Een eenvoudige methode voor de grootte gecontroleerde synthese van Stable oligomere Clusters van Gold Nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden
5 februari 2016
We beschrijven een eenvoudige werkwijze voor het produceren van zeer stabiele oligomere clusters van goud nanodeeltjes via de reductie chlorogoudzuur (HAuCl 4) met natrium thiocyanaat (NaSCN). De oligoclusters een smalle grootteverdeling en kunnen worden met uiteenlopende afmetingen en oppervlakte lagen.
Het algemene doel van deze procedure is om oligomere clusters van goudnanodeeltjes te produceren, die: zeer stabiel zijn, gemakkelijk kunnen worden afgeleid en diameters met goede controle hebben via de reductie van chloroaurinezuur met natriumthiocyanaat. De deeltjes die we vandaag hebben bekeken, zijn interessante deeltjes omdat hun groottes zo goed gecontroleerd zijn en als gevolg daarvan kunnen ze worden gebruikt om de permeabiliteit van membranen voor deeltjes van verschillende groottes te bekijken. Omdat ze zeer stabiel zijn in biologische oplossingen, is dit een zeer krachtige eigenschap van het deeltje.
Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het een goed gecontroleerde synthese van gouden oligoclusters onder laboratoriumomstandigheden mogelijk maakt, en gemakkelijk kan worden uitgevoerd met standaard laboratoriumapparatuur en een beperkt aantal reagentia. Na het voorbereiden van alle noodzakelijke oplossingen zoals aangegeven in het tekstprotocol, begint u met de synthese van gouden oligoclusters met vertraging door 7 milliliter van de Borax-oplossing toe te voegen aan een schone 125 milliliter glazen fles die 59,5 milliliter water bevat onder roeren. Voeg vervolgens 2,8 milliliter van de goudchloride-oplossing toe aan de fles, wat de vertraging begint die de grootte van de oligoclusters bepaalt.
Voeg aan het einde van de vertragingsperiode 700 microliter van de natriumthiocyanaat-oplossing toe aan de fles. Roer het door tijdens de nacht om de synthese van de oligoclusters te voltooien. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om snel goudchloride en natriumthiocyanaat-oplossing toe te voegen aan alle reagentia in grotere volumes van deze oplossing, met behulp van dispensers met een brede mond.
Voor aanvullende groei, combineer 10 milliliter van de goud-oligoclusters met 60 milliliter van de gehydroxyleerde goudchloride-oplossing. Voeg vervolgens 900 microliter van de natriumthiocyanaat-oplossing toe met krachtig roeren. Laat het mengsel door tijdens de nacht roeren tot de reactie voltooid is.
Voorafgaand aan derivatisering, voeg 70 milliliter van de ruwe oligoclusters toe aan een centrifugaalfilter met een doorsnede van 30 kilodalton en centrifugeer gedurende 15 minuten bij 3.000 keer g. Herstel de ree-tin tape door de filter om te draaien en centrifugeer gedurende 3 minuten bij 500 keer g. Meet vervolgens het herstelde volume met een micropipet.
Voeg vervolgens een volume GSH toe dat gelijk is aan een negende van het herstelde volume van de oligoclusters. Laat de reactie maximaal 10 minuten op kamertemperatuur staan. Verdun de gederivatiseerde oligoclusters in 50 milliliter Dulbecco's fosfaat gebufferde zoutoplossing om de reactie te stoppen.
Breng vervolgens de gederivatiseerde oligoclusters aan op een centrifugaalfilter met een doorsnede van 30 kilodalton en centrifugeer gedurende 15 minuten bij 3.000 keer g. Herstel tenslotte de ree-tin tape door de filter om te draaien en centrifugeer gedurende drie minuten bij 500 keer g. Bewaar de geglutathion gederivatiseerde oligoclusters bij vier graden Celsius.
Om de ruwe oligoclusters te analyseren door gelelektroforese, meng ze in een verhouding van twee-op-een met laadbuffer. Laad vervolgens 30 microliter van de oligoclusters op een voorgevormde polyacrylamidegradiëntgel. Laat de gel gedurende 26 minuten bij 200 volt lopen met trisglycinebuffer.
Voor gelelektroforese van gederivatiseerde oligoclusters, verdun ze eerst in een verhouding van een-op-drie met water. Verdun vervolgens de clusters verder in een verhouding van twee-op-een met laadbuffer. Laad 10 microliter van het oligoclustermengsel op een voorgevormde polyacrylamidegradiëntgel en laat vervolgens de gel gedurende 26 minuten bij 200 volt lopen met trisglycinebuffer.
Om te analyseren door transmissie-elektronenmicroscopie, was 20 microliter van geconcentreerde oligoclusters met 0,5 milliliter water en laad ze op een centrifugaalfilter met een doorsnede van 30 kilodalton en 0,5 milliliter. Centrifugeer gedurende 10 minuten bij 14.000 keer g. Verwijder vervolgens het filtraat uit de buis en suspendeer de ray-tah-date in 0,5 milliliter water.
Herhaal de wassing nog twee keer en verdun vervolgens de oligoclusters 500-voudig met water. Nadat u uw met koolstof beklede rooster hebt ontladen, deponeert u 0,6 microliter van de oligoclusters op het rooster en laat ze 10 minuten luchtdrogen. Visualiseer tenslotte de oligoclusters met een 100.000 x vergroting bij 80 kilovolt in de transmissie-elektronenmicroscoop.
De grootte van de gouden oligoclusters, gesynthetiseerd met behulp van de vertragings- en aanvulprocedures, werd geanalyseerd door gelelektroforese. Banen twee tot en met vier van de gel toonden aan dat de clustergrootte toeneemt naarmate de vertragingstijd langer wordt. Banen vijf tot en met acht bevestigen dat de grootte van de clusters ook toeneemt met de hoeveelheid gehydroxyleerd goud die tijdens de aanvulprocedure werd gebruikt.
Transmissie-elektronenmicroscopie werd gebruikt om de diameters van de oligoclusterdeeltjes te bepalen. Diameters werden berekend door metingen te nemen van afbeeldingen van gebieden van 50 nanometer bij 50 nanometer raster met de deeltjes. De relatie tussen deeltjesgrootte, vertragingstijd en aanvulhoeveelheden van gehydroxyleerd goud werden geplot.
Deze gegevens werden vervolgens omgezet in voorspellende vergelijkingen voor de deeltjesdiameters voor elke procedure. De methode om de goudclusters te maken, waarover u zeker gesproken hebt, is afhankelijk van de hydroxylering van goudchloride in een alkalische oplossing. Dus hoe meer hydroxylering, hoe minder waarschijnlijk het is om een goudcluster te genereren.
Mijn nieuwe boek hier is het eerste interessant voor mij, omdat het de eerste keer is dat ik me realiseer dat het tijdselement van blootstelling aan alkali kan worden gebruikt om de grootte van de clusters te bepalen. Wanneer correct uitgevoerd, kunnen goud-oliclusters van groottes van drie tot 70 nanometer in minder dan een dag worden gesynthetiseerd. De resulterende nanodeeltjes zijn stabiel in fysiologische buffers en plasma, waardoor ze geschikt zijn voor in-
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het synthetiseren van zeer stabiele oligomere clusters van gouden nanodeeltjes door de reductie van chloorgoudgeelzuur met natriumthiocyanaat. Deze oligoclusters vertonen een smalle grootteverdeling en kunnen op maat worden gemaakt in grootte en oppervlaktekarakteristieken.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Nanodeeltjesynthese
- Gouden nanodeeltjes
- Biologische toepassingen
Achtergrond
- Gouden nanodeeltjes hebben unieke eigenschappen die gunstig zijn voor biologisch onderzoek.
- Het beheersen van de grootte en stabiliteit van nanodeeltjes is cruciaal voor hun toepassing.
- Deze methode maakt eenvoudige synthese mogelijk onder standaard laboratoriumcondities.
- Stabile nanodeeltjes kunnen de studie van membraanpermeabiliteit verbeteren.
Doel van het onderzoek
- Om een betrouwbare methode te ontwikkelen voor het produceren van gouden oligoclusters.
- Om ervoor te zorgen dat de nanodeeltjes stabiel zijn in biologische omgevingen.
- Om nauwkeurige controle over de grootte van de nanodeeltjes mogelijk te maken.
Gebruikte methoden
- Bereiding van oplossingen voor de synthese van gouden oligoclusters.
- Synthese met vertraging om de deeltjesgrootte te beheersen.
- Derivatisatie met glutathion voor verbeterde stabiliteit.
- Karakterisering met behulp van gelelektroforese en transmissie-elektronenmicroscopie.
Belangrijkste resultaten
- Gouden oligoclusters kunnen worden gesynthetiseerd met groottes variërend van 3 tot 70 nanometer.
- De deeltjesgrootte wordt beïnvloed door vertragingstijd en de hoeveelheid gehydroxyleerd goud die wordt gebruikt.
- Stabile nanodeeltjes werden bereikt die geschikt zijn voor in vivo-experimenten.
- Predictieve vergelijkingen voor deeltjesdiameters werden ontwikkeld op basis van experimentele gegevens.
Conclusies
- De methode maakt de synthese van hoogwaardige gouden oligoclusters mogelijk.
- Gouden oligoclusters zijn stabiel in fysiologische buffers, waardoor ze nuttig zijn voor biologische studies.
- Deze aanpak kan worden uitgevoerd met minimale reagentia en standaard laboratoriumapparatuur.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This method enables precise, ambient-condition synthesis of stable gold oligoclusters with tunable diameters from 3 to 70 nm, supporting reproducible nanoparticle production for membrane permeability studies and derivatization workflows. The ability to concentrate oligoclusters >300-fold without aggregation allows cost-effective use of expensive derivatizing agents in downstream applications. Predictive size models enhance assay design confidence and reduce empirical screening in nanomedicine development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of size-dependent biological interactions through well-defined nanoparticle subunits.
- Operational Value: Provides stable, monodisperse oligoclusters for consistent target engagement assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates narrow size distribution nanoparticles for reliable compound screening against biological barriers.
- Operational Value: Eliminates need for fractionation, streamlining assay preparation and reducing sample loss.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports stability assessment in physiological buffers, enabling prediction of in vivo behavior.
- Operational Value: Allows pre-derivatization concentration, maximizing efficiency of costly labeling or conjugation steps.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to preclinical workflows by providing characterized nanoparticles for permeability screening, derivatization, and stability testing prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing on size-dependent cellular uptake and membrane transport mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantifiable nanoparticle inputs for high-throughput permeability or toxicity assays.
- Analytics: Provides electrophoretic and TEM-derived size readouts for batch-to-batch comparison and quality control.
- Translational Research: Confers stability in biological media, supporting extrapolation from in vitro to in vivo models.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reagent-efficient platform for generating standardized nanoparticle libraries across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nanoparticle-biological interactions through precise size control.
- Operational Value: Ensures reproducibility and scalability using standard lab equipment and minimal reagents.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling early assessment of size-dependent bioavailability and clearance risks.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of nanotherapeutic candidates based on defined physicochemical profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle synthesis and colloidal stability principles.
- Needs standard laboratory glassware, magnetic stirrers, and access to centrifugal filters and TEM or gel electrophoresis systems.
- Demands cross-team standardization of delay-time and add-on timing protocols for reproducible size outputs.
- Involves adaptation considerations when transferring oligocluster concentrations across different buffer systems or derivatization chemistries.
- Includes practical limitations such as sensitivity to mixing speed and reagent addition order affecting cluster uniformity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:12
Delay-time Synthesis and Add-on Growth of Gold Oligoclusters
2:37
Derivatization of the Concentrated Oligoclusters with Reduced Glutathione
4:02
Gel Electrophoresis and Transmission Electron Microscopy of Oligoclusters
6:53
Conclusion
5:57
Results: Characterization of Gold Oligoclusters by Gel Electrophoresis and Transmission Electron Microscopy
