Nanodiamonds 및은 나노 입자의 그것의 감소의 바이오 영감 Polydopamine 표면 수정

요약

손쉬운 프로토콜 functionalize polydopamine와 nanodiamonds의 표면에 제공 됩니다.

초록

Nanodiamonds (NDs)의 표면 기능화 ND 표면에 기능성 그룹의 다양성으로 인해 여전히 도전 이다. 여기, 우리가 홍합 영감 polydopamine (PDA) 코팅을 사용 하 여 NDs의 다기능 표면 수정에 대 한 간단한 프로토콜을 보여 줍니다. 또한, NDs에 PDA의 기능 계층 원제 합성 및 금속 나노 입자를 안정화 될 수 있습니다. 도파민 (DA) 자체 유해 하 고 자발적으로 NDs와 도파민 혼합 되 면 단순히 함께 PDA ND 표면에 레이어를 형성 수 있습니다. PDA 층의 두께 검사의 농도 변화에 의해 제어 됩니다. 전형적인 결과 보여줍니다 두께의 ~ 5 ~ 15 nm PDA 계층의 50 ~ 100 µ g/mL의 다 100 nm ND 정지를 추가 하 여 도달 될 수 있다. 또한, PDA-NDs Ag 등 금속 이온을 줄이기 위해 기판으로 사용 됩니다 [(NH₃)₂]⁺, 실버 나노 (AgNPs). Ag의 초기 농도에 의존 하는 AgNPs의 크기 [(NH₃)₂]⁺. Ag의 농도 증가 함께 [(NH₃)₂]⁺, NPs의 수 증가, NPs의 직경. 요약 하자면,이 연구 뿐만 아니라 PDA와 NDs의 서피스를 수정 하는 손쉬운 방법을 제공 하지만 또한 고급 응용 프로그램에 대 한 고정 (AgNPs) 같은 관심의 다양 한 종으로 NDs의 향상 된 기능을 보여 줍니다.

서론

Nanodiamonds (NDs), 새로운 탄소 기반 재료, 다양 한 응용 프로그램^1,2에 사용 하기 위해 최근 몇 년 동안에서 상당한 관심을 받고 있다. 예를 들어, NDs의 높은 표면 지역 그들의 슈퍼 화학 안정성 및 열 전도도³금속 나노 입자 (NPs)에 대 한 우수한 촉매 지원을 제공합니다. 또한, NDs 바이오 이미징에 중요 한 역할, 바이오-감지, 및 그들의 뛰어난 생체 적합성 및 nontoxicity^4,5인 약물 전달 재생합니다.

그들의 기능을 효율적으로 확장 하려면 기능 종의 표면에 NDs, 단백질, 핵 산 등 나노⁶켤레를 가치가 있다. 비록 다양 한 기능적인 그룹 (예., 수 산 기, carboxyl, lactone) 만들어집니다 그들의 정화 동안 NDs의 표면에 기능적인 그룹의 활용 수익률은 여전히 매우 낮은 각의 저밀도 때문에 활성 화학 그룹⁷. 이 하는 경향이 있는 불안정 한 NDs에서 결과 집계, 제한 추가 응용 프로그램⁸.

현재, NDs, functionalize 하는 데 사용 하는 가장 일반적인 방법 구리 무료 클릭 화학⁹, 펩타이드 핵 산 (PNA)¹⁰, 자기 조립된 DNA¹¹의 공유 링크를 사용 하 여 공유 활용입니다. NDs의 비 공유 배치 또한 제안 되었습니다, 탄수화물 수정 BSA⁴, 그리고 HSA¹²코팅을 포함 하 여. 그러나,이 메서드는 시간이 많이 걸리며 비효율적, 그것은 바람직한 NDs의 서피스를 수정 하는 간단 하 고 일반적으로 적용 가능한 방법을 개발할 수 있습니다.

도파민 (DA)¹³, 두뇌, 자연 신경 전달 물질로 알려진 준수 및 나노, 금 나노 입자 (AuNPs)¹⁴, Fe₂O₃¹⁵, SiO₂^{16 등 functionalizing 널리 이용 되었다} . 자체 생산 PDA 레이어 추가 직접 금속 나노 입자를 줄이기 위해 또는 쉽게 무력화 thiol/아민을 포함 하는 용액에 생체에 이용 될 수 있다 아미노산 및 페 놀 그룹을 풍요롭게. 이 간단한 접근은 최근 진 외NDs를 functionalize에 적용 됩니다. 그리고 우리의 실험실^17,18, 비록 다 파생 상품 NDs 통해 클릭 화학 이전 연구^19,20에 수정에 채택 되었다.

여기, 우리가 효율적으로 NDs functionalizes PDA 기반 표면 수정 방법을 설명 합니다. 다의 농도 변화 하 여 우리는 몇 나노미터에서 수십 나노미터의 PDA 층의 두께 제어할 수 있습니다. 또한, 금속 나노 입자는 직접 감소 하 고 추가 독성 감소 에이전트에 대 한 필요 없이 PDA 화면에서 안정. 나노 입자의 크기는 Ag의 초기 농도에 따라 달라 집니다 [(NH₃)₂]⁺. 이 방법을 사용 하면 NDs의 표면에 PDA의 잘 제어 증 착 및 ND의 합성 촉매의 우수한 나노 플랫폼 지원, 바이오 이미징, NDs의 기능을 크게 확장 AgNPs, 를 활용 하 고 바이오 센서입니다.

프로토콜

1입니다. 시 약의 준비

주의: 읽기 하 고 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 이해 하십시오. 화학 물질 중 일부는 독성 및 휘발성입니다. 스토리지 요구 사항 및 특별 한 처리 절차를 따르십시오. 실험 절차 동안 장갑, 안전 안경, 연구실 코트 등 개인 보호 장비를 사용 하 여 잠재적인 위험을 피하기 위해.

1. Tris HCl 버퍼의 준비
   1. 분해 트리 스 분말 이온된 H₂O의 100 ml에서의 30.29 g, 분말 녹이 완전히, 확인 하 고 솔루션 250 mL 부피 플라스 크에 전송.
   2. Tris 버퍼의 1.0 M을 주고 부피 플라스 크에 250 mL의 규모를 이온된 h 조₂O를 추가 합니다.
   3. 1.0 M Tris 버퍼 100 번 줄 0.01 M Tris 버퍼를 희석 하 고 1.0 M HCl 표준 솔루션을 사용 하 여 pH 8.5 조정 합니다.
   4. PH 미터를 사용 하 여 0.01 M Tris HCl 버퍼의 pH 값을 측정.
2. ND 정지의 준비
   1. 희석 100 nm ND 정지의 0.02 mg/mL를 주고 0.01 M Tris HCl 버퍼와 50 번 monocrystalline ND 정지 (1.0 mg/mL)의.
3. 도파민 솔루션의 준비
   1. 10 mg/mL에 게 다 해결책을 0.01 M Tris HCl 버퍼의 2.0 ml에서 도파민 염 산 염의 20mg을 디졸브.
      참고: 다 솔루션 갓 준비이 고 15 분 이내 사용 있습니다.
4. Ag [(NH₃)₂] 오 솔루션의 준비
   1. 어 그 노₃ 이온된 H₂O 주고 10 mg/mL AgNO₃ 솔루션의 10 mL에 고체의 100 밀리 그램을 디졸브.
   2. 1.0 M 수산화 암모늄 (NH₃· 추가 H₂O) 노란색까지 AgNO₃ 솔루션에 dropwise 형태, 침전 다음 추가 NH₃· H₂O 솔루션 강수량 사라질 때까지.
      참고: 확인 하십시오 최소 볼륨 요구; 즉시 사용 하기 전에 준비 하 고 사용 후 즉시 삭제.
      주의: 추가 NH₃· H₂O 얼굴 연기 후드에서 방패, 장갑, 그리고 고글.

2입니다. NDs (PDA-NDs)의 표면에 합성 PDA 레이어

1. 주고 ND 정지에 갓된 다 해결책 (10mg/mL) 최종 농도 50, 75, 100의 다양 한 추가 검사의 µ g/mL 1.0 mL를 총 반응 볼륨 조정, 10 mL-테스트 튜브에 그것을 전송 하 고 적극적으로 12 h에 대 한 어둠 속에서 25 ° C에서 저 어.
2. 원심에서 16000 x g 2 h의 PDA NDs 솔루션은 상쾌한을 제거 하 고 16, 1 시간에 대 한 이온을 제거 된 물으로 세 번 세척 000 x g 각 시간.
3. 다시 30 쥡니다 이온 물 200 µ L에서 PDA NDs 분산 s. PDA-NDs 코팅 추가 사용 하기 위해 준비가 될 것입니다.

3입니다. PDA-NDs (AgNPs-PDA-NDs)의 표면에 AgNPs의 감소

1. 이온을 제거 된 물으로 두 번 단계 2.3에서 미리 합성된 PDA NDs의 40 µ L를 희석. Ag의 다양 한 최종 농도 주고 추가 Ag [(NH₃)₂] 오 솔루션 [(NH₃)₂]⁺ (0.08 0.16, 0.24, 0.40, 0.60 mg/mL).
2. 10 분 동안 쥡니다 뒤 이온된 수를 추가 하 여 1.5 mL-원심 분리기 튜브에서 100 µ L 최종 볼륨을 조정 합니다.
3. AgNPs-PDA-NDs에서 16000 x g 15 분 무료 실버 이온을 제거 원심 분리 후에 상쾌한 삭제, 이온 물, 100 µ L을 추가 하 고 각 시간 5 분 16000 x g 에서 이온을 제거 된 물으로 세 번 세척을 원심합니다
4. 다시 30 쥡니다와 deionizedwater의 100 µ L에 AgNPs PDA NDs 분산 s 추가 사용에 대 한 준비를.

4입니다. PDA-NDs 및 AgNPs-PDA-NDs 클러스터 분석

1. 자외선 (UV) 보이는 스펙트럼
   1. UV 스펙트럼을 사용 하 여 PDA ND 표면에 AgNPs의 평균 크기 분포를 모니터링. 1 cm-석 영 cuvette에 Ag [(NH₃)₂] 오의 다양 한 농도와 단계 3.4에서 준비 AgNPs-PDA-NDs 샘플을 전송 하 고 250 550의 스캔 파장에서 흡수 모니터링 nm.
2. 전송 선거 현미경 검사 법 (TEM)
   1. 탄소 코팅 구리 격자 격자 유지 하 parafilm으로 감싸 유리 슬라이드에 배치 합니다. 청소기 플라즈마에 연결 된 가장 격자 유리 슬라이드를 삽입 합니다. 청소기 플라즈마 및 진공 펌프를 켭니다. 5 분 후 플라스마 켜고 3 분 동안 중간 전력 수준으로 격자를 방전.
   2. 보증금 5 µ L 탄소 필름에 샘플의 코팅 추가 샘플 격자의 가장자리에서 떨어져 심지에 3 분 사용 필터 종이 대 한 Cu-격자. 다음, 15에 이온된 물 한 방울을 입금 s, 소금을 제거 하는 다음 필터 종이와 물을 심지. 두 번 세척 절차를 반복 하 고 추가 사용 하기 위해 건조 공기 격자를 허용.
   3. 38000 X 배율에서 일반적으로 가장에 의해 샘플을 시각화. 200 KV.

결과

ND 표면에 PDA 레이어의 형성 편 (그림 1)에 의해 분석 되었다. PDA 레이어의 다른 두께 두꺼운 PDA 레이어를 주도하 다의 높은 농도로 관찰 되었다. 또한, 캡슐화 반응, NDs 솔루션의 색상에서 변경 후 어둠, 동안 높은 무색 다의 초기 농도, 어두운 솔루션 되었다.

그림 2 에서는 Ag의 감소 [(NH₃)₂]⁺ AgNPs 100 nm PDA ND 표면의 표면에에. AgNPs, 가장, 계산의 크기 분포 Ag의 원래 농도의 의존성을 결정 하는 데 사용 했다 [(NH₃)₂]⁺ 는 AgNPs의 크기에.

토론

이 문서는 자체 생산 다 코팅, NDs의 표면 기능화 및 Ag의 감소에 대 한 상세한 프로토콜을 제공 합니다 [(NH₃)₂]⁺ AgNPs PDA 레이어 (그림 3)에 게. 전략은 단순히 검사의 농도 변경 하 여 다양 한 두께의 PDA 레이어를 만들 수 있는 AgNPs의 크기 또한 금속 이온 솔루션의 원래 농도 변경 하 여 제어할 수 있습니다. 그림 1A 에서 가장 이미지 uncoated 100 nm NDs는 양식 microclusters 및 집계 하는 경향이 표시 됩니다. NDs는 PDA와 캡슐화 했다 때 얇은 반지로 보였다 PDA 레이어 NDs 라운드. PDA 레이어 두께 가장 이미지에 측정 했다 약 5 nm, 10 nm, 그리고 15 nm, 각각 50 µ g/mL, 75 µ g/mL, 및 100 µ g/mL, 최종 다 농도에 대응....

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
나노다이아몬드	FND 바이오텍, Inc.	brFND-100	물에 분산시키고 추가 정제 없이 사용
도파민 염산염	시그마	H8502-25G	갓 준비
질산은	피셔	S181-25
수산화암모늄	피셔	A669S-500	고독성
트리스 염산염	피셔	BP153-500
TEM 그리드 탄소 필름	Ted 펠라	01843-F	300 메쉬 구리