Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

Summary

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.

Abstract

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag⁺) present in the “growth solution”. By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.

Introduction

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.

Protocol

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.

Representative Results

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…

Discussion

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 схем?…

Materials

Gold(III) chloride trihydrate	Sigma Aldrich	520918
Hydroquinone	Sigma Aldrich	H17902
Silver Nitrate	Sigma Aldrich	209139	toxic
Sodium Borohydride	Sigma Aldrich	480886
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)	Sigma Aldrich	H5882	Acute Tox. (oral). In this study we tested three different batches of CTAB (H5882) from Sigma Aldrich. Two of them were marked as made in China while one as made in India. In our experience only the batches marked as made in China were effective for the preparation of AuNR
Spectrophotometer	Thermo scientific	Nanodrop 2000C
TEM	JEOL	2100