には、連続およびアミン修飾生体分子を共役させるためにさらに利用できるオープン官能基が含まれています。

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Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

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超高感度検出のためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのフレキシブル表面増強ラマン散乱(SERS)基板の作製

学ぶナノダイヤモンドのポリドーパミン表面改質法。ドーパミン濃度を変えて層厚を制御し、銀ナノ粒子の還元担持も可能です。材料科学と生医工学への応用が広がります。

ナノダイアモンドおよびその低減銀ナノ粒子の生体 Polydopamine 表面改質

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