Inspirowana biologicznie polidopaminowa modyfikacja powierzchni nanodiamentów i redukcja nanocząstek srebra

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące efektywnej funkcjonalizacji powierzchni nanodiamentu, które mają szerokie zastosowanie w materiałoznawstwie i biomedycynie. Ta metoda może być stosowana do nanodiamentów. Może być również stosowany do innych materiałów, takich jak nanocząstki metali, nanocząstki magnetyczne lub powierzchnie, które wymagają aktywnej powłoki biopolimerowej.

W tej metodzie nanodiamenty są funkcjonalizowane powłoką z polidopaminy, uniwersalnego kleju. Grubość warstwy PDA jest dobrze kontrolowana przez zmianę stężenia dopaminy. Na początek rozpuść 30,29 grama proszku tris HCl w 100 mikrolitrach wody dejonizowanej.

Przenieść roztwór do kolby miarowej o pojemności 250 mililitrów. Napełnić kolbę do linii wodą dejonizowaną i wymieszać ją w celu uzyskania jednomolowego buforu tris HCl. Z tego roztworu podstawowego przygotować 20 mililitrów 0,1-molowego buforu tris HCl przez seryjne rozcieńczanie.

Monitorując bufor za pomocą pH-metru, dostosuj pH do 8,5 za pomocą jednego molowego kwasu solnego. Następnie rozcieńczyć 0,02 mililitra jednego miligrama na mililitr zawiesiny monokrystalicznych nanodiamentów o wielkości 100 nanometrów do jednego mililitra za pomocą buforu o pH 8,5 tris. Mieszaj mieszaninę przez 10 minut, aby uzyskać 0,02 miligrama na mililitr zawiesiny nanodiamentów.

Następnie rozpuść 20 miligramów chlorowodorku dopaminy w dwóch mililitrach buforu tris o pH 8,5, wirując przez 30 sekund, aby uzyskać buforowany roztwór chlorowodorku dopaminy o stężeniu 10 miligramów na mililitr. Dodaj pięć, 7,5 lub 10 mikrolitrów świeżo przygotowanego roztworu dopaminy do roztworu nanodiamentu, w zależności od tego, czy pożądane jest końcowe stężenie chlorowodorku dopaminy wynoszące 50, 75 czy 100 miligramów na mililitr. Po dostosowaniu objętości reakcji energicznie mieszaj mieszaninę w temperaturze 25 stopni Celsjusza przez 12 godzin w ciemności.

Następnie przenieś zawiesinę nanodiamentów pokrytych polidopaminą do 1,5 mililitrowej probówki wirówkowej i odwiruj ją przy 16 000 g przez dwie godziny. Usunąć supernatant i przemyć nanodiamenty trzykrotnie jednomililitrowymi porcjami dejonizowanej wody o stężeniu 16 000 g przez jedną godzinę za każdym razem. Następnie dodaj 200 mikrolitrów dejonizowanej wody do przemytych ciał stałych i poddaj mieszaninę sonikacji przez 30 sekund, aby ponownie rozproszyć nanodiamenty pokryte polidopaminą.

Seryjnie rozcieńczyć 40 mikrolitrów zawiesiny nanodiamentów pokrytych polidopaminą dwukrotnie wodą dejonizowaną. Następnie rozpuść 100 miligramów azotanu srebra w 10 mililitrach dejonizowanej wody przez wirowanie. W dygestorium dodaj jeden molowy wodny roztwór amoniaku do roztworu azotanu srebra, kroplami, aż utworzy się żółty osad, okresowo wstrząsając roztworem.

Kontynuuj dodawanie amoniaku, aż osad zniknie, aby uzyskać roztwór wodorotlenku srebra diaminy. Natychmiast dodać 4,3 lub 6,4 mikrolitra roztworu srebra diaminowego do 40 mikrolitrów rozcieńczonej dyspersji nanodiamentów, aby uzyskać końcowe stężenie odpowiednio 0,4 lub 0,6 miligrama na mililitr. Następnie dostosuj objętość do 100 mikrolitrów wodą dejonizowaną.

Sonikuj mieszaninę przez 10 minut. Następnie odwirować dyspersję przez 15 minut przy 16 000 g w celu usunięcia wolnych jonów srebra. Odrzucić supernatant i umyć nanodiamenty pokryte polidopaminą ozdobione nanocząstkami srebra, odwirowując je trzykrotnie w 100-mikrolitrowych porcjach wody dejonizowanej o stężeniu 16 000 g przez pięć minut za każdym razem.

Dodaj 100 mikrolitrów wody dejonizowanej do nanodiamentów ozdobionych nanocząstkami srebra i ponownie rozproszyj je przez sonikację przez 30 sekund. Scharakteryzuj nanodiamenty za pomocą spektroskopii UV-Vis skanującej od 250 do 550 nanometrów. Następnie umieść pięć mikrolitrów nanodiamentów ozdobionych nanocząstkami srebra na oczyszczonych plazmowo miedzianych siatkach pokrytych węglem i pozostaw je na trzy minuty.

Następnie odchować nadmiar roztworu bibułą filtracyjną. Umyj każdą siatkę trzy razy, nakładając kroplę wody dejonizowanej, pozostawiając ją na 15 sekund, a następnie odprowadzając ją bibułą filtracyjną. Pozostaw siatki do wyschnięcia na powietrzu przed wizualizacją próbek za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej.

Niepowlekane nanodiamenty miały tendencję do tworzenia mikroklastrów i agregatów, podczas gdy nanodiamenty pokryte polidopaminą tworzyły dobre dyspersje. Wyższe stężenia dopaminy skutkowały powstawaniem grubszych warstw polidopaminy na powierzchni nanodiamentów. Niepowlekana dyspersja nanodiamentów była przezroczysta i bezbarwna.

Po pokryciu nanodiamentów warstwą polidopaminy o grubości pięciu nanometrów, dyspersja wydawała się mętna i brązowa. Wygląd dyspersji stawał się stopniowo ciemniejszy z grubszymi powłokami polidopaminowy. Redukcja srebra diaminowego na nanodiamentach pokrytych warstwą polidopaminy o grubości 15 nanometrów była najbardziej skuteczna, gdy stężenie wodorotlenku srebra diaminy wynosiło od 0,4 do 0,6 miligrama na mililitr.

Nanodiamenty powstające w niższych stężeniach były zbyt małe, aby można je było skutecznie badać. Maksymalne wartości absorbancji wskazywały, że nanocząstki utworzone z roztworów o wielkości od 0,4 do 0,6 miligrama na mililitr miały średnicę odpowiednio około 20 i 30 nanometrów. TEM wykazał, że nanocząstki srebra wygenerowane z roztworu srebra diaminy o stężeniu 0,4 miligrama na mililitr miały około 24 nanometry szerokości, podczas gdy nanocząstki wygenerowane z roztworu o stężeniu 0,6 miligrama na mililitr miały około 28 nanometrów szerokości.

Liczba nanocząstek na powierzchni nanodiamentów była również większa przy wyższym stężeniu srebra diaminowego. Po zastosowaniu tej procedury powstały dobrze zdyspergowane nanodiamenty o kontrolowanej grubości PDA. Technika ta toruje naukowcom drogę do zbadania zastosowań nanodiamentów w katalizatorach, bioczujnikach i nanonośnikach.

Bez użycia dodatkowego środka redukującego, proces materializacji wspomagany PDA może indukować tworzenie się nanocząstek srebra po redukcji prekursorów metali i unieruchamiać je na powierzchni pokrytej PDA. Ponadto warstwy PDA zawierają otwarte grupy funkcyjne, które mogą być dalej wykorzystywane do koniugacji biomolekuł modyfikowanych szeregowo i aminami.