Bio-inspired Polydopamine oppervlak wijziging van Nanodiamonds en de vermindering van zilveren nanodeeltjes

Samenvatting

Een facile protocol is bedoeld om te functionalize van de oppervlakken van de nanodiamonds met polydopamine.

Samenvatting

Oppervlakte functionalization van nanodiamonds (NDs) is nog steeds uitdagend als gevolg van de diversiteit van functionele groepen op de ND-oppervlakken. Hier tonen we een eenvoudig protocol voor de multifunctionele oppervlakte modificatie voor NDs met behulp van Mossel-geïnspireerde polydopamine (PDA) coating. Bovendien, kan de functionele laag van PDA op NDs dienen als een reducerende agent te synthetiseren en stabiliseren van metalen nanodeeltjes. Dopamine (DA) kan zelf polymeriseren en spontaan PDA lagen op ND oppervlakken te vormen indien de NDs en dopamine worden gewoon gemengd samen. De dikte van de laag van een PDA wordt gecontroleerd door het variëren van de concentratie van de DA. Een typisch resultaat toont aan dat een dikte van ~ 5 tot ~ 15 nm van de PDA-laag kan worden bereikt door het toevoegen van 50 tot 100 µg/mL DA aan 100 nm ND schorsingen. Bovendien, de PDA-NDs worden gebruikt als substraat om metaalionen, zoals Ag [(NH₃)₂]⁺, naar silver nanodeeltjes (AgNPs). De grootte van de AgNPs is afhankelijk van de oorspronkelijke concentraties van Ag [(NH₃)₂]⁺. Samen met een toename van de concentratie van Ag [(NH₃)₂]⁺, het aantal NPs neemt toe, evenals de diameters van de NPs. Kortom, deze studie niet alleen presenteert een facile methode voor het wijzigen van de oppervlakken van NDs met PDA, maar ook toont de verbeterde functionaliteit voor NDs door verankering van de verschillende soorten van belang (zoals AgNPs) voor geavanceerde toepassingen.

Inleiding

Nanodiamonds (NDs), een roman koolstof gebaseerde materiaal, hebben aanzienlijke aandacht getrokken in de afgelopen jaren voor gebruik in diverse toepassingen^1,2. Bijvoorbeeld, bieden de hoge oppervlakten voor NDs een uitstekende katalysator ondersteuning voor metalen nanodeeltjes (NPs) vanwege hun super chemische stabiliteit en thermische geleidbaarheid³. NDs spelen voorts een belangrijke rol in de bio-imaging, bio-sensing en drug delivery vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit en nontoxicity^4,5.

Efficiënt hun om mogelijkheden te breiden, is het waardevol voor functionele soorten op de oppervlakken van NDs, zoals eiwitten, nucleïnezuren en nanodeeltjes⁶conjugaat. Hoewel een verscheidenheid van functionele groepen (bijv., hydroxyl carboxyl, lacton, enz.) worden gemaakt op de oppervlakken van NDs tijdens hun zuivering, de opbrengsten van de vervoeging van de functionele groepen zijn nog steeds zeer laag vanwege de lage dichtheid van elk actieve chemische groep⁷. Dit resulteert in unstable NDs, die de neiging om aggregaat, toepassing⁸verder te beperken.

Momenteel zijn de meest voorkomende methoden gebruikt om de functionalize van NDs, covalente conjugatie met behulp van koper-gratis Klik chemie⁹, covalente koppeling van peptide nucleic zuren (PNA)¹⁰, en zelfstandige geassembleerde DNA¹¹. De niet-covalente inwikkeling van NDs heeft ook voorgesteld, met inbegrip van gemodificeerde koolhydraten BSA⁴en HSA¹²coating. Omdat deze methoden tijdrovend en inefficiënt zijn, is het echter wenselijk dat een eenvoudige en algemeen geldende methode kan worden ontwikkeld om het wijzigen van de oppervlakken van NDs.

Dopamine (DA)¹³, bekend als een natuurlijke neurotransmitter in de hersenen, werd gebruikt voor vasthouden en nanodeeltjes, zoals gouden nanodeeltjes (AuNPs)¹⁴, Fe₂O₃¹⁵en SiO₂^{16 functionalizing} . Zelf gepolymeriseerde PDA lagen verrijken amino en fenolische groepen, die verder kunnen worden gebruikt om metalen nanodeeltjes direct of gemakkelijk immobiliseren thiol/amine-houdende biomoleculen op een waterige oplossing. Deze eenvoudige aanpak werd onlangs door Qin et al.toegepast om de functionalize van NDs. en onze laboratorium^17,18, hoewel DA derivaten werkten wijzigen NDs via Klik op chemie in eerdere studies^19,20.

Hier beschrijven we een eenvoudige PDA gebaseerde oppervlakte wijziging methode die efficiënt functionalizes NDs. Door het variëren van de concentratie van DA, kunnen we controleren de dikte van een PDA-laag van een paar nanometer tot tientallen nanometer. Daarnaast zijn de metalen nanodeeltjes direct verminderd en gestabiliseerd op het oppervlak van de PDA zonder de behoefte aan extra vermindering van de toxische agentia. De grootte van de zilveren nanodeeltjes is afhankelijk van de oorspronkelijke concentraties van Ag [(NH₃)₂]⁺. Deze methode maakt het mogelijk de goed gecontroleerde depositie van PDA op de oppervlakken van NDs en de synthese van ND geconjugeerd AgNPs, , die de functionaliteit van NDs dramatisch uitbreidt als uitstekende nano-platformen van katalysator ondersteunt, bio-imaging, en Bio-sensoren.

Protocol

1. Bereiding van reagentia

Let op: Lees en begrijpen alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Sommige van de chemische stoffen zijn giftig en vluchtige. Gelieve te volgen speciale behandeling procedures en opslagvereisten. Tijdens de experimentele procedure, persoonlijke beschermende uitrusting, zoals handschoenen, veiligheidsbril en een laboratoriumjas te gebruiken om te voorkomen dat potentiële gevaren.

1. Voorbereiding van Tris-HCl buffer
   1. Los 30.29 g Tris poeder in 100 mL gedeïoniseerd H₂O, zorgen ervoor dat het poeder volledig Lost en breng de oplossing over in een 250 mL-volumetrische maatkolf.
   2. Voeg gedeïoniseerd H₂O aan de omvang van 250 mL in de maatkolf van 1,0 M voor Tris buffer geven.
   3. Verdun de 1,0 M Tris buffer 100 keer geven 0,01 M Tris buffer en breng de pH op 8,5 met behulp van 1,0 M HCl-standaardoplossing.
   4. Gebruik een pH-meter ter ijking van de pH-waarde van de 0,01 M Tris-HCl-buffer.
2. Voorbereiding van ND schorsingen
   1. Verdun 100 nm van monokristallijne ND suspensies (1.0 mg/mL) 50 keer met de 0,01 M Tris-HCl buffer te geven 0,02 mg/mL ND schorsingen.
3. Bereiding van dopamine-oplossing
   1. Los 20 mg dopamine waterstofchloride in 2,0 mL 0,01 M Tris-HCl buffer 10 mg/mL DA om oplossing te geven.
      Opmerking: De DA oplossing moet worden vers bereid en gebruikt binnen 15 min.
4. Bereiding van Ag [(NH₃)₂] OH oplossing
   1. Los 100 mg van AgNO₃ solide in 10 mL gedeïoniseerd H₂O 10 mg/mL AgNO₃ om oplossing te geven.
   2. Toevoegen van 1,0 M ammoniumhydroxide (NH₃· H₂O) ontkleuring naar de AgNO₃ oplossing tot geel neerslag vormen, en vervolgens doorgaan met het toevoegen van de NH₃· H₂O-oplossing totdat de precipitatie volledig is verdwenen.
      Opmerking: Controleer het minimale volume vereist; bereiden onmiddellijk voor het gebruik en de verwijdering onmiddellijk na gebruik.
      Let op: Voeg NH₃· H₂O in de zuurkast met gezicht shields, handschoenen en bril.

2. Synthese PDA laag op het oppervlak van NDs (PDA-NDs)

1. Voeg de vers bereide oplossing van de DA (10 mg/mL) voor de schorsingen ND te geven gevarieerd eindconcentraties van 50, 75, 100 µg/mL DA. Regel het volume van de totale reactie tot 1,0 mL, overbrengen naar een 10 mL-reageerbuis en krachtig roeren bij 25 ° C, in het donker voor 12u.
2. De PDA-NDs oplossing voor 2 h bij 16.000 x g centrifugeren, verwijder het supernatant en spoel driemaal met gedeïoniseerd water voor 1 h op 16, 000 x g elke keer.
3. Opnieuw verspreiden de PDA-NDs in 200 µL van gedeïoniseerd water met ultrasoonapparaat voor 30 s. De PDA - gecoate NDs klaar zal zijn voor verder gebruik.

3. Vermindering van de AgNPs op het oppervlak van de PDA-NDs (AgNPs-PDA-NDs)

1. Verdun 40 µL van het vooraf samengestelde PDA-NDs in stap 2.3 tweemaal met gedeïoniseerd water. Toevoegen Ag [(NH₃)₂] OH oplossing te geven verschillende eindconcentraties van Ag [(NH₃)₂]⁺ (0.08, 0.16 0,24, 0,40 en 0,60 mg/mL).
2. Pas het eindvolume te 100 µL in een 1,5 mL-centrifugebuis door toevoeging van gedeïoniseerd water, gevolgd door ultrasoonapparaat gedurende 10 minuten.
3. Centrifugeer het AgNPs-PDA-NDs gedurende 15 minuten staan bij 16.000 x g te verwijderen van de vrije zilver-ionen, verwijder het supernatant na het centrifugeren, voeg 100 µL van gedeïoniseerd water en spoel driemaal met gedeïoniseerd water bij 16.000 x g gedurende 5 minuten elke keer.
4. Opnieuw verspreiden de AgNPs-PDA-NDs in 100 µL deionizedwater met ultrasoonapparaat voor 30 s voor te bereiden voor verder gebruik.

4. Analyse van de PDA-NDs en NDs-PDA-AgNPs Clusters

1. UV-zichtbaar (UV) spectra
   1. Gebruik de UV-spectra te houden op de verdeling van de gemiddelde grootte van de AgNPs op PDA-ND oppervlakken. Overdracht van de monsters van de AgNPs-PDA-NDs in stap 3.4 bereid met uiteenlopende concentraties van Ag [(NH₃)₂] OH in 1 cm-kwarts cuvette en controleren van de absorptie bij een golflengte van scan van 250 naar 550 nm.
2. Transmissie verkiezing microscopie (TEM)
   1. Plaats de koolstof gecoat koperen rasters op een glasplaatje omwikkeld met parafilm de rasters in plaats te houden. Het glasplaatje met bijgevoegde TEM rasters invoegen in het plasma reiniger. Zet het plasma schoner en de vacuümpomp. Na 5 min, zet het plasma en kwijting van de rasters met een middellange energieniveau gedurende 3 minuten.
   2. Storting 5 µL van de monsters op de koolstof-film bekleed Cu-rasters voor 3 min. gebruik filtreerpapier te pit uit de extra monster van de rand van het raster. Een druppel gedeïoniseerd water vervolgens te deponeren op de grid voor 15 s tot het verwijderen van zouten, wick vervolgens uit het water met filtreerpapier. Herhaal de procedure wassen tweemaal en laat het raster in de lucht droog is voor verder gebruik.
   3. Visualiseer de monsters door TEM, doorgaans op 38.000 X vergroting. Werken bij 200 KV.

Resultaten

De vorming van PDA lagen op ND oppervlakken werden geanalyseerd door TEM (Figuur 1). Verschillende diktes van PDA lagen werden waargenomen als hogere concentraties van DA leidde tot dikker PDA lagen. Bovendien, nadat een encapsulating reactie, de kleur van de NDs-oplossing gewijzigd van kleurloos tot donker, terwijl de hoger de beginconcentratie van DA was, hoe donkerder de oplossing werd.

Discussie

Dit artikel bevat een gedetailleerd protocol voor de oppervlakte functionalization voor NDs met zelf gepolymeriseerde DA coating en de vermindering van de Ag [(NH₃)₂]⁺ te AgNPs op PDA lagen (Figuur 3). De strategie is geschikt voor het produceren van verschillende diktes van PDA lagen door simpelweg het veranderen van de concentratie van de DA. De grootte van de AgNPs kan ook worden gecontroleerd door een wijziging van de oorspronkelijke concentratie van meta...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Nanodiamond	FND Biotech, Inc.	brFND-100	gedispergeerd in water, en gebruikt zonder verdere zuivering
Dopamine hydrochloride	Sigma	H8502-25G	vers bereiden
Silver Nitrate	Fisher	S181-25
Ammonium Hydroxide	Fisher	A669S-500	zeer giftig
Tris Hydrochloride	Fisher	BP153-500
TEM grid carbon film	Ted Pella	01843-F	300 mesh koper