Este documento descreve um protocolo para a síntese de ouro nanorods, baseado no uso de hidroquinona como agente de redução, mais os diferentes mecanismos para controlar o tamanho e a relação de aspecto.
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Artigo de método
Hidroquinona baseada Síntese de ouro Nanorods
Neste artigo
Resumo
Resumo
Os nanobastões de ouro são um tipo importante de nanopartículas caracterizadas por propriedades plasmônicas peculiares. Apesar de seu uso generalizado em nanotecnologia, os métodos sintéticos para a preparação de nanobastões de ouro ainda não estão totalmente otimizados. Neste artigo, descrevemos um novo protocolo de duas etapas, altamente eficiente, baseado no uso de hidroquinona como agente redutor suave. Nossa abordagem permite a preparação de nanobastões com um bom controle de tamanho e proporção (AR) simplesmente variando a quantidade de brometo de hexadecil trimetilamônio (CTAB) e íons de prata (Ag+) presentes na "solução de crescimento". Usando este método, é possível reduzir acentuadamente a quantidade de CTAB, um reagente caro e citotóxico, necessário para obter a forma alongada. Nanobastões de ouro com uma proporção de cerca de 3 podem ser obtidos na presença de apenas 50 mM de CTAB (versus 100 mM usados no protocolo padrão baseado no uso de ácido ascórbico), enquanto nanobastões de ouro mais curtos são obtidos usando uma concentração tão baixa quanto 10 mM.
Introdução
As nanopartículas de ouro (AuNPs) são um dos mais difundidos e nanoestruturas promissores para ser utilizada em aplicações biomédicas. A sua utilização é essencial em muitas ponto-de-cuidado diagnóstico in vitro produtos 1 Eles têm sido propostos como uma ferramenta eficaz para um certo número de outras aplicações diferentes:., Como um agente de contraste em estudos de imagem, 2 como um sistema de entrega de droga 3 e quanto drogas para a termoterapia induzida pela luz (ou terapia fototérmico). 4 o grande potencial de AuNPs conduziu, nos últimos vinte anos, intensa investigação sobre o desenvolvimento de nova síntese que é capaz de aumentar o controlo sobre o tamanho e a forma obtida. 5 Isto é porque diferentes tipos de AuNPs são, de facto, mais adequado do que outros para aplicações específicas.
Entre os diferentes nanoestruturas de ouro, nanorods ouro (AuNRs) têm emergido como um dos sistemas mais interessantes. AuNRs são caracterizados por dois Plasmopicos nic associados com a oscilação de electrões ao longo do eixo longitudinal e os eixos transversais, respectivamente. 6 É particularmente importante que a posição do pico longitudinal mais intenso pode ser sintonizado precisamente entre 620 e 800 nm, dependendo da relação das hastes aspecto . Esta região corresponde à janela biológica, 7 em que os tecidos humanos quase não absorvem a luz, permitindo o desenvolvimento de um número de aplicações fotónicas in vivo envolvendo AuNPs.
Apesar de um grande interesse por este tipo de nanoestruturas, os protocolos de síntese para a preparação de AuNRs sofrem de várias limitações. Na maioria dos casos, nanorods são preparados de acordo com um método de dois passos desenvolvida por Sau e colegas de trabalho. 8 no seu protocolo, nanorods são sintetizados por redução de iões de ouro, utilizando o ácido ascórbico em presença de sementes de ouro pré-formados, os iões de prata e uma grande quantidade de brometo de hexadecil-trimetilamónio (CTAB), ACsurfactante linear ationic.
O inconveniente deste protocolo é de que o rendimento de redução dos iões de ouro é relativamente baixa (cerca de 20%) 9 e que uma elevada quantidade de CTAB, um reagente dispendioso que é responsável por mais de metade do custo total para os reagentes na síntese, é preciso. O desenvolvimento de uma via de síntese nova e mais eficaz é daí considerada como sendo uma importante necessidade, permitindo a difusão de abordagens com base em biomédicas AuNRs.
Na primeira parte do presente trabalho, apresentamos um protocolo otimizado para a preparação de AuNR tendo uma proporção de cerca de três aspectos. A síntese é baseada no uso de hidroquinona como um agente redutor suave e que permite a preparação de AuNR com uma redução de quase quantitativa de iões de ouro, fazendo uso de uma quantidade reduzida de CTAB. 10 Este protocolo para a preparação dos AuNRs baseia numa abordagem em duas fases em que as sementes de ouro são usados em uma "Sol crescimentoution ".
Na segunda parte, vamos mostrar como finamente ajustar o tamanho e formato do AuNR obtido de duas maneiras. A primeira forma, semelhante ao protocolo padrão à base de ácido ascórbico, é para variar a quantidade de iões de prata presentes na "solução de crescimento". A segunda maneira baseia-se na variação da quantidade de CTAB que pode ser reduzida até uma concentração de 10 mM (perto da concentração micelar crítica relatado pelo fornecedor) para se obter nanorods curtas bem definidos.
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Protocolo
1. Síntese de ouro nanobastões
Nota: Use água altamente purificada por toda parte.
- Preparação das sementes de ouro
- Dissolve-se 364,4 mg de brometo de hexadeciltrimetilamónio (CTAB) em 5 ml de água, sob ultra-sons a 40 ° C até a solução se tornar clara. Deixar a solução de CTAB arrefecer até à temperatura ambiente.
- Separadamente, preparar 5 ml de ácido tetracloroáurico (HAuCl 4) em água (0,5 mM).
- Adicionar a solução de HAuCl 4 para a solução de CTAB sob agitação magnética vigorosa, mantendo a temperatura constante a 27 ° C.
- Preparar 600 ul de boro-hidreto de sódio (NaBH4) em solução de água (10 mM) a 4 ° C. Adicionar esta solução à mistura, sob agitação vigorosa. Verifique se a cor da solução muda imediatamente de amarelo para marrom.
- Agita-se a suspensão durante 20 min antes da utilização. Conserve a suspensão sementes por não mais de 24 horas a tempera quartotura.
- Verificar as dimensões das sementes usando um espectrofotómetro de UV-Vis. Certifique-se de que as sementes estão suficientemente pequeno (cerca de 2 nm) para ser utilizado na preparação de nanorods ouro por espectroscopia de UV-visível.
Nota: Espectro deve ser semelhante ao que é apresentado na Figura 1 sementes maiores, identificados pela presença de um pico em torno de 505-520 nm plasmónico não devem ser usados porque são susceptíveis de produzir nanopartículas esféricas..
- Preparação da "solução de crescimento" de nanobastões de ouro.
- Dissolve-se 182,2 mg de CTAB em conjunto com 22 mg de hidroquinona em 5 ml de água a 40 ° C, utilizando ultra-sons. Arrefecer a solução para 27 ° C.
- Preparar 200 ul de nitrato de prata mM 4 (AgNO 3).
- Separadamente, preparar 5 ml de uma solução 1 mM de ácido tetracloroáurico (HAuCl 4).
- Primeiro adicione a solução de nitrato de prata preparada no passo 1.2.2. Em seguida, adicione o HAuCl 4 solução preparada no passo 1.2.3 para a solução de CTAB e hidroquinona preparado no passo 1.2.1, sob agitação magnética.
- Imediatamente depois, adicionar sob agitação magnética de 12 ul da suspensão de sementes previamente preparado de acordo com o protocolo relatado no passo 1.1 e deixar que o início da reacção. Verifique se a suspensão muda de cor em cerca de 30 min.
- Controlar a formação dos nanobastões, verificando o espectro UV-visível da suspensão, como descrito no capítulo 4, a cada 5 minutos. Prosseguir até que o espectro é estável. Para permitir a formação completa dos nanorods, deixar a suspensão sob agitação durante mais 30 minutos (Figura 2).
- Dividir a suspensão em tubos (1 ml de suspensão para cada tubo) e centrifugar a 10000 xg durante 10 min. nanorods ouro formar um precipitado escuro no fundo do tubo.
- Ressuspender o precipitado de cada tubo em 1 ml de água. Misture o conteúdo dos tubos e armazenar o suspension de nanobastões de ouro à temperatura ambiente.
- Caracterizar os nanobastões obtidas por microscopia eletrônica de espectroscopia e transmissão UV-visível como descrito no ponto 4 (Figura 3).
2. Ajuste a relação de aspecto de nanobastões pela variação da concentração de íons Ag +
- Prepara-se uma solução de nitrato de prata com uma concentração de 4 mM, dissolvendo 3,4 mg de AgNO3 em 5 ml de água.
- Prepara-se três frascos diferentes a solução com CTAB e hidroquinona como descrito na secção 1.2.1, respectivamente e adicionar 100 ul, 150 ul e 200 ul de solução de nitrato de prata.
- Adicione o 4 solução HAuCl acordo com preparada para o passo 1.2.3 e prosseguir com a preparação de nanobastões de ouro, como descrito a partir do ponto 1.2.5.
- Caracterizar os nanobastões obtidos por espectroscopia UV-visível e microscopia eletrônica de transmissão. Tubos de ensaio com menores quantidades de Ag + resultar em nanorods mais curtos (proporção de 2 e 2,2, respectivamente) (Figura 4).
3. Ajustando a Relação de Aspecto da nanobastões pela variação da concentração de CTAB
- Preparar diferentes lotes de ouro nanorods com diferentes concentrações de CTAB na "solução de crescimento". Use concentrações de 10 a 100 mm para produzir nanobastões de ouro com tamanho diferente e relação de aspecto. As concentrações de CTAB utilizados em cada experiência estão resumidos na Tabela 1 com a correspondente quantidade de miligramas utilizado. Dissolve-se as diferentes quantidades de CTAB sempre com 22 mg de hidroquinona em 5 ml de água.
- Adicionar 200 ul de solução de nitrato de prata (preparado de acordo com o passo 1.2.2) e 5 ml de HAuCl 4 solução de (preparada de acordo como descrito no passo 1.2.3) em cada frasco, sob agitação magnética.
- Adicionar 12 ul de suspensão de sementes e observar a mudança de cor da mistura final.
- Parea agitação quando a cor da suspensão e o espectro de UV-visível são estabilizadas; o tempo de reacção depende da concentração de CTAB na solução de crescimento.
- Centrifugar a 10000 xg durante 10 min e ressuspender em água.
- Caracterizar os nanobastões obtidos por espectroscopia UV-visível e microscopia eletrônica de transmissão. Uma menor concentração de CTAB irá resultar em nanorods mais curtos, enquanto uma concentração mais elevada dará mais longos, mas maiores nanorods. Por contrário a proporção dos nanorods aspecto será maior na gama de cerca de 40-50 mM e irá diminuir tanto a concentrações mais baixas e mais altas (Figura 5 e Figura 6).
4. Caracterização de ouro nanobastões
- Espectroscopia de UV-visível
- Dilui-se 100 ul de solução nanorods com 400 ul de água num micro-cuvete de plástico e adquirir o espectro de absorção no UV-visível (comprimento de onda entre 400 e 840 nm)de acordo com o protocolo do fabricante.
- Recolhe espectros de UV-visível (comprimento de onda entre 400 e 840 nm) da solução de crescimento a cada 5 minutos, a fim de estudar a cinética da reacção.
- Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
- Recolhe imagens TEM de cada amostra de nanorods, para a medição do tamanho e da proporção de aspecto nanorods obtidos. Preparar as amostras colocando uma gota de suspensão (4 uL) para uma ultra-finas grelhas de cobre de malha 200 revestidas com Formvar e deixar secar ao ar a 4 ° C. Analisar a amostra a MET usando uma voltagem de aceleração de 200 kV, de acordo com o protocolo do fabricante.
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Resultados
Os espectros de UV visível das sementes de ouro pode ser visto na Figura 1. Os espectros de UV visível adquiridas em tempos diferentes após a injecção das sementes de ouro são apresentados na Figura 2. Imagens Os espectros de UV visível e de microscopia electrónica de transmissão (TEM) das nanorods ouro obtidos são mostrados na Figura 3. microscópica de UV visível e os espectros de transmissão de electrão (TEM) de imagens nanorods de our...
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Discussão
O protocolo aqui apresentado é aplicável a hidroquinona, uma molécula aromática caracterizada por um fraco potencial de redução, para produzir nanorods ouro. Existem duas principais vantagens da presente protocolo para a via sintética mais vulgarmente empregue com base na utilização de ácido ascórbico: a primeira é que a hidroquinona é capaz de reduzir quase quantitativamente os iões de ouro que permitam a produção de uma maior quantidade de nanorods ouro 11 A. Esta última é dada pelo facto de que ele requer ...
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo Ministério da Saúde italiano no âmbito do EuroNanoMed II (Projetos Europeus de Pesquisa Inovadora e Desenvolvimento Tecnológico em Nanomedicina, título do projeto: ''InNaSERSS'').
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Trihidrato de cloreto de ouro (III) | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Hidroquinona | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Nitrato de prata | Sigma Aldrich | 209139 | tóxico |
| Borohidreto de sódio | Sigma Aldrich | 480886 | |
| Brometo de hexadeciltrimetilamônio (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Tox aguda. (oral). Neste estudo, testamos três lotes diferentes de CTAB (H5882) da Sigma Aldrich. Dois deles foram marcados como fabricados na China, enquanto um como fabricado na Índia. Em nossa experiência, apenas os lotes marcados como fabricados na China foram eficazes para a preparação do AuNR. |
| Espectrofotômetro | Thermo scientific | Nanodrop 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
Referências
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Reimpressões e permissões
