Name: Inspirowana biologicznie polidopaminowa modyfikacja powierzchni nanodiamentów i redukcja nanocząstek srebra (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 58 s
Description: Poznaj metodę modyfikacji powierzchni nanodiamentów polidopaminą z kontrolowaną grubością warstwy. Technika ta umożliwia redukcję nanocząstek srebra i znajduje zastosowanie w naukach o materiałach oraz biomedycynie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Te badania były wspierane przez National Science Foundation (CCF 1814797) i University of Missouri Research Board, Material Research Center oraz College of Arts and Science na Missouri University of Science and Technology

1 . Przygotowanie odczynników
UWAGA: Proszę przeczytać i zrozumieć wszystkie istotne karty charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Niektóre chemikalia są toksyczne i lotne. Prosimy o przestrzeganie specjalnych procedur obchodzenia się i wymagań dotyczących przechowywania. Podczas procedury eksperymentalnej należy używać środków ochrony osobistej, takich jak rękawice, okulary ochronne i fartuch laboratoryjny, aby uniknąć potencjalnych zagrożeń.
<ol>
	<li>Przygotowanie buforu Tris-HCl
	<ol>
		<li>Rozpuścić 30,29 g proszku Tris w 100 ml dejonizowanegoH2O, upewnić się, że proszek całkowicie się rozpuścił, a następnie przenieść roztwór do kolby pomiarowej o pojemności 250 ml.</li>
		<li>Dodać dejonizowanyH2Odo skali 250 ml w kolbie miarowej, aby uzyskać 1,0 M buforu Tris.</li>
		<li>Rozcieńczyć 1,0 M bufor Tris 100 razy, aby uzyskać 0,01 M bufor Tris i dostosować pH do 8,5 za pomocą 1,0 M roztworu wzorcowego HCl.</li>
		<li>Użyj pH-metru, aby skalibrować wartość pH 0,01 M buforu Tris-HCl.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie zawiesin ND
	<ol>
		<li>Rozcieńczyć 100 nm monokrystalicznej zawiesiny ND (1,0 mg/ml) 50 razy buforem 0,01 M Tris-HCl, aby uzyskać 0,02 mg/ml zawiesiny ND.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie roztworu dopaminy
	<ol>
		<li>Rozpuścić 20 mg chlorowodorku dopaminy w 2,0 ml 0,01 M buforu Tris-HCl, aby uzyskać 10 mg/ml roztworu DA. 
		UWAGA: Roztwór DA musi być świeżo przygotowany i zużyty w ciągu 15 minut.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie roztworu Ag[(NH3)2]OH
	<ol>
		<li>Rozpuścić 100 mg AgNO3 w postaci stałej w 10 ml dejonizowanegoH2O, aby uzyskać 10 mg/ml roztworuAgNO3.</li>
		<li>Dodawać kroplami 1,0 M wodorotlenek amonu (NH3·H2O) do roztworu AgNO3 aż do powstania żółtego osadu, a następnie kontynuować dodawanie roztworu NH3·H2O, aż opad zniknie. 
		UWAGA: Ustaw minimalną wymaganą głośność; Przygotować bezpośrednio przed użyciem i wyrzucić natychmiast po użyciu. 
		UWAGA: Dodaj NH3·H2O do dygestorium z osłonami twarzy, rękawicami i goglami.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2 . Synteza warstwy PDA na powierzchni ND (PDA-NDs)
<ol>
	<li>Dodać świeżo przygotowany roztwór DA (10 mg/ml) do zawiesiny ND, aby uzyskać różne końcowe stężenia 50, 75, 100 μg/ml DA. Dostosować całkowitą objętość reakcji do 1,0 ml, przenieść ją do probówki o pojemności 10 ml i energicznie mieszać w temperaturze 25 °C, w ciemności przez 12 godzin.</li>
	<li>Odwirować roztwór PDA-NDs przez 2 godziny przy 16 000 x g, usunąć supernatant i przemyć trzykrotnie wodą dejonizowaną przez 1 godzinę przy 16 000 x g za każdym razem.</li>
	<li>Ponownie zdyspergować PDA-ND w 200 μl wody dejonizowanej za pomocą sonikacji przez 30 s. Filtry ND z powłoką PDA będą gotowe do dalszego użycia.</li>
</ol>
3 . Redukcja AgNPs na powierzchni PDA-ND (AgNPs-PDA-NDs)
<ol>
	<li>Rozcieńczyć 40 μl wstępnie zsyntetyzowanych PDA-ND w kroku 2.3 dwa razy wodą dejonizowaną. Dodać roztwór Ag[(NH3)2]OH, aby uzyskać różne końcowe stężenia Ag[(NH3)2]+ (0,08, 0,16, 0,24, 0,40 i 0,60 mg/ml).</li>
	<li>Dostosuj końcową objętość do 100 μl w probówce wirówkowej o pojemności 1,5 ml, dodając wodę dejonizowaną, a następnie poddaj sonikacji przez 10 minut.</li>
	<li>Odwirować AgNPs-PDA-NDs przez 15 minut przy 16 000 x g w celu usunięcia wolnych jonów srebra, wyrzucić supernatant po odwirowaniu, dodać 100 μl wody dejonizowanej i przemyć trzykrotnie wodą dejonizowaną o stężeniu 16 000 x g przez 5 minut za każdym razem.</li>
	<li>Ponownie rozproszyć AgNPs-PDA-NDs w 100 μl wody dejonizowanej za pomocą sonikacji przez 30 s, aby przygotować się do dalszego użycia.</li>
</ol>
4 . Analiza klastrów PDA-ND i AgNPs-PDA-NDs
<ol>
	<li>Widma w ultrafiolecie widzialnym (UV)
	<ol>
		<li>Użyj widm UV do monitorowania średniego rozkładu wielkości AgNP na powierzchniach PDA-ND. Przenieść próbki AgNPs-PDA-NDs przygotowane w kroku 3.4 o różnych stężeniach Ag[(NH3)2]OH do 1 cm kuwety kwarcowej i monitorować absorpcję przy długości fali skanowania od 250 do 550 nm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Transmisyjna mikroskopia wyborcza (TEM)
	<ol>
		<li>Umieść siatki miedziane pokryte węglem na szklanym szkiełku owiniętym parafolią, aby utrzymać siatki na miejscu. Włóż szklane szkiełko z dołączonymi kratkami TEM do myjki plazmowej. Włącz myjkę plazmową i pompę próżniową. Po 5 minutach włącz plazmę i rozładuj kratki o średnim poziomie mocy na 3 min.</li>
		<li>Umieścić 5 μl próbek na siatkach Cu pokrytych folią węglową na 3 minuty. Za pomocą bibuły filtracyjnej usunąć dodatkową próbkę z krawędzi siatki. Następnie umieść kroplę wody dejonizowanej na siatce na 15 sekund, aby usunąć sole, a następnie odkręć wodę bibułą filtracyjną. Powtórz procedurę prania dwukrotnie i pozostaw kratkę do wyschnięcia na powietrzu do dalszego użycia.</li>
		<li>Wizualizacja próbek za pomocą TEM, zwykle w powiększeniu 38 000x. Praca przy napięciu 200 KV.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22179567">The properties and applications of nanodiamonds.</a> Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).</li>
<li>Kucsko, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometre-scale+thermometry+in+a+living+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nanometre-scale thermometry in a living cell.</a> Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b03452">Origin of the Robust Catalytic Performance of Nanodiamond-Graphene-Supported Pt Nanoparticles Used in the Propane Dehydrogenation Reaction.</a> ACS Catalysis. 7 (5), 3349-3355 (2017).</li>
<li>Chang, B. -M., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201301075">Highly Fluorescent Nanodiamonds Protein-Functionalized for Cell Labeling and Targeting.</a> Advanced Functional Materials. 23 (46), 5737-5745 (2013).</li>
<li>Ho, D., Wang, C. H., Chow, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanodiamonds%3A+The+intersection+of+nanotechnology%2C+drug+development%2C+and+personalized+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Nanodiamonds: The intersection of nanotechnology, drug development, and personalized medicine.</a> Science Advances. 1 (7), 1500439(2015).</li>
<li>Hsu, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directly+thiolated+modification+onto+the+surface+of+detonation+nanodiamonds%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Directly thiolated modification onto the surface of detonation nanodiamonds.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7198-7203 (2014).</li>
<li>Krueger, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200701856">Diamond Nanoparticles: Jewels for Chemistry and Physics.</a> Advanced Materials. 20 (12), 2445-2449 (2008).</li>
<li>Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., Mochalin, V. N. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b08311">Salt-assisted ultrasonic deaggregation of nanodiamond.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (38), 25461-25468 (2016).</li>
<li>Akiel, R. D., Zhang, X., Abeywardana, C., Stepanov, V., Qin, P. Z., Takahashi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+Functional+DNA+Grafted+on+Nanodiamond+Surface+Using+Site-Directed+Spin+Labeling+and+Electron+Paramagnetic+Resonance+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Investigating Functional DNA Grafted on Nanodiamond Surface Using Site-Directed Spin Labeling and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy.</a> Journal of Physical Chemistry B. 120 (17), 4003-4008 (2016).</li>
<li>Gaillard, C., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ra/c3ra45158e/unauth#!divAbstract">Peptide nucleic acid-nanodiamonds: covalent and stable conjugates for DNA targeting.</a> RSC Advances. 4 (7), 3566-3572 (2014).</li>
<li>Zhang, T., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5b04857">DNA-based self-assembly of fluorescent nanodiamonds.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (31), 9776-9779 (2015).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+Nanodiamond-Gold+Hybrid+Particles+for+Multimodal+Optical+and+Electron+Microscopy+Cellular+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Fluorescent Nanodiamond-Gold Hybrid Particles for Multimodal Optical and Electron Microscopy Cellular Imaging.</a> Nano Letters. 16 (10), 6236-6244 (2016).</li>
<li>Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mussel-inspired+surface+chemistry+for+multifunctional+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings.</a> Science. 318 (5849), 426-430 (2007).</li>
<li>Wang, C., Zhou, J., Wang, P., He, W., Duan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+Nanoparticle-DNA+Conjugates+Based+on+Mussel-Inspired+Polydopamine+Coating+for+Cell+Imaging+and+Tailored+Self-Assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Bioconjugate+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Robust Nanoparticle-DNA Conjugates Based on Mussel-Inspired Polydopamine Coating for Cell Imaging and Tailored Self-Assembly.</a> Bioconjugate Chemistry. 27 (3), 815-823 (2016).</li>
<li>Liu, R., Guo, Y., Odusote, G., Qu, F., Priestley, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Core-shell+Fe3O4+polydopamine+nanoparticles+serve+multipurpose+as+drug+carrier%2C+catalyst+support+and+carbon+adsorbent%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Core-shell Fe3O4 polydopamine nanoparticles serve multipurpose as drug carrier, catalyst support and carbon adsorbent.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 5 (18), 9167-9171 (2013).</li>
<li>Liu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopamine+as+a+Carbon+Source%3A+The+Controlled+Synthesis+of+Hollow+Carbon+Spheres+and+Yolk-Structured+Carbon+Nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Dopamine as a Carbon Source: The Controlled Synthesis of Hollow Carbon Spheres and Yolk-Structured Carbon Nanocomposites.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (30), 6799-6802 (2011).</li>
<li>Zeng, Y., Liu, W., Wang, Z., Singamaneni, S., Wang, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+surface+modification+of+nanodiamonds+based+on+dopamine+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Multifunctional surface modification of nanodiamonds based on dopamine polymerization.</a> Langmuir. 34 (13), 4036-4042 (2018).</li>
<li>Qin, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ra/c7ra10688b#!divAbstract">Dopamine@Nanodiamond as novel reinforcing nanofillers for polyimide with enhanced thermal, mechanical and wear resistance performance.</a> RSC Advances. 8 (7), 3694-3704 (2018).</li>
<li>Barras, A., Lyskawa, J., Szunerits, S., Woisel, P., Boukherroub, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+functionalization+of+nanodiamond+particles+using+dopamine+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Direct functionalization of nanodiamond particles using dopamine derivatives.</a> Langmuir. 27 (20), 12451-12557 (2011).</li>
<li>Khanal, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Multifunctional+%22Clickable%22+Diamond+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Toward Multifunctional "Clickable" Diamond Nanoparticles.</a> Langmuir. 31 (13), 3926-3933 (2015).</li>
<li>Rad, M. H., Zamanian, A., Hadavi, S. M. M., Khanlarkhani, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/macp.201700505">A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. , 1700505(2018).</li>
<li>Ball, V., Frari, D. D., Toniazzo, V., Ruch, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+polydopamine+film+deposition+as+a+function+of+pH+and+dopamine+concentration%3A+Insights+in+the+polydopamine+deposition+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Kinetics of polydopamine film deposition as a function of pH and dopamine concentration: Insights in the polydopamine deposition mechanism.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 386 (1), 366-372 (2012).</li>
<li>Liu, Y., Ai, K., Lu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polydopamine+and+its+derivative+materials%3A+synthesis+and+promising+applications+in+energy%2C+environmental%2C+and+biomedical+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields.</a> Chemical Reviews. 114 (9), 5057-5115 (2014).</li>
<li>Hu, J., Wu, S., Cao, Q., Zhang, W. <a target="_blank" href="https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra09106g#!divAbstract">Synthesis of core-shell structured alumina/Cu microspheres using activation by silver nanoparticles deposited on polydopamine-coated surfaces.</a> RSC Advances. 6 (85), 81767-81773 (2016).</li>
<li>Orishchin, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Deposition+of+Uniform+Polydopamine+Coatings+on+Nanoparticle+Surfaces+with+Controllable+Thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness.</a> Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).</li>
<li>González, A. L., Noguez, C., Beránek, J., Barnard, A. S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp5018168">Size, Shape, Stability, and Color of Plasmonic Silver Nanoparticles.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118 (17), 9128-9136 (2014).</li>
<li>Muthuchamy, N., Gopalan, A., Lee, K. -P. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ra/c5ra11892a#!divAbstract">A new facile strategy for higher loading of silver nanoparticles onto silica for efficient catalytic reduction of 4-nitrophenol.</a> RSC Advances. 5 (93), 76170-76181 (2015).</li>
<li>Bastus, N. G., Comenge, J., Puntes, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetically+Controlled+Seeded+Growth+Synthesis+of+Citrate-Stabilized+Gold+Nanoparticles+of+up+to+200+nm%3A+Size+Focusing+versus+Ostwald+Ripening%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Kinetically Controlled Seeded Growth Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles of up to 200 nm: Size Focusing versus Ostwald Ripening.</a> Langmuir. 27 (17), 11098-11105 (2011).</li>
<li>Jana, J., Gauri, S. S., Ganguly, M., Dey, S., Pal, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanoparticle+anchored+carbon+dots+for+improved+sensing%2C+catalytic+and+intriguing+antimicrobial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Transactions%22%5BJournal%5D)">Silver nanoparticle anchored carbon dots for improved sensing, catalytic and intriguing antimicrobial activity.</a> Dalton Transactions. 44 (47), 20692-20707 (2015).</li>
<li>Zamudio, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+anchoring+of+silver+nanoparticles+on+N-doped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes.</a> Small. 2 (3), 346-350 (2006).</li>
<li>Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , 14/689,085 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Niniejszy artykuł przedstawia szczegółowy protokół funkcjonalizacji powierzchni NDs powłoką z samopolimeryzowanej DA oraz redukcji Ag[(NH3)2]+ do AgNPs na warstwach PDA (Rysunek 3). Strategia ta pozwala na otrzymanie warstw PDA o różnych grubościach poprzez prostą zmianę stężenia DA. Rozmiar AgNPs można również kontrolować poprzez zmianę początkowego stężenia roztworu jonów metalu. Obraz TEM na Rysunku 1A przedst...

Nanodiamenty (NDs), nowy materiał na bazie węgla, zyskały w ostatnich latach duże zainteresowanie do wykorzystania w różnych zastosowaniach1,2. Na przykład, duże powierzchnie ND zapewniają doskonałe wsparcie katalizatora dla nanocząstek metali (NP) ze względu na ich nadchemiczną stabilność i przewodność cieplną3. Ponadto ND odgrywają znaczącą rolę w bioobrazowaniu, biodetekcji i dostarczaniu leków ze względu na ich wyjątkową biokompatybilność i nietoksyczność4,5.
Aby skutecznie rozszerzyć ich możliwości, warto sprzęgnąć funkcjonalne gatunki na powierzchni ND, takie jak białka, kwasy nukleinowe i nanocząstki6. Chociaż podczas oczyszczania na powierzchni ND powstają różne grupy funkcyjne (np. hydroksyl, karboksyl, lakton itp.), Wydajność koniugacji grup funkcyjnych jest nadal bardzo niska ze względu na niską gęstość każdej aktywnej grupy chemicznej7. Powoduje to niestabilne ND, które mają tendencję do agregacji, ograniczając dalsze stosowanie8.
Obecnie, najpowszechniejszymi metodami używanymi do funkcjonalizacji ND, są koniugacja kowalencyjna przy użyciu chemii kliknięć bez miedzi9, kowalencyjne wiązanie peptydowych kwasów nukleinowych (PNA)10, oraz samoorganizujące się DNA11. Zaproponowano również niekowalencyjne owijanie ND, w tym modyfikowaną węglowodanami powłokę BSA4 i HSA12. Ponieważ jednak metody te są czasochłonne i nieefektywne, pożądane jest, aby można było opracować prostą i ogólnie stosowaną metodę modyfikacji powierzchni ND.
Dopamina (DA)13, znana jako naturalny neuroprzekaźnik w mózgu, była szeroko stosowana do adhezyjnych i funkcjonalizujących nanocząstek, takich jak nanocząstki złota (AuNPs)14, Fe2O315, oraz SiO216. Samopolimeryzowane warstwy PDA wzbogacają grupy aminowe i fenolowe, które mogą być dalej wykorzystywane do bezpośredniej redukcji nanocząstek metali lub do łatwego unieruchamiania biomolekuł zawierających tiol/aminy w roztworze wodnym. To proste podejście zostało niedawno zastosowane do funkcjonalizacji ND przez Qin i wsp. i nasze laboratorium17,18, chociaż pochodne DA były używane do modyfikacji ND za pomocą Click Chemistry we wcześniejszych badaniach19,20.
Tutaj opisujemy prostą metodę modyfikacji powierzchni opartą na PDA, która efektywnie funkcjonalizuje ND. Zmieniając stężenie DA, możemy kontrolować grubość warstwy PDA od kilku nanometrów do kilkudziesięciu nanometrów. Ponadto nanocząstki metalu są bezpośrednio redukowane i stabilizowane na powierzchni PDA bez konieczności stosowania dodatkowych toksycznych środków redukujących. Rozmiary nanocząstek srebra zależą od początkowych stężeń Ag[(NH3)2]+. Metoda ta pozwala na dobrze kontrolowane osadzanie się PDA na powierzchniach ND i syntezę sprzężonych z ND AgNPs, co znacznie rozszerza funkcjonalność ND jako doskonałych nanoplatform nośników katalizatorów, bioobrazowania i bioczujników.

<table><tbody><tr><td>Nanodiament</td><td>FND Biotech, Inc.</td><td>brFND-100</td><td>zdyspergowany w wodzie i używany bez dalszego oczyszczania</td></tr><tr><td>Chlorowodorek dopaminy</td><td>Sigma</td><td>H8502-25G</td><td>przygotować świeżo</td></tr><tr><td>Azotan srebra</td><td>Fisher</td><td>S181-25</td><td></td></tr><tr><td>Wodorotlenek amonu</td><td>Fisher</td><td>A669S-500</td><td>wysoce toksyczny</td></tr><tr><td>chlorowodorek Tris</td><td>Fisher</td><td>BP153-500</td><td></td></tr><tr><td>TEM siatka węglowa Ted</td><td> Pella</td><td>01843-F</td><td>300 siatka miedziana</td></tr></tbody></table>

inspirowana biologicznie polidopaminowa modyfikacja powierzchni nanodiamentów i redukcja nanocząstek srebra

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

Funkcjonalizacja powierzchni nanodiamentów (ND) jest nadal wyzwaniem ze względu na różnorodność grup funkcyjnych na powierzchniach ND. W tym miejscu demonstrujemy prosty protokół wielofunkcyjnej modyfikacji powierzchni ND za pomocą powłoki polidopaminowej (PDA) inspirowanej małżami. Ponadto funkcjonalna warstwa PDA na ND może służyć jako środek redukujący do syntezy i stabilizacji nanocząstek metali. Dopamina (DA) może ulegać samopolimeryzacji i spontanicznie tworzyć warstwy PDA na powierzchniach ND, jeśli ND i dopamina są po prostu mieszane ze sobą. Grubość warstwy PDA jest kontrolowana przez zmianę stężenia DA. Typowy wynik pokazuje, że grubość warstwy PDA od ~5 do ~15 nm można osiągnąć, dodając od 50 do 100 μg/ml DA do zawiesin ND o długości 100 nm. Ponadto PDA-ND są wykorzystywane jako substrat do redukcji jonów metali, takich jak Ag[(NH3)2]+, do nanocząstek srebra (AgNPs). Wielkość AgNP zależy od początkowych stężeń Ag[(NH3)2]+. Wraz ze wzrostem stężenia Ag[(NH3)2]+ zwiększa się liczba nanocząsteczek, a także średnice nanocząsteczek. Podsumowując, badanie to nie tylko przedstawia łatwą metodę modyfikacji powierzchni ND za pomocą PDA, ale także demonstruje zwiększoną funkcjonalność ND poprzez zakotwiczenie różnych gatunków będących przedmiotem zainteresowania (takich jak AgNPs) do zaawansowanych zastosowań.

Tworzenie warstw PDA na powierzchniach ND przeanalizowano za pomocą TEM (Rycina 1). Zaobserwowano różną grubość warstw PDA, przy czym wyższe stężenia DA prowadziły do powstania grubszych warstw PDA. Ponadto po reakcji enkapsulacji kolor roztworu ND zmienił się z bezbarwnego na ciemny, a im wyższe było początkowe stężenie DA, tym ciemniejszy stawał się roztwór.
Rysunek 2...

Przedstawiono prosty protokół funkcjonalizacji powierzchni nanodiamentów za pomocą polidopaminy.

Inspirowana biologicznie polidopaminowa modyfikacja powierzchni nanodiamentów i redukcja nanocząstek srebra

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

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.

bio-inspired-polydopamine-surface-modification-nanodiamonds-its

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisujemy wytwarzanie i charakterystykę systemów nanobiologicznych łączących nanostrukturalne podłoża z unieruchomionymi białkami i aptamerami. Przedstawiono odpowiednie etapy eksperymentalne obejmujące litograficzną produkcję substratów nanostrukturalnych, biofunkcjonalizację i charakterystykę spektroskopii Ramana wzmocnionej powierzchniowo (SERS). Wykazano detekcję SERS białek unieruchomionych powierzchniowo oraz sondowanie wiązania białko-ligand i aptamer-ligand.

Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana wykrywanie biomolekuł przy użyciu nanostrukturalnych substratów wytworzonych przez EBL

Opisany jest prosty protokół przygotowania zredukowanego tlenku grafenu za pomocą światła widzialnego i plazmonicznej nanocząstki.

Indukowana światłem widzialnym redukcja tlenku grafenu przy użyciu nanocząstek plazmonicznych

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Tutaj prezentujemy niezawodną metodę monitorowania inkorporacji nanocząstek do matrycy gospodarza polimeru poprzez enkapsulację pęcznienia. Pokazujemy, że stężenie powierzchniowe kropek kwantowych selenku kadmu można dokładnie zobrazować za pomocą przekrojowego obrazowania fluorescencyjnego.

Zaawansowana analiza składu kompozytów nanocząstkowo-polimerowych z wykorzystaniem bezpośredniego obrazowania fluorescencyjnego

Przedstawiamy protokół inżynierii fazy koronowej w bliskiej podczerwieni fluorescencyjnych jednościennych nanorurek węglowych (SWNT) przy użyciu amfifilowych polimerów i DNA do opracowania czujników dla celów molekularnych bez znanych elementów rozpoznających.

Inżynieria rozpoznawania molekularnego za pomocą polimerów biomimetycznych na jednościennych nanorurkach węglowych

Opisano metodę uzyskiwania nierównych nanowzorów na bazie dendrymerów, które pozwalają na nanoskalową kontrolę lokalnej gęstości powierzchni kwasu arginina-glicyna-asparaginowa (RGD) i zastosowano ją do badania adhezji komórek i różnicowania chondrogennego.

Nierówne nanowzorce na bazie dendrymerów do lokalnej kontroli adhezji powierzchni: metoda kierowania różnicowaniem chondrogennym

Przedstawiono protokół rozwoju elektrochemicznego biosensora DNA, składającego się z stabilizowanej kwasem polimlekowym, modyfikowanej nanocząstkami złota, sitodrukowanej elektrody węglowej do wykrywania Vibrio parahaemolyticus.

Opracowanie elektrochemicznego biosensora DNA do wykrywania patogenów przenoszonych przez żywność

W tej pracy przedstawiono protokół wzmacniania sygnału biodetekcji opartej na nanosondach. Protokół opiera się na redukcji kwasu chloroaurowego na powierzchnię istniejących nanosond, które składają się z nanocząstek złota, srebra, krzemionki lub tlenku żelaza.

Szybkie wzmocnienie sygnału nanosondy poprzez syntezę nanocząstek złota in situ

W tym badaniu modyfikujemy mikroelektrody z włókna węglowego za pomocą nanocząsteczek złota, aby zwiększyć czułość wykrywania neuroprzekaźników.

Mikroelektrody z włókna węglowego modyfikowane nanocząstkami złota dla lepszej detekcji neurochemicznej

W tej pracy dostarczamy protokół do biofunkcjonalizacji magnetycznych nanomateriałów z przeciwciałami do określonego celowania w komórki. Na przykład wykorzystujemy nanodruty żelaza do celowania w komórki rakowe.

Biofunkcjonalizacja nanomateriałów magnetycznych

Ten protokół opisuje metodę wytwarzania elastycznego podłoża do powierzchniowo wzmocnionego rozpraszania Ramana. Metoda ta została wykorzystana do skutecznego wykrywania niskich stężeń R6G i tiuramu.

Wytwarzanie elastycznego podłoża do rozpraszania Ramana (SERS) na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS) do ultraczułej detekcji

Poznaj metodę modyfikacji powierzchni nanodiamentów polidopaminą z kontrolowaną grubością warstwy. Technika ta umożliwia redukcję nanocząstek srebra i znajduje zastosowanie w naukach o materiałach oraz biomedycynie.

Inspirowana biologicznie polidopaminowa modyfikacja powierzchni nanodiamentów i redukcja nanocząstek srebra

Przeglądaj więcej filmów