Методическая статья

Изготовление сферических и червь образный мицеллярный нанокристаллов путем объединения электроспрей, самостоятельной сборки и на основе растворителей структуры управления

20.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/56657

⸱

11 февраля 2018 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 2Institute of Materials Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 3Collaborative Innovation Center of Chemistry for Life Sciences, Nanjing University, 4Department of Chemistry, Western Washington University

В этой статье

Краткое содержание

Настоящая работа описывает метод для изготовления мицеллярный нанокристаллов, возникающих основных класса Нанобиоматериалы. Этот метод сочетает электроспрей сверху вниз, снизу вверх самостоятельной сборки и на основе растворителей структуры элемента управления. Метод изготовления практически непрерывно, может производить продукцию высокого качества и обладает недорогой средства структуры элемента управления.

Аннотация

Мицеллярный нанокристаллов (мицеллы с инкапсулированным нанокристаллов) стали возникающих основных класса Нанобиоматериалы. Мы описываем метод изготовления мицеллярный нанокристаллов на основе самостоятельной сборки объединения электроспрей сверху вниз, снизу вверх и на основе растворителей структуры управления. Этот метод предполагает сначала с помощью электроспрей для создания единообразных сверхтонкого жидкого капельки, каждая из которых функционирует как микро реактор, в котором самостоятельной сборки происходит реакция формируя мицеллярный нанокристаллов с структурами (мицеллообразования форму и Нанокристаллические Инкапсуляция) контролируется органического растворителя используется. Этот метод в значительной степени постоянной и производит высококачественный мицеллярный Нанокристаллические с недорогой структуры управления подход. С помощью воды водорастворимых органических растворителей тетрагидрофуран (THF), червь образный мицеллярный нанокристаллов могут быть изготовлены благодаря растворителя индуцированной/способствовали мицеллы фьюжн. По сравнению с общей сферических мицеллярный нанокристаллов, червь образный мицеллярный нанокристаллов может предложить свернутого неспецифической клеточного поглощения, таким образом повышение биологической ориентации. Путем совместного инкапсуляции несколько нанокристаллов в каждом мицеллы, многофункциональный или синергических эффектов может быть достигнуто. Текущие ограничения данного метода изготовления, который станет частью будущей работы, прежде всего относятся несовершенные инкапсуляции в мицеллярной среде Нанокристаллические продукта и неполно непрерывный характер процесса.

Введение

Нанокристаллов например полупроводниковых квантовых точек (QDs) и наночастиц суперпарамагнетическим оксида железа (SPIONs) показали большой потенциал для биологического обнаружения, обработки изображений, манипуляции и терапии1,2, 34,,5,6. Инкапсуляция один или более нанокристаллов мицеллы был широко используемый метод для интерфейса нанокристаллов с биологической среды3,6. Таким образом формируется мицеллярный нанокристаллов (мицеллы с нанокристаллов инкапсулированные) стали возникающих класса Нанобиоматериалы7,8,9,10. Часто используемые методы для изготовления мицеллы, которые инкапсулируют различные материалы (например, нанокристаллов, малые молекулы наркотиков и красители) включают фильм гидратации, диализ и несколько других7,11.

Настоящая работа описывает метод изготовления мицеллярный нанокристаллов на основе самостоятельной сборки объединения электроспрей сверху вниз, снизу вверх и растворитель опосредованной структурного управления. По сравнению с другими методами изготовления мицеллярный нанокристаллов, наш метод предлагает несколько полезных функций: (1) это в основном непрерывный производственный процесс. Эта функция является главным образом тем, что электроспрей используется в методе для формирования капель эмульсии. Напротив некоторые другие методы используют vortexing или sonication в форме капель эмульсии, тем самым делая эти методы пакетные процессы в природе12. (2) это приводит к продукции с высокой воды Диспергируемость, отличные коллоидной стабильности и нетронутыми физические функции инкапсулированные нанокристаллов. Этот процесс часто может дать продуктов с превосходным качеством, по сравнению с другими методами инкапсуляции мицеллы, в значительной степени потому, что электроспрей может сформировать капельки ультрадисперсных и единообразных эмульсии. (3 структуры продукции, в том числе мицеллы форму и количество инкапсулированные нанокристаллов, можно управлять с помощью растворителя, который является гораздо более недорогой по сравнению с другими способами управления, такие как изменение амфифильных полимеров, используемых и может производить не только форму общедоступных сферических мицеллы но мицеллы червь как форму через мицеллы фьюжн13. Таким образом формируется червь образный мицеллярный нанокристаллов находятся предложить значительно снижение неспецифической клеточного поглощения чем сферических коллегами13. С другой стороны стоит отметить что этот метод требует установки электроспрей устройства, которая является несколько более технически сложным (хотя и далеко от непомерно) чем необходимость инструментария в других методов.

Метод изготовления включает в себя первые генерации сверхтонкого жидкого капельки (часто масло в водной эмульсии) с единой размеров электроспрей, следуют испарения органических растворителей, в результате самостоятельной сборки формируют мицеллярный нанокристаллов (Рисунок 1 ). Электроспрей установки имеет коаксиальный конфигурацию с использованием концентрических иглы: масляной фазы, который содержит блок-сополимеры амфифильных и гидрофобных нанокристаллов растворяется в органических растворителях, доставляется к внутренней иглой (27 G капиллярной нержавеющей стали ) с шприцевый насос; водной фазы, которая содержит поверхностно-активных веществ, растворенных в воде, доставляется в наружной иглы (20 G из нержавеющей стали 3 контактный разъем) с вторым шприцевой насос. Высокое напряжение применяется к коаксиальный сопла. Ультрадисперсных капельки с единой размеры создаются за счет преодоления электродинамические силы поверхностного натяжения и инерционных стресса в жидкости. Каждая капля по существу действует как «микро реактор», в котором, после удаления органического растворителя испарением, самостоятельной сборки «реакция» спонтанно возникает за счет гидрофобных взаимодействий. Использование различных органических растворителей приводит к различным структурам мицеллярный нанокристаллов: вода несмешивающихся органических растворителей хлороформ приводит к сферической мицеллы форму, а воды водорастворимых органических растворителей, THF с долгое время реакции приводит к червь как Мицеллы форма наряду с расширенной Нанокристаллические инкапсуляции.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Внимание: Из-за использования органических растворителей, все операции должно быть сделано в химической зонта. За счет использования высокого напряжения Избегайте контакта тела с аппарата, при включении питания. Используйте все соответствующие безопасности практики, как использование средств индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, лаборатории пальто, полнометражные штаны и закрыты носок обуви). Консультации все листы данных соответствующих безопасности материалов (MSDS).

1. Установка материалов

  1. Подготовить раствор QD, распустить 10 мг гидрофобные QDs (длина волны максимума Флуоресцентные выбросов = 605 Нм, используется в качестве модели нанокристаллов здесь) в 20 мл органических растворителей (хлороформ для производства сферических мицеллы форму или ТГФ для производства мицеллы червь как форма) и Вортекс для 20 s.
  2. Подготовить раствор PS-PEG, растворить 100 мг PS-ПЭГ (амфифильных блок-сополимера, с 9,5 кДа PS сегмента и 18,0 кДа PEG сегмента) в 10 мл органических растворителей (хлороформ для производства сферических мицеллы форму или ТГФ для производства мицеллы червь как форму). Mix решение по vortexing за 1 мин (хлороформ) или ванна sonicate 2 мин (THF).
  3. Смешайте 1 мл QD решения и 1 мл раствора PS-PEG и вихревые 1 мин добавить смесь в шприц а. Шприц состоит из ПТФЭ.
  4. Подготовить раствор ПВА, растворяют в 10 мл воды в ванну с подогретой водой на 60 – 80 ° C для 4-5 ч. разрешить ПВА раствор остынет до комнатной температуры перед использованием 400 мг ПВА (13-23 кДа, 87-89% гидролизованный).
  5. Добавление B. шприц 5 мл раствора ПВА Шприц состоит из ПТФЭ.

2. Установка оборудования

  1. Вставьте внутренний капилляров в наружная капиллярная сборку и аккуратно винт в положение. Не затягивайте. Рисунок 2 показывает общие настройки системы коаксиальный электроспрей. Внутренняя капиллярного иглы капиллярной нержавеющей стали 27 G (наружный диаметр 500 мкм; внутренний диаметр 300 мкм), и внешнее иглы 20 G (наружный диаметр 1000 мкм, внутренний диаметр 500 мкм) из нержавеющей стали 3 контактный разъем. PTEE труб используется имеет внутренний диаметр 1,8 мм.
  2. Загрузите шприц А на шприц насос A, как показано на рисунке 2. Подключите шприц А к внутренней капиллярной нержавеющей стали электроспрей коаксиальный сопла с помощью трубы PTFE.
  3. Загрузите B шприц на шприц насос B, как показано на рисунке 2. Подключите шприц B к внешней капиллярной нержавеющей стали электроспрей коаксиальный сопла с помощью трубы PTFE.
  4. Позиции коаксиальный сопла электроспрей отзыв примерно 0,8 см над заземленной стальное кольцо (диаметр 1,5 см).
  5. Место сбора стекла блюдо примерно на 10 см ниже коаксиальный сопла.
  6. С блоком питания выключен подсоедините заземляющий провод (черный провод на рис. 2) к заземленной стальное кольцо.
  7. С блоком питания выключен Подключите положительные терминал (красный провод на рис. 2) блок питания к внутренней иглой коаксиальный сопла с использованием металлических Аллигатор клип.

3. производство мицеллярный нанокристаллов

  1. Установите скорость насоса шприца A 0,6 мл/ч.
  2. Установите скорость B насоса шприца до 1,5 мл/ч.
  3. Начало и шприцевые насосы и ждать их соответствующих расхода для стабилизации. Капли, образуя на насадку с постоянной скоростью указывают стабильного расхода. Это обычно происходит в течение 60 сек после запуска насосов шприца.
    Примечание: Там должно быть никаких пузырей в трубке и капельки следует сформировать на насадку коаксиальный электроспрей.
  4. Включите блок питания применить положительный высоковольтный коаксиальный сопло электроспрей. Отрегулируйте приложенного напряжения в диапазоне 5 – 9 кв, до вогнутой конус Джет (то есть, конвергентных струи, широко известный как «Тейлор конусе») наблюдается на кончике коаксиальный сопла (как показано на врезные рис. 3a).
    Предупреждение: Убедитесь, чтобы не коснуться электроспрей сопло при подаче высокого напряжения. Выполните соответствующие меры предосторожности.
    Примечание: Недостаточно приложенного напряжения приведет к капельки, образуя на кончик насадки (как показано на вкладке Рисунок 3b), в то время, как это слишком высокой из приложенного напряжения приведет к электрической дуги между насадкой и заземленной стальное кольцо.
  5. После того, как был получен стабильной Тейлор конуса (рис. 3a), добавьте 10 мл деионизированной воды чистой коллекции блюдо и замена стекла коллекции блюдо в установке. Новое блюдо будет собирать мицеллярный Нанокристаллические продукта.
  6. Запустите процесс производства мицеллярный Нанокристаллические за определенный период времени (для приблизительно 40 мин для производства сферических мицеллы форму или около 90 мин для производства мицеллы червь как форму). Затем удалите коллекции блюдо из под насадку электроспрей.
  7. Остановить шприцевый насос A и B.
  8. Выключите источник питания высокого напряжения.
  9. Разрешить органический растворитель испаряется (в Зонта) от открытые коллекции блюдо на ночь.
    Примечание: Исходя из характеристик результатов мицеллярный Нанокристаллические продуктов, испарения ночь достаточно для удаления органических растворителей для получения продуктов с хорошим качеством.
  10. Наконец передача мицеллярный Нанокристаллические продукт для пластиковых пробирок 15мл характеристик (например, флуоресцентной спектроскопии, Динамическое рассеяние света, просвечивающей электронной микроскопии и термический анализ), приложений или хранения. Хранить продукт заключительного мицелярного Нанокристаллические в холодильник на 4 ° C.
    Примечание: Продукт может оставаться стабильным при этом условии хранения по крайней мере один месяц.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 1 показана схема кратким управления структур (форма и инкапсуляция) мицеллярный нанокристаллов от органических растворителей, используемых в процессе производства. Вкратце дихлорметана приводит к сферической мицеллы с не инкапсуляции нанокристаллов; хлороформ приводит к сферической мицеллы с низким инкапсуляции, количество нанокристаллов; ТГФ приводит к сферической мицеллы с высоким инкапсуляции, количество нанокристаллов в короткое время реакции и...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Метод изготовления мицеллярный нанокристаллов описанных в настоящей работе сочетает сверху вниз электроспрей, снизу вверх самостоятельной сборки, и на основе растворителей структуры управления. Метод эффективного и удобного контроля качества является использование конуса Тейлор сформировал на кончике коаксиальный сопла. Это потому, что должным образом сформированных Тейлор конуса показывает баланс (или вблизи баланс) между электрической силы и поверхностное натяжение, который в свою очередь указывает на успешное формиров...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Авторы с благодарностью признаем финансовую поддержку «Тысяча молодых глобальные таланты» награду из китайского центрального правительства, «Shuang Чжуан» награду от правительства провинции Цзянсу, начальный фонд от Колледж инженерных и прикладных Наук, университет Нанкин, Китай, награда от «Тянь-Ди» фонд, Грант от приоритет академической программы развития Фонда из Цзянсу высшее образование учреждений (PAPD), Грант от фонда естественных наук провинции Цзянсу.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Гидрофобные квантовые точкиOcean NanotechQSPТвердые гидрофобные квантовые точки CdSe/ZnS. Длина волны пикового флуоресцентного излучения составляет 605 нм.
Поли(стирол)-b-поли(этиленгликоль) (PS-PEG)Sigma-Aldrich666476-500MGМолекулярная масса сегмента PS составляет 9,5 кДа, а сегмента PEG - 18,0 кДа.
Поли(виниловый спирт) (ПВА)Sigma-Aldrich363170-500GМолекулярная масса 13– 23 кДа, 87– Гидролизовано на 89%.
Тетрагидрофуран (ТГФ)Химический реагент Sinopharma80124418
хлороформХимический реагент Sinopharma Химический реагент40007960
Шприцевые насосыBao Ding Shen ChenSPLab01
ТрубкаShanghei Lai Xingвнешний диаметр 2 мм и внутренний диаметр 1,8 мм трубка из ПТФЭ.
ШприцыYi Ming5.CCодноразовый шприц объемом 5 мл из ПТФЭ.
Высоковольтный источник питанияDong Wenсерии DWИсточник питания постоянного тока (0– диапазон 50 кВ).
Электрораспылительная коаксиальная форсункаHunan Chang Sha Na YiСборка из нержавеющей стали. Внутренняя капиллярная игла была 27 калибра (внешний диаметр 500 мкм; m; внутренний диаметр 300 мкм; m). Наружный капилляр был 20 калибра (наружный диаметр 1,000 мкм; m; внутренний диаметр 500 мкм; м).
VortexerXi'an HEB Biotechnology Co., Ltd.Китай MX-SMX-S с широким диапазоном скоростей 0– 2 500 об/мин, бесступенчатая регулировка скорости, сенсорный и непрерывный режим.
Стальное кольцоYiwu Wan TuКольца с диапазоном диаметров (0,8– 1,8 см). Например, кольцо диаметром 1,3 см было изготовлено путем скручивания примерно 25 см (длина) стальной проволоки диаметром 0,5 мм (24 калибра, AWG).
Стеклянная чашка для сбора стеклаGrainger1u5084высота 25 мм и диаметр 120 мм стеклянная посуда.
Центрифужная пробирка 15 млJiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd.X-407изготовлена из прозрачного полипропилена (ПП).
Центрифужная трубка

Ссылки

  1. Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
  2. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  3. Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
  4. Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
  5. Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
  6. Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
  7. Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
  8. Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
  9. Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
  10. Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
  11. Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
  12. Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434(2017).
  13. Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
  14. Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
  15. Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
  16. Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
  17. Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
  18. Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи