Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes

17.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/58872

⸱

2 juli 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Materials, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2School of Materials, University of Manchester, 3Interfaculty Institute of Bioengineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Amphiphilic goud nanodeeltjes kunnen worden gebruikt in vele biologische toepassingen. Een protocol voor het synthetiseren van goud nanodeeltjes bedekt met een binair mengsel van liganden en een gedetailleerde karakterisering van deze deeltjes wordt gepresenteerd.

Samenvatting

Goud nanodeeltjes bedekt met een mengsel van 1-Octanethiol (OT) en 11-mercapto-1-Undecane sulfonic zuur (MUS) zijn uitvoerig bestudeerd vanwege hun interacties met celmembranen, lipide bilayers, en virussen. De hydrofiele liganden maken deze deeltjes colloïdaal stabiel in waterige oplossingen en de combinatie met hydrofobe liganden creëert een amphiphilic deeltje dat kan worden geladen met hydrofobe drugs, fuseren met de lipide membranen, en weerstaan niet-specifieke eiwit adsorptie. Veel van deze eigenschappen zijn afhankelijk van de deeltjesgrootte en de samenstelling van de ligand schelp. Het is dan ook van cruciaal belang om een reproduceerbare synthetische methode te hebben en de betrouwbaarheid van karakterisering technieken die de bepaling van nanodeeltjes eigenschappen en de ligand shell samenstelling mogelijk te maken. Hier wordt een chemische reductie van één fase, gevolgd door een grondige reiniging om deze nanodeeltjes met een diameter van minder dan 5 nm te synthetiseren, gepresenteerd. De verhouding tussen de twee liganden op het oppervlak van de nanodeeltjes kan worden afgestemd door hun stoichiometrische ratio gebruikt tijdens de synthese. We laten zien hoe verschillende routine technieken, zoals transmissie elektronenmicroscopie (TEM), nucleaire magnetische resonantie (NMR), thermogravimetric analyse (TGA), en ultraviolet-zichtbare (UV-VIS) spectrometrie, worden gecombineerd tot ruim de fysisch-chemische parameters van de nanodeeltjes te karakteriseren.

Inleiding

De ligand schelp van goud nanodeeltjes kan worden ontworpen om verschillende eigenschappen die kunnen worden toegepast op de uitdagingen in de biogeneeskunde1,2,3,4vertonen. Deze veelzijdigheid zorgt voor de controle van de intermoleculaire interacties tussen nanodeeltjes en biomoleculen5,6,7. Hydrophobicity en charge spelen een doorslaggevende rol, evenals andere oppervlakte parameters die invloed hebben op hoe nanodeeltjes interageren met biomoleculen5,8,9. Om de oppervlakte-eigenschappen van de nanodeeltjes af te stemmen, biedt de keuze van natriumthiolaat moleculen die het ligand-reservoir uitmaken, een groot aantal mogelijkheden, volgens de gezochte eigenschappen. Bijvoorbeeld, wordt een mengsel van ligand molecules met hydrofobe en hydrofiele (b.v., geladen) eindgroepen vaak gebruikt om amphiphilic nanodeeltjes10,11te produceren.

Een prominent voorbeeld van dit type van nanodeeltjes wordt beschermd door een mengsel van OT en mus (hierna te noemen Mus: OT nanodeeltjes) dat is aangetoond dat veel relevante eigenschappen12,13,14bezitten. Eerste, met een ligand shell samenstelling van 66% MUS (hierna 66:34 MUS: OT), de colloïdale stabiliteit van de nanodeeltjes is hoog, het bereiken van tot 33% in gewicht in deioniseerde water, evenals in fosfaat-gebufferde zoutoplossing (1x, 4 mM fosfaat, 150 mM NaCl)15. Bovendien storten deze deeltjes niet bij relatief lage pH-waarden: bijvoorbeeld bij pH 2,3 en met zoutconcentraties van 1 M NaCl15, blijven deze nanodeeltjes gedurende maanden colloïdaal stabiel. De stoichiometrische verhouding tussen de twee moleculen op de ligand shell is belangrijk omdat het de colloïdale stabiliteit in oplossingen met een hoge Ionische sterkte16dicteert.

Deze deeltjes zijn getoond om het celmembraan te doorkruisen zonder het te porating, via een energie-onafhankelijke weg1,12. De spontane fusie tussen deze deeltjes en lipide bilayers ligt ten grondslag aan hun vluchtigheid door celmembranen17. Het mechanisme achter deze interactie is de minimalisering van contact tussen een hydrofobe oplosbaar-toegankelijke oppervlakte en water molecules op fusie met lipide bilayers18. Vergeleken met alle-MUS nanodeeltjes (nanodeeltjes met alleen de MUS ligand op hun schelp), de hogere hydrophobicity op gemengde MUS: OT nanodeeltjes (bijvoorbeeld, op een 66:34 MUS: OT samenstelling) verhoogt de spanwijdte van de kerndiameter die kan fuseren met lipide bilayers18. Verschillende zelf-assemblage organisaties van de ligand shell correleren met verschillende bindende modi van 66:34 MUS: OT nanodeeltjes met verschillende eiwitten, zoals albumine en ubiquitin, in vergelijking met alle-MUS deeltjes19. Onlangs is gemeld dat 66:34 MUS: OT nanodeeltjes kunnen worden gebruikt als een breed-spectrum antivirale middel dat onherroepelijk vernietigt de virussen als gevolg van multivalente elektrostatische bindingen van MUS liganden en niet-lokale koppelingen van OT liganden om capside proteïnen14. In al deze gevallen is gebleken dat de hydrofobe inhoud, evenals de kern grootte van de nanodeeltjes, bepaalt hoe deze bio-nano interacties plaatsvinden. Deze diverse eigenschappen van MUS: OT nanodeeltjes hebben gevraagd veel computersimulatie studies die gericht zijn op de mechanismen ter ondersteuning van de interacties tussen MUS: OT deeltjes en diverse biologische structuren zoals lipide bilayers20te verduidelijken.

De voorbereiding van MUS: OT-beschermde au nanodeeltjes vormt een paar uitdagingen. Ten eerste, de geladen ligand (MUS) en de hydrofobe ligand (OT) zijn onmengbare. Zo moet de oplosbaarheid van de nanodeeltjes en van de liganden rekening worden gehouden in de gehele synthese, evenals tijdens de karakterisering. Bovendien, de zuiverheid van de MUS ligand moleculen-in het bijzonder, de inhoud van anorganische zouten in het uitgangsmateriaal-invloeden van de kwaliteit, reproduceerbaarheid, evenals de korte en lange termijn colloïdale stabiliteit van de nanodeeltjes.

Hier, een gedetailleerde synthese en karakterisering van deze klasse van amphiphilic goud nanodeeltjes beschermd door een mengsel van MUS en OT worden geschetst. Een protocol voor de synthese van het negatief geladen MUS ligand wordt gerapporteerd om de zuiverheid en, vandaar, de reproduceerbaarheid van verschillende nanodeeltjes synthesen te verzekeren. Vervolgens wordt de procedure voor het genereren van deze nanodeeltjes, gebaseerd op een gemeenschappelijke synthese in één fase, gevolgd door een grondige reiniging, uitvoerig gerapporteerd. Diverse noodzakelijke karakterisering technieken21, zoals tem, UV-VIS, TGA, en NMR, zijn gecombineerd om alle noodzakelijke parameters voor verdere biologische experimenten te verkrijgen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. synthese van 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)

Opmerking: dit protocol kan op elke gewenste schaal worden gebruikt. Hier wordt een 10 g schaal-van-product beschreven.

  1. Natrium undec-10-enesulfonate
    1. Toevoegen 11-Bromo-1-undecene (25 mL, 111,975 mmol), natriumsulfiet (28,75 g, 227,92 mmol), en benzyltriethylammonium bromide (10 mg) tot een mengsel van 200 mL methanol (MeOH) en 450 mL van deioniseerde (DI) water (4:9 v/v MeOH: H2O-ratio) in een 1 L ronde-onderste kolf .
    2. Reflux het reactiemengsel bij 102 °C voor 48 h. cap het systeem met een drukhulp mechanisme-bijvoorbeeld, een ballon met een naald, of gewoon een naald. Deze reactie is niet gevoelig voor atmosferische gassen.
      Opmerking: de oplossing wordt kleurloos wanneer de reactie is voltooid.
    3. Verbind het reactiemengsel met een roterende verdamper om MeOH te verdampen en verlaag het volume tot ongeveer 300 mL.
    4. Overzetten van de resterende oplossing naar een 1 L toevoeging trechter.
    5. Haal de resterende waterige oplossing 5x met diethyl ether, met behulp van de toevoeging trechter. Ongereageerd 11-Bromo-1-undecene blijft in de diethyl ether fase en het gesulfoneerde product in H2O.
      Let op: laat elke drukopbouw vaak tijdens de extractie, en Raadpleeg het juiste gebruik van de toevoeging trechters.
    6. Verzamel de uiteindelijke geëxtraheerde water oplossing in een 1 L single-hals ronde-onderste kolf.
    7. Sluit de reactiekolf aan op een roterende verdamper door een beetje vet (of teflon ring stroken of een andere Kit) tussen de kolf en de val te zetten.
    8. Verminder het vacuüm langzaam om de waterige fase in een roterende verdamper te verdampen. Omdat het product een oppervlakteactieve stof is, zal schuimvorming optreden tijdens de verdamping. Om dit probleem te omzeilen, volg de instructies in de volgende stap.
      1. Voeg ethanol toe aan het mengsel om de verdamping van H2O te versnellen en schuimvorming te voorkomen. Wanneer het schuimen opnieuw wordt opgestart vanwege de afname van het ethanol gehalte, stop dan de verdamping, verwijder de kolf uit de roterende verdamper, voeg meer ethanol toe (ongeveer een derde van het totale volume) en sluit de kolf opnieuw aan op de roterende verdamper. Herhaal dit proces totdat de oplossing mengsel aanzienlijk afneemt en vormt geen bubbels.
    9. Droog het witte poeder direct door de kolf aan te sluiten op een hoog vacuüm. De drogere het poeder, zal de minder anorganische zouten kruipen in de daaropvolgende stappen.
      Opmerking: warmte kan worden gebruikt om het product te drogen, bijvoorbeeld door de kolf onder vacuüm te houden in een bad van 60 °C en 's nachts te verlaten.
    10. Suspendeer het witte poeder in 400 mL methanol in een kolf. Bewerk om de maximale hoeveelheid van het product te ontbinden.
      Opmerking: het doel van deze stap is om het product te ontbinden, maar niet de anorganische bijproducten, zoals overtollige natriumsulfiet en natriumbromide, die een beperkte oplosbaarheid in methanol hebben. Gebruik methanol met het laagste watergehalte mogelijk, omdat het water in de methanol zal de oplosbaarheid van de anorganische bijproducten in het oplosmiddel te verhogen.
    11. Om de oplosbaarheid van het product te verhogen, kan de methanol dicht bij zijn kookpunt (~ 64 °C) zacht worden verwarmd.
      Let op: Zorg ervoor dat u tijdens het verwarmen van de kolf onder een rook kap werkt. De rook van de verdampte methanol is gevaarlijk.
    12. Filter de oplossing om de methanol onoplosbare anorganische bijproducten te verwijderen. Gebruik een filter kolf aangesloten op een vacuümpomp en een filter trechter met kwantitatief filterpapier, of een borosilicaatglas filter. Zowel het product als de anorganische zouten zijn wit poeder wanneer het droog is: het product is oplosbaar in methanol, terwijl de zouten niet zijn.
    13. Breng de gefilterde oplossing van de filter kolf over naar een kolf van 1 L.
    14. Verbind de kolf met een roterende verdamper en verdamp de methanol oplossing bij 45 °C, los het witte poeder in methanol en filtreer de oplossing (protocol stappen 1.1.7, 1.1.8 en 1.1.9). Herhaal dit proces ten minste 2x, om de hoeveelheid anorganische zout te verminderen.
    15. Verzamel de witte, methanol oplosbare poeder (ongeveer 30 g, op deze schaal).
    16. Los ongeveer 10 mg product op in 500 µ L van D2O en breng de oplossing over naar een NMR-buis.
    17. Voer 1H NMR-spectrometrie uit op het product in D2O bij 400 MHz met 32 scans.
      Opmerking: de piek opdrachten voor 1H NMR (D2O) zijn 5,97 (m, 1h), 5,09 (m, 2H), 2,95 (t, 2H), 2,10 (m, 2H), 1,77 (q, 2H), 1,44 (BR s, 12u).
  2. Natrium 11-acetylthio-undecanesulfonate
    1. Los de geschatte 30 g natrium undec-10-enesulfonate (het reactieproduct van punt 1,1) op in 500 mL methanol in een kolf van 1 L rond de bodem. Voeg een 2,6 x overmaat van thioacetic zuur aan de oplossing en roer het in de voorkant van een UV-lamp (250 W) 's nachts (~ 12 h). In het geval dat een UV-lamp niet beschikbaar is, kan de reactie worden uitgevoerd door het terugvloeien met behulp van een radicale initiator, zoals azobisisobutyronitrile (AIBN); echter, het gebruik van een UV-lamp wordt sterk aanbevolen.
      Let op: Zorg ervoor dat u te allen tijde onder de rook kap werkt. Als de kolf moet worden vervoerd naar een andere ruimte waar de UV-lamp is gelegen, sluit de kolf om te voorkomen dat het verspreiden van de sterke geur van thioacetic zuur. De zorg van de oefening wanneer het werken van een UV lamp: volledig Blokkeer de ruimte waar de lamp wordt gevestigd en Raadpleeg de de veiligheidsrichtlijnen van de instelling op hoe te om een UV lamp in werking te stellen.
    2. Bewaken van de reactie door het nemen van ~ 2 mL hoeveelheid van de reactie, verdampen oplosmiddel, en voeg deuterated water om te controleren met 1H NMR. Zodra de pieken die overeenkomen met de dubbele binding verdwijnen, stop de reactie.
      Let op: meestal, na 12 uur voor de UV-lamp, de reactie is voltooid. Als de reactiemengsel wordt troebel, voeg meer MeOH en blijven de blootstelling aan het UV-licht voor zes extra uren.
    3. Verdampt alle MeOH in een roterende verdamper tot het vaste residu oranje-rood wordt. Indien lang genoeg, wordt het product bruin tot zwart.
      Let op: werk bewust vanwege de sterke geuren van de thioacetic zuur. De sterke geuren van een natriumthiolaat morsen kan worden geneutraliseerd met behulp van een waterige oplossing van bleekmiddel (natrium hypochloriet).
    4. Met behulp van een filtreerkolf, was het product met diethyl ether om overtollige thioacetic zuur te verwijderen, totdat er geen meer gekleurde (oranje-gele) stoffen verschijnen in de diethyl ether bovendrijvende. Droog de vaste stof onder hoog vacuüm en, dan, los het op in methanol, waardoor een geel tot oranje oplossing.
      Opmerking: Voeg genoeg methanol om het product te ontbinden.
      Opmerking: de kleur kan variëren bij deze stap.
    5. Voeg 3 g Carbon zwart aan de oplossing, meng krachtig, en filtreer het mengsel door middel van filtratie medium (Zie tabel van materialen) die tweederde van een gegroefde filtreerpapier.
      Opmerking: de poreuze structuur van Carbon Black vangt de gekleurde kant-product materiaal (en een deel van het product). De gefilterde oplossing moet duidelijk zijn. Als de gefilterde oplossing nog steeds is gekleurd (geel), herhaalt u dit proces.
    6. Verdamp het oplosmiddel volledig in een roterende verdamper en verzamel ongeveer 35 g wit poeder.
    7. Los ~ 10 mg van het product op in ~ 500 µ L van D2O en breng de oplossing over naar NMR-buizen.
    8. Voer 1H NMR uit op het product in D2O bij 400 MHz met 32 scans.
      Opmerking: de piek opdrachten voor de H NMR (D2O) zijn 2,93 (t, 4h), 2,40 (s, 3H), 1,77 (m, 2H), 1,62 (m, 2H), 1,45 (BR s, 14u).
  3. 11-mercapto-1-undecanesulfonate (mus)
    1. Reflux natrium 11-acetylthio-undecanesulfonate bij 102 °C in 400 mL van 1 M HCl voor 12 h te splitsen de thioacetate groep en het verkrijgen van een thiol.
    2. Breng het product over naar een 1,5 L of 2 L ronde-bodem kolf. Voeg 200 mL van 1 M NaOH toe aan de uiteindelijke oplossing en top met 400 mL DI water om een eindvolume van 1 L te hebben. Dit zorgt ervoor dat de oplossing zuur en voorkomen dat de kristallisatie van anorganische zouten als bijproduct.
      Nota: een volledige neutralisatie van de oplossing aan pH 7 zal in de kristallisatie van een product onoplosbaar in methanol resulteren.
    3. Houd de duidelijke oplossing bij 4 °C en het zal 's nachts kristalliseren. Het product kristalliseren als fijne kristallen die kleverig zijn als het nat is.
      Nota: om de kristallisatie te versnellen, voeg voorgesynthetiseerde MUS aan de oplossing toe, indien beschikbaar.
    4. Decanteer de Clear bovendrijvende en Centrifugeer het viskeuze witte product in 50 mL centrifuge tubes gedurende 5 min bij 4.000 x g.
    5. Decanteer de bovendrijvende in een andere kolf en droog de witte pellets onder hoog vacuüm-afhankelijk van de beschikbare centrifuge, dit kan worden 2-16 buizen of meer.
      Opmerking: het filteren wordt niet geadviseerd vanwege het oppervlakteactieve karakter van het product; overmatige schuimvorming zal optreden en het grootste deel van het product zal verloren gaan.
    6. Verzamel ongeveer 12 g (ongeveer 30% opbrengst) van methanol-oplosbare MUS van deze reinigingsstap.
      Opmerking: Wees ervan bewust dat het poeder is prima en elektrostatische-het heeft de neiging vast te houden aan spatels en de oppervlakken van containers. Ook kan meer materiaal worden geëxtraheerd uit de bovendrijvende van de centrifugeren stap door het verminderen van het volume (tot ongeveer een derde van de oorspronkelijke waarde) en het houden van het op 4 ° c. Daling van het volume nog meer (met 75%) om de opbrengst bij deze stap te verhogen.
    7. Los ~ 10 mg van het product op in ~ 500 µ L van D2O en breng de oplossing over naar NMR-buizen.
    8. Voer 1H NMR uit op het product in D2O bij 400 MHz met 32 scans.
      Opmerking: de piek opdrachten van H NMR (D2O) zijn 2,93 (t, 4h), 2,59 (t, 3H), 1,78 (m, 2H), 1,65 (m, 2H), 1,44 (BR s, 14u). De berekende Kies massa (met inbegrip van de natrium teller) van het product is 290,42 g/mol.

2. nanodeeltjes synthese: voorbereiding van de reagentia

  1. Reinig alle glaswerk (1 250 mL en 1 500 mL single-hals ronde-onderste kolf, een 100 mL toevoeging trechter, en een kleine trechter) met verse Aqua Regia (drie delen zoutzuur aan een deel salpeterzuur). Spoel het glaswerk met een overtollige hoeveelheid water in een rook kap en verwijder alle dampen. Dan, spoel het glaswerk met ethanol en droog het in een laboratorium glaswerk oven (40-60 °C wordt aanbevolen).
  2. Weeg 177,2 mg (0,45 mmol) van goud (III) chloride Trihydraat (HAuCl4∙ 3H2O) in een kleine glazen flacon (10 of 20 ml schone glazen flacons, of op weeg papier).
  3. Weeg 87 mg (0,3 mmol) MUS in een glazen flacon van 20 mL.
  4. Voeg 10 mL methanol toe om de MUS. Bewerk het in een ultrasoon bad te ontbinden tot er geen vast materiaal zichtbaar is, om volledige ontbinding te garanderen.
    Opmerking: als alternatief, met behulp van een warmte pistool of een warm bad (~ 60 ° c), Verwarm de oplossing zachtjes. Wanneer verwarmd, lopen koud water door de buitenkant van de kolf om het terug te brengen naar kamertemperatuur.
  5. Voeg 26 µ L (0,15 mmol) van OT aan de methanol oplossing toe en schud het om de liganden te mengen.
  6. Weeg 500 mg (13 mmol) natriumboorhydride (Nicky4) en voeg deze toe aan 100 ml ethanol in de kolf van de 250 ml ronde bodem. Roer krachtig met behulp van magnetische roeren (600-800 rpm). (De Nicky4 duurt 10 tot 20 min, afhankelijk van de rang, om een duidelijke oplossing in ethanol te vormen.)

3. synthese van goud nanodeeltjes

  1. Los goud zout op in 100 mL ethanol in de kolf van 500 mL rond de bodem en begin met het roeren bij 800 rpm met een magneet balk op een roer plaat. Zorg ervoor dat het goud zout oplost volledig.
  2. Plaats een 100 mL toevoeging trechter boven de rond-onderste kolf. Zet een trechter op de top van de toevoeging trechter met een kwantitatieve papieren filter binnen. Wanneer de Nicky4 is opgelost in ethanol, start het filteren van de oplossing in de toevoeging trechter door het filterpapier in de trechter.
  3. Voeg de ligand oplossing toe aan het reactiemengsel. Wacht 15 min voor de vorming van goud-natriumthiolaat complex. De kleurverandering van het reactiemengsel van doorschijnend geel aan troebel geel wijst op de vorming van gouden-natriumthiolaat complex.
  4. Start het toevoegen van de gefilterde Nicky4 -oplossing uit de toevoeging trechter dropwise. Pas de intervaltijd van de druppels, zodat de toevoeging van Nicky4 duurt ongeveer 1 uur.
  5. Na de volledige toevoeging van Nicky4, verwijder de trechter. Blijf roeren de reactie voor een ander uur. Verwijder aan het einde van de reactie de magneet roerstaaf met behulp van een magneet aan de buitenkant van de kolf.
  6. Gebruik een septum om de kolf te sluiten en een naald doorboren in het septum om de H2 gas dat zal evolueren na de reactie vrij te geven.
  7. Houd het reactiemengsel in een laboratorium koelkast (4 °C) om de nanodeeltjes 's nachts neer te storten.

4. Workup van de synthese

  1. Decanteer de bovendrijvende ethanol om het volume te verminderen.
  2. Breng de resterende precipitant over naar 50 mL centrifuge tubes en Centrifugeer gedurende 3 min bij 4.000 x g.
  3. Decanteer de bovendrijvende, verspreiden de nanodeeltjes opnieuw met ethanol door vortexen, en centrifugeer ze weer. Herhaal dit wassen proces 4x.
  4. Droog de nanodeeltjes onder vacuüm om de resterende ethanol te verwijderen.
  5. Voor het reinigen van de nanodeeltjes uit vrije hydrofiele liganden/moleculen, Los de precipitaten in 15 mL DI water en breng ze naar de centrifuge buizen met een filtratie membraan van 30 kDa cutoff molecuulgewicht. Dialyse is ook vatbaar voor deze procedure.
  6. Centrifugeer deze buizen voor 5 min bij 4.000 x g om de nano partikel oplossing te concentreren.
  7. Voeg 15 mL DI water toe aan deze oplossing en centrifugeer om zich opnieuw te concentreren. Herhaal dit reinigingsproces ten minste 10x.
    Nota: één aanwijzing dat de in water oplosbare onzuiverheden zijn verwijderd is de afwezigheid van het schuimen wanneer het ageren van het waterige afval; immers, de meeste van de onzuiverheden zijn disulfides van MUS met zichzelf of met OT (dit kan worden bepaald door het verzamelen van het materiaal en het uitvoeren van 1H NMR).
  8. Breng na de centrifuge de geconcentreerde nanodeeltjes over naar een centrifugebuis van 15 mL. Om de nanodeeltjes om te zetten in een beheersbaar poeder, ofwel neerstorten in een oplosmiddel zoals aceton of Freeze-droog de resterende waterige oplossing. Bij Freeze-gedroogd, de nanodeeltjes de neiging om een losse poeder dat kleeft aan oppervlakken en kan moeilijk te manipuleren vormen.

5. karakterisering van de nanodeeltjes

  1. Zuiverheid
    1. Om te controleren of de nanodeeltjes vrij zijn van ongebonden liganden, los 5 mg droge nanodeeltjes op in 600 µ L van D2O en voer een 1H NMR-meting van de deeltjes uit. Als er geen scherpe pieken van de liganden, betekent dit dat de nanodeeltjes vrij zijn van kleine organische moleculen.
  2. Ligand verhouding
    1. Bereid een 20 mg/mL methanol-d4 oplossing van jodium. Voeg 600 µ L van deze oplossing toe aan de ~ 5 mg nanodeeltjes in een glazen flacon, om de nanodeeltjes te etsen.
    2. Wikkel de dop van de flacon met paraffine folie en bewerk het in een ultrasoon bad voor 20 min. Breng de oplossing over naar een NMR-buis en Verwerf een 1H nmr (400 MHz) spectrum met 32 scans.
  3. Ligand dichtheid
    1. Breng 2 tot 8 mg nanodeeltjes over naar een TGA-Kroes. Kies een temperatuurbereik van 30 °C tot 900 °C en een snelheid van 5 °C per minuut onder N2 gas.
  4. Groottedistributie
    1. Tem
      1. Bereid 0,1 mg/mL nano partikel oplossing in DI water. Zet 5 µ L van de voor bereide oplossing op het 400-mesh Carbon-supported Copper grid. Wacht tot het droogt.
      2. Breng het rooster in een TEM houder en plaats deze in de Microscoop. Verwerven 5-10 beelden met een vergroting van ten minste 64 x, geëxploiteerd op 200 kV.
        Opmerking: om het contrast te verhogen, kan een objectief diafragma van 20 nm worden ingevoegd.
    2. UV-VIS spectra
      1. Bereid een 0,2 mg/mL nano partikel oplossing in DI water.
      2. Zet de benodigde hoeveelheid van deze oplossing in de Quartz cuvette en scan van 200 nm tot 700 nm.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De reactiestappen om MUS te synthetiseren zijn weergegeven in Figuur 1. De 1H NMR spectra van het product van elke stap zijn vertegenwoordigd in Figuur 2. De synthese workflow van de binaire MUS: OT amphiphilic goud nanodeeltjes is beschreven in Figuur 3. Na de synthese bestond de Workup van de nanodeeltjes uit het wassen van de deeltjes meerdere malen met ethanol en DI water. Voorafgaand ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Dit protocol beschrijft eerst de synthese van MUS ligand en vervolgens de synthese en karakterisering van amphiphilic MUS: OT goud nanodeeltjes. Synthetiseren van MUS met minimale zoutgehalte maakt een betere betrouwbaarheid van de stoichiometrische verhouding tussen de liganden tijdens de nanodeeltjes synthese, dat is een belangrijke factor voor de reproduceerbare synthese van MUS: OT nanodeeltjes met een doel hydrofobe inhoud (Figuur 8). Het gebruik van methanol als een gemeenschappelijk o...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Z.P.G. en F.S. danken de Zwitserse National Science Foundation en, in het bijzonder, NCCR ' Molecular Systems Engineering '. Z.L. en F.S. danken de steun van de Zwitserse National Science Foundation Division II Grant. Alle auteurs danken Quy ong voorvrucht bare discussies en voor het nalezen van het manuscript.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
11-bromo-1-undeceenSigma Aldrich467642-25 ml
NatriumsulfietSigma AldrichS0505-250 g
Benzyltriethyl-ammoniumbromideSigma Aldrich147125-25 g
MethanolVWRBDH1135-2.5 LP
DI waterMilliporeZRXQ003WWDe-ionized water
1 L ronde bodemflesDURAN24 170 56
Di-ethyletherSigma Aldrich1.00930 EMD Millipore
RoerstaafSigma AldrichZ329207,
Dow Corning High Vacuum GreaseSigma AldrichZ273554 ALDRICH
FiltreerflesDURAN20 201 63
Filtreer Buchner-trechterFisherSci11707335
Ethanol >99.8%, ACS, ReagensVWR2081.321DP
DeuteriumdioxideSigma Aldrich151882 ALDRICH
Thioazijnzuur 96%Sigma AldrichT30805 ALDRICH
KolenswartSigma Aldrich05105-1KG
CeliteSigma AldrichD3877 SIGMA-ALDRICHFiltratiemedium
CondensorSigma AldrichZ531154
Zoutzuur, ACS reagens 37%Sigma Aldrich320331 SIGMA-ALDRICH
Natriumhydroxide, BioXtra, pellets (watervrij)Sigma AldrichS8045 SIGMA-ALDRICH
CentrifugebuizenVWR525-0155P
250 mL ronde bodemflesDURAN24 170 37
500 mL ronde bodemflesDURAN24 170 46
Salpeterzuur, fACS reagens 70%Sigma Aldrich438073 SIGMA-ALDRICH
Gold(III) chloride trihydraat >99.9% trace metal basisSigma Aldrich520918 ALDRICH
1-octaanthiol >98.5%Sigma Aldrich471836 ALDRICH
Natriumborohydride purum p.a.>96%Sigma Aldrich71320 ALDRICH
AdditietrechterSigma AldrichZ330655 SIGMA
TrechterDURAN21 351 46
2V gevouwen filterpapierenWhatman1202-150
Amicon filtersMerckUFC903024
Jodium, ACS reagens, >99.8%, vastSigma Aldrich207772 SIGMA-ALDRICH
5 mm NMR-buisjes, Type 5HP (hoge precisie)Armar32210.503Lengte 178 mm
Methanol-d4 99.8 atom%DArmar16400.2035
TGA tiegelThepro9095-9270.45
400 mesh koolstof gesteunde koperroosterElectron Microscopy ScienceCF400-Cu
Kwarts cuvetHellma Analytics100-1-40

Referenties

  1. Verma, A., et al. Effect of surface properties on nanoparticle-cell interactions. Small. 6 (1), 12-21 (2010).
  2. Yeh, Y. -C., et al. Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale. 4 (6), 1871-1880 (2012).
  3. Mirza, A. Z. A novel drug delivery system of gold nanorods with doxorubicin and study of drug release by single molecule spectroscopy. Journal of Drug Targeting. 23 (1), 52-58 (2015).
  4. Mirza, A. Z., et al. Fabrication and characterization of doxorubicin functionalized PSS coated gold nanorod. Arabian Journal of Chemistry. , In Press (2014).
  5. Nel, A. E., et al. Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface. Nature Materials. 8 (7), 543-557 (2009).
  6. Yeo, E. L. L., et al. Protein Corona around Gold Nanorods as a Drug Carrier for Multimodal Cancer Therapy. ACS Biomaterials Science and Engineering. 3 (6), 1039-1050 (2017).
  7. Lin, J., et al. Cell membranes open "doors" for cationic nanoparticles/ biomolecules: Insights into uptake kinetics. ACS Nano. 7 (12), 10799-10808 (2013).
  8. Saha, K., et al. Regulation of Macrophage Recognition through the Interplay of Nanoparticle Surface Functionality and Protein Corona. ACS Nano. 10 (4), 4421-4430 (2016).
  9. Moyano, D. F., et al. Fabrication of corona-free nanoparticles with tunable hydrophobicity. ACS Nano. 8 (7), 6748-6755 (2014).
  10. Pengo, P., et al. Gold nanoparticles with patterned surface monolayers for nanomedicine: current perspectives. European Biophysics Journal. 46 (8), 749-771 (2017).
  11. Kuna, J. J., et al. The effect of nanometre-scale structure on interfacial energy. Nature Materials. 8 (10), 837-842 (2009).
  12. Verma, A., et al. Surface-structure-regulated cell-membrane penetration by monolayer-protected nanoparticles. Nature Materials. 7 (7), 588-595 (2008).
  13. Van Lehn, R. C., et al. Lipid tail protrusions mediate the insertion of nanoparticles into model cell membranes. Nature Communications. 5, 4482-4493 (2014).
  14. Cagno, V., et al. Broad-spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism. Nature Materials. 17 (2), 195-203 (2018).
  15. Uzun, O., et al. Water-soluble amphiphilic gold nanoparticles with structured ligand shells. Chemical Communications. 2 (2), 196-198 (2008).
  16. Huang, R., et al. Colloidal stability of self-assembled monolayer-coated gold nanoparticles: The effects of surface compositional and structural heterogeneity. Langmuir. 29 (37), 11560-11566 (2013).
  17. Carney, R. P., et al. Electrical method to quantify nanoparticle interaction with lipid bilayers. ACS Nano. 7 (2), 932-942 (2013).
  18. Van Lehn, R. C., et al. Effect of particle diameter and surface composition on the spontaneous fusion of monolayer-protected gold nanoparticles with lipid bilayers. Nano Letters. 13 (9), 4060-4067 (2013).
  19. Huang, R., et al. Effects of surface compositional and structural heterogeneity on nanoparticle-protein interactions: Different protein configurations. ACS Nano. 8 (6), 5402-5412 (2014).
  20. Van Lehn, R. C., et al. Free energy change for insertion of charged, monolayer-protected nanoparticles into lipid bilayers. Soft Matter. 10 (4), 648-658 (2014).
  21. Ong, Q., et al. Characterization of Ligand Shell for Mixed-Ligand Coated Gold Nanoparticles. Accounts of Chemical Research. 50 (8), 1911-1919 (2017).
  22. Marbella, L. E., et al. NMR techniques for noble metal nanoparticles. Chemistry of Materials. 27 (8), 2721-2739 (2015).
  23. Templeton, A. C., et al. Reactivity of Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules Steric Effects. Journal of American Chemical Society. 120 (8), 1906-1911 (1998).
  24. Harkness, K. M., et al. A structural mass spectrometry strategy for the relative quantitation of ligands on mixed monolayer-protected gold nanoparticles. Analytical Chemistry. 82 (22), 9268-9274 (2010).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Samenstelling van de ligandlaagtransmissie-elektronenmicroscopiekernspinresonantiethermogravimetrische analyseultraviolet-zichtbare spectrometrienanoparticle-grootteverdelingmeting van de liganddichtheidsynthese van MUS-octaanthiolzuivering van nanoparticles
Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.