В этом документе описан протокол для синтеза золотых наностержней, основанный на использовании гидрохинона в качестве восстановителя, а также различные механизмы контроля за их размера и соотношения сторон.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Гидрохинон основе Синтез наностержней золота
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Золотые наностержни являются важным видом наночастиц, характеризующихся специфическими плазмонными свойствами. Несмотря на их широкое применение в нанотехнологиях, синтетические методы получения золотых наностержней до сих пор не полностью оптимизированы. В этой статье мы описываем новый, высокоэффективный, двухэтапный протокол, основанный на использовании гидрохинона в качестве мягкого восстановителя. Наш подход позволяет получать наностержни с хорошим контролем размера и соотношения сторон (AR) просто путем варьирования количества гексадецилтриметиламмония бромида (CTAB) и ионов серебра (Ag+), присутствующих в «растворе для выращивания». Используя этот метод, можно заметно снизить количество CTAB – дорогостоящего и цитотоксического реагента, необходимого для получения вытянутой формы. Золотые наностержни с отношением сторон около 3 могут быть получены в присутствии всего 50 мМ CTAB (против 100 мМ, используемых в стандартном протоколе, основанном на использовании аскорбиновой кислоты), в то время как более короткие золотые наностержни получаются при концентрации всего 10 мМ.
Введение
Золотые наночастицы (AuNPs) являются одним из наиболее распространенных и перспективных наноструктур для использования в биомедицинских приложениях. Их использование имеет важное значение во многих пункт-ухода в пробирке диагностики продуктов 1 Они были предложены в качестве эффективного инструмента для ряда других различных областей применения:. В качестве контрастного агента в исследованиях визуализации, 2 в качестве системы доставки лекарственного средства 3 и , как препараты для светоиндуцированного термотерапии (или фототермической терапии). 4. Большой потенциал AuNPs въехал, в последние двадцать лет, интенсивные исследования по разработке нового синтеза , который способен увеличить контроль на размер и форму , получается. 5 Это происходит потому, что различные виды AuNPs фактически более подходящим, чем другие для конкретных применений.
Среди различных золотых наноструктурах, золотые наностержни (AuNRs) стали одним из самых интересных систем. AuNRs характеризуются двумя плазмосетевых карт пики , связанные с колебанием электронов вдоль продольной и поперечной осей, соответственно. 6 Особенно важно , что положение самого интенсивного продольного пика может быть настроен точно между 620 и 800 нм, в зависимости от соотношения сторон стержней , Эта область соответствует биологическому окно, 7 , где человеческие ткани почти не впитывают свет, способствующего развитию ряда фотонных применений в естественных условиях , связанных с AuNPs.
Несмотря на огромный интерес к такого рода наноструктурах, синтетические протоколы для приготовления AuNRs страдают от нескольких ограничений. В большинстве случаев, наностержни получают в соответствии с методом двухступенчатого разработанного Сау и соавторами. 8 , в своем протоколе, нанострежни синтезируют путем уменьшения ионами золота с использованием аскорбиновой кислоты в присутствии предварительно формованных семян золота, серебра ионов и большое количество бромида гексадецильная триметиламмониевой (СТАВ), ACationic линейное поверхностно-активное вещество.
Недостатком этого протокола является то , что выход восстановление ионов золота является относительно низким (около 20%) 9 и что высокое количество СТАВ, дорогого реагента , что составляет более половины от общей стоимости для реагентов в синтезе, необходим. Разработка нового и более эффективного пути синтеза является оттуда считается важной необходимостью, что позволяет распространение медико-биологических подходов, основанных на AuNRs.
В первой части настоящей работы мы представляем оптимизированный протокол для подготовки AuNR, имеющего соотношение сторон около трех. Синтез основан на использовании гидрохинона в качестве мягкого восстановителя , и это позволяет получать AuNR с почти количественным восстановлением ионов золота, что делает использование уменьшенного количества СТАВ. 10 Этот протокол для подготовки AuNRs основан на двухступенчатого подхода, где семена золота используются в "золь ростасоциологическое загрязнение ".
Во второй части мы покажем, как тонко подстройку соотношение размера и соотношения сторон полученного AuNR двумя способами. Первый способ, аналогичный стандартному протоколу на основе аскорбиновой кислоты, вл етс изменение количества ионов серебра, присутствующих в растворе «роста». Второй способ основан на изменении количества СТАВ, которое может быть уменьшено вплоть до концентрации 10 мМ (близкой к критической концентрации мицеллярной сообщили поставщиком), чтобы получить хорошо определенные короткие наностержней.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Синтез наностержней золота
Примечание: Используйте высокоочищенного воду во всем.
- Подготовка семян золота
- Растворить 364.4 мг гексадецилтриметиламмония бромида (CTAB) в 5 мл воды, при обработке ультразвуком при 40 ° С до тех пор, пока раствор станет прозрачным. Дают раствору СТАВ остыть до комнатной температуры.
- Отдельно готовят 5 мл tetrachloroauric кислоты (HAuCl 4) в воде (0,5 мМ).
- Добавить раствор HAuCl 4 к раствору ЦТАБ при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой, поддерживая температуру постоянной при 27 ° C.
- Приготовьте 600 мкл боргидрида натрия (NaBH 4) раствора в воде (10 мМ) при 4 ° С. Добавьте этот раствор в смесь при интенсивном перемешивании. Проверьте цвет Раствор сразу меняется от желтого до коричневатого.
- Перемешать суспензию в течение 20 мин перед использованием. Храните суспензии семена в течение не более чем 24 часа при комнатной темпераратура.
- Проверьте размеры семян с использованием UV-VIS спектрофотометр. Убедитесь, что семена достаточно малы (около 2 нм), которые будут использованы при получении золота наностержней методом УФ-видимой спектроскопии.
Примечание: спектр должен быть подобен тому , что приведены на рисунке 1 увеличенных семена , идентифицированные при наличии плазмонного пика около 505-520 нм , не должны быть использованы , поскольку они, вероятно , для получения сферических наночастиц..
- Приготовление раствора "роста" золотых наностержней.
- Растворить 182.2 мг CTAB вместе с 22 мг гидрохинона в 5 мл воды при 40 ° С с помощью ультразвука. Охладить раствор до 27 ° С.
- Подготовить 200 мкл 4 мМ нитрата серебра раствором (AgNO 3).
- Отдельно готовят 5 мл 1 мМ раствора tetrachloroauric кислоты (HAuCl 4).
- Сначала добавьте раствор нитрата серебра, полученного на стадии 1.2.2. Затем добавьте HAuCл 4 раствор , приготовленный на стадии 1.2.3 к раствору ЦТАБ и гидрохинон , полученного на стадии 1.2.1 при перемешивании магнитной мешалкой.
- Сразу же после того, как, добавляют при перемешивании на магнитной мешалке 12 мкл суспензии семян предварительно приготовленной в соответствии с протоколом Заявлено на шаге 1.1, и пусть начала реакции. Проверьте, если подвеска меняет цвет в течение примерно 30 минут.
- Контроль образования наностержней путем проверки УФ-видимого спектра суспензии, как описано в разделе 4, каждые 5 мин. Продолжайте до тех пор, пока спектр стабилен. Чтобы разрешить полное образование наностержней, оставляют суспензию при перемешивании в течение еще 30 мин (рис 2).
- Разделить суспензию в пробирки (1 мл суспензии для каждой пробирки) и центрифугу при 10000 х г в течение 10 мин. Золотые наностержни образуют темный осадок на дне пробирки.
- Ресуспендируют осадок в каждую пробирку 1 мл воды. Смешайте содержимое пробирки и хранить SUSPension золотых наностержней при комнатной температуре.
- Охарактеризовать полученные наностержней с помощью УФ-видимой спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии , как описано в разделе 4 (рисунок 3).
2. Настройка Формат кадра наностержней путем варьирования концентрации ионов Ag +
- Готовят раствор нитрата серебра с концентрацией 4 мМ, растворяя 3,4 мг AgNO 3 в 5 мл воды.
- Приготовьте в трех различных ампул раствора с ЦТАБ и гидрохинон, как описано в разделе 1.2.1 и добавьте соответственно 100 мкл, 150 мкл или 200 мкл раствора нитрата серебра.
- Добавьте 4 HAuCl раствор , приготовленный в соответствии со стадией 1.2.3 и приступить к подготовке золотых наностержней , как описано с точки 1.2.5.
- Охарактеризовать полученные наностержни с помощью УФ-видимой спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Флаконы с меньшими количествами Ag + будет повторноSult в более короткие наностержней (соотношение сторон 2 и 2,2 соответственно) (рисунок 4).
3. Настройка формата изображения наностержней путем варьирования концентрации ЦТАБ
- Подготовка различных партий золота наностержней с различными концентрациями ЦТАБ в растворе "роста". Используйте концентрации от 10 до 100 мм для получения золотых наностержней, имеющих различный размер и соотношение сторон. Концентрации ЦТАБ , используемые в каждом эксперименте , представлены в таблице 1 , с соответствующим количеством миллиграммов используемой. Растворите различные количества СТАВ всегда с 22 мг гидрохинона в 5 мл воды.
- Добавить 200 мкл раствор нитрата серебра (полученного в соответствии со стадией 1.2.2) и 5 мл раствора HAuCl 4 (полученного в соответствии , как описано на стадии 1.2.3) в каждом флаконе при перемешивании магнитной мешалкой.
- Добавьте 12 мкл семян суспензией и наблюдать изменение цвета конечной смеси.
- Стопперемешивание, когда цвет Суспензия и УФ-видимого спектра стабилизируются; Время реакции зависит от концентрации ЦТАБ в растворе роста.
- Центрифуга при 10000 х г в течение 10 мин и ресуспендируют в воде.
- Охарактеризовать полученные наностержни с помощью УФ-видимой спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Более низкая концентрация СТАВ приведет к более коротким наностержнях в то время как более высокая концентрация даст больше времени, но более крупные наностержни. Наоборот соотношение сторон наностержней будет выше в диапазоне около 40-50 мм и будет уменьшаться как при более низких и более высоких концентрациях (рисунок 5 и рисунок 6).
4. Характеристика золота наностержней
- УФ-видимой спектроскопии
- Разбавляют 100 мкл нанострежни раствора с 400 мкл воды в пластмассовом микро-кювету и получают спектр поглощения УФ-видимой (диапазон длин волн между 400 и 840 нм)в соответствии с протоколом производителя.
- Собирают УФ-видимой спектров (диапазон длин волн между 400 и 840 нм) раствора роста каждые 5 мин с целью изучения кинетики реакции.
- Просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ)
- Сбор ПЭМ-изображения каждого образца наностержней, для измерения размера и соотношения сторон полученных наностержней. Подготовить образцы, помещая каплю суспензии (4 мкл) на ультратонкую формвар покрытием 200 меш медные сетки и оставить высохнуть на воздухе при температуре 4 ° С. Анализ образца при ТЭМ с использованием ускоряющего напряжения 200 кВ в соответствии с протоколом производителя.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
УФ - видимый спектр семян золота можно увидеть на рисунке 1. УФ - видимый спектр приобретенные в разное время после инъекции семян золота представлены на рисунке 2. УФ - видимый спектры и Данные трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) изображения полученных золотых наностержней показаны на рисунке 3. УФ - видимый спектр и трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) изображения золотых наностержней с различным соотношением сторон ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Протокол, представленные здесь применяется гидрохинон, ароматическую молекулу характеризуется слабым восстановительным потенциалом, в процессе производства золота наностержней. Есть два основных преимущества настоящего протокола по направлению к наиболее часто используемой схеме синтеза , основанного на использовании аскорбиновой кислоты: во - первых, что гидрохинон способен почти количественно уменьшить ионами золота , позволяя производство большего количества золота наностержней 11. Последнее определяется т...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Финансирование этого исследования было предоставлено Министерством здравоохранения Италии в рамках EuroNanoMed II (European Innovative Research & Technology Development Projects in Nanomedicine, название проекта: ''InNaSERS'').
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Тригидрат хлорида золота | Sigma Aldrich | 520918 | |
| гидрохинон | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Нитрат серебра | Sigma Aldrich | 209139 | токсичный |
| боргидрид натрия | Sigma Aldrich | 480886 | |
| гексадецилтриметиламмония бромид (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Острый токс. (орально). В этом исследовании мы протестировали три различные партии CTAB (H5882) от Sigma Aldrich. Два из них были помечены как «сделано в Китае», а один — как «сделано в Индии». По нашему опыту, для приготовления AuNR были эффективны только партии с маркировкой «Сделано в Китае». |
| Спектрофотометр | Термо научный | Нанодроп 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
Ссылки
- Zhou, W., Gao, X., Liu, D., Chen, X. Gold Nanoparticles for In Vitro Diagnostics. Chem Rev. 115 (19), 10575-10636 (2015).
- Bao, C., et al. Gold nanoprisms as optoacoustic signal nanoamplifiers for in vivo bioimaging of gastrointestinal cancers. Small. 9 (1), 68-74 (2013).
- Han, G., Ghosh, P., Rotello, V. M. Functionalized gold nanoparticles for drug delivery. Nanomedicine. 2 (1), 113-123 (2007).
- Choi, W. I., et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded, functional nanocarriers. ACS Nano. 5 (3), 1995-2003 (2011).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Zhang, J., Mirkin, C. A. Defining Rules for the Shape Evolution of Gold Nanoparticles . J. Am. Chem. Soc. 134 (35), 14542-14554 (2012).
- Lohse, S. E., Murphy, C. J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 25 (8), 1250-1261 (2013).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech. 19 (4), 316-317 (2001).
- Sau, T. K., Murphy, C. J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution. Langmuir. 20 (15), 6414-6420 (2004).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12, 2029-2036 (2010).
- Morasso, C., et al. Control of size and aspect ratio in hydroquinone-based synthesis of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 17, 330-337 (2015).
- Vigderman, L., Zubarev, E. R. High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chem. Mater. 25 (8), 1450-1457 (2013).
- Walsh, M. J., Barrow, S. J., Tong, W., Funston, A. M., Etheridge, J. Symmetry breaking and silver in gold nanorod growth. ACS Nano. 9 (1), 715-724 (2015).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
