Goud Nanostar Synthese met een Silver Zaad gemedieerde groei Methode

Summary

We gesynthetiseerd stervormige gouden nanostars met behulp van een zilveren zaad gemedieerde groei methode. De diameter van de nanostars varieert van 200 tot 300 nm en het aantal tips variëren van 7 tot 10. De nanodeeltjes hebben een brede oppervlakte plasmon resonance-modus in het midden van het nabij-infrarood.

Abstract

De fysische, chemische en optische eigenschappen van nano-schaal colloïden afhankelijk van hun samenstelling, grootte en vorm ^1-5. Er is een grote interesse in het gebruik van nano-colloïden voor foto-thermische ablatie, drug delivery en vele andere biomedische toepassingen ^6. Goud wordt vooral gebruikt vanwege de lage toxiciteit ^7-9. Een eigenschap van metalen nano-colloïden is dat ze een sterke surface plasmon resonance ^10. De piek van de oppervlakte plasmon resonance-modus is afhankelijk van de structuur en samenstelling van het metaal nano-colloïden. Omdat het oppervlak plasmon resonance-modus wordt gestimuleerd met licht is er behoefte om de piek absorptie hebben in het nabije infrarood, waar biologisch weefsel doorlaatvermogen is maximaal ^{11, 12.}

Wij presenteren een methode om de stervormige colloïdaal goud, ook wel bekend als stervormige nanodeeltjes ^13-15 of nanostars ¹⁶ te synthetiseren. Deze methode is gebaseerd op delutie die zilver zaden die worden gebruikt als de kiemvormer voor anisotrope groei van goud colloïden ^17-22. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) analyse van de resulterende goud colloïde toonde aan dat 70% van de nanostructuren waren nanostars. De overige 30% van de deeltjes werden amorfe clusters van decahedra en rhomboidei. De absorptie piek van de nanostars werd gedetecteerd worden in het nabije infrarood (840 nm). Zo, onze methode levert goud nanostars geschikt voor biomedische toepassingen, met name voor foto-thermische ablatie.

Protocol

1. Zilver zaad voorbereiding

1. Bereid een voorraad oplossing van zilvernitraat (AgNO ₃₎ door het nemen van een willekeurige massa en te mengen met 10 ml gedeïoniseerd (DI) water. Bereken molariteit van de oplossing. Bewaar de oplossing in een donkere plaats om het te isoleren van het licht.
2. Voeg 14,7 mg natriumcitraat tribasisch (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ tot 10 ml van DI water tot een 5 mM oplossing te maken. Schud de flacon tot het poeder is opgelost.
3. Voeg 15,1 mg natriumboorhydride (NaBH ₄₎ naar een ander flesje met 10 ml van DI water tot een 40 mM oplossing te maken. Sluit onmiddellijk de flacon. Schud de oplossing met de hand en plaats deze in een bekerglas met ijs. Plaats het bekerglas in de koelkast en start een timer (t1 = 0). De vers gemaakte oplossing zal worden gebruikt in 15 min wat genoeg is het tijd om af te koelen.
4. Uit de voorraad oplossing van zilvernitraat, 1.1), voor te bereiden 10 ml bij 0,25 mm. Plaats een magneet roeren in de flacon en de stkunst roeren.
5. Voeg 0,25 ml van de oplossing natriumcitraat tribasisch 1,2) tot 1,4).
6. Op t ₁ = 15 min verwijder de natriumboorhydride oplossing, 1.3), uit de koelkast. Pipeteer 0,4 ml van deze oplossing en voeg deze toe aan 1.5). Let op: Voeg de oplossing in een enkele snelle slag. De kleur zal veranderen naar geel. Roer de oplossing gedurende 5 minuten.
7. Op t ₁ = 20 min stop roeren, verwijder de magneet van de flacon en houd de flacon in een donkere plaats. Niet sluiten van de flacon.
8. Bewaar de oplossing in het donker bij kamertemperatuur gedurende ten minste 2 uur voor gebruik. Gebruik bij voorkeur de zaden binnen een week van voorbereiding.

2. Groei oplossing voorbereiding

1. Bereid 80 mM ascorbinezuur (C ₆ H ₈ O ₆₎ door het toevoegen van 140 mg tot 10 ml van DI water.
2. Bereid 10 ml van een geconcentreerde oplossing van goud chloride (HAuCl _4). Bereken de molariteit van de oplossing. Houd de solution geïsoleerd tegen licht.
3. Bereid 20 ml van 50 mM van cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BRN) door het toevoegen van 364 mg om een flesje met 20 ml van DI water. Onmiddellijk plaats een magneet roeren in de flacon en beginnen te roeren op een warm bord bij 30 ° C. Nadat CTAB poeder volledig is opgelost en de oplossing wordt transparant uitschakelen van de verwarming van de plaat, maar blijf roeren tot en met stap 2.7).
4. Add-oplossing 1.1) naar oplossing 2.3) tot een definitief molariteit van 4.9x10 ^{-2 mm} te verkrijgen. Start een timer (t ₂ = 0).
5. Op t ₂ = 1 min. Voeg oplossing 2,2) tot 2,4) tot een uiteindelijke molariteit van 0,25 mm te verkrijgen.
6. Op t ₂ = ₂ min. Voeg 0,1 ml van 2,1) tot 2,5). De oplossing zal blijken kleurloos.
7. Op t ₂ = ₂ min 20 sec toe te voegen 0,05 mL van 1,8) (zilver zaden) tot 2,6). Roer de suspensie gedurende 15 minuten. De opschorting zal in eerste instantie blauw en dan bruin.
8. Op t ₂ = 17 min stoppen met roeren, verwijder dan de magnet en houd de suspensie bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.

3. Scheiden van goud nanostars van CTAB voor imaging, karakterisering of experimenteren

Let op: CTAB kan kristalliseren bij kamertemperatuur. Om de kristallen te verwarmen lossen het goud colloïde tot 30 ° C of dompel de flacon in warm tap-water totdat de kristallen oplossen.

1. Sonificeer de suspensie gedurende 2 minuten.
2. Centrifugeer de schorsing gedurende 5 min bij 730 RCF. Nanostars zal zich ophopen op de wand van de buis.
3. Verwijder zoveel mogelijk van de suspensie met een pipet zorg ervoor dat u de nanostars te verwijderen.
4. Voeg DI water in de buis en ultrasone trillingen gedurende 2 minuten.
5. Centrifugeer de schorsing voor 3 min bij 460 RCF. De suspensie bevat minder CTAB, is dus lager centrifugale kracht die nodig is om de nanostars scheiden.
6. Herhaal stap 3.3) en 3.4).
7. Voeg DI water aan de suspensie en centrifugeer gedurende 3 minuten op 380 RCF.
8. Repea t stappen 3.3) en 3.4). De nanostars zijn klaar voor imaging, spectroscopie, of experimenten.

4. Representatieve resultaten:

Figuur 1 toont transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) beelden van de zilveren zaden beeld gebracht met behulp van een JEOL 2010-F TEM. De zaden hebben een sferische vorm en een gemiddelde grootte van 15 nm. Goud nanostars worden afgebeeld met behulp van een Hitachi S-5500 in de scanning elektronenmicroscoop (SEM)-modus. Figuur 2 toont toenemende vergrotingen van de nanostars gesynthetiseerd met onze methode. Stervormige deeltjes zijn ongeveer 70% van alle deeltjes in de colloïden. Niet-gevormde sterren verschijnen als amorfe clusters van decahedra en rhomboidei (niet afgebeeld). Figuur 3 toont enkele single goud nanostars. De grootte van de nanostars varieert van 200 nm tot 300 nm en het aantal tips variëren van 7 tot 10. Als de gouden nanodeeltjes gesynthetiseerd door deze methode worden achtergelaten in CTAB ze hun vorm behouden gedurende ten minste 1 maand na synthese.

e_content "> We maten de absorptie spectra van de zilveren zaden en nanostars met behulp van een Olis Cary-14 spectrofotometer. De piek absorptie van de zaden werd bij 400 nm, terwijl de piek absorptie van het nanostars was tussen 800 nm en 850 nm (figuur 4 ).

Figuur 1. Transmissie-elektronenmicroscoop beelden van zilver zaden.

Figuur 2. Scanning elektronenmicroscoop beelden van goud nanostars.

Figuur 3. Scanning elektronenmicroscoop beelden van de single goud nanostars.

Figuur 4. Genormaliseerde absorptie spectra van zilver zaden (stippellijn) en goudnanostars (vaste lijn).

Discussion

In dit werk hebben we presenteerde een methode om goud nanostars met zilver zaden te synthetiseren. We vonden dat zilver zaden resulteerde in een opbrengst van 70% productie van nanostars. De nanostars hebben een nabij infrarood absorptie piek, wat overeenkomt met het oppervlak plasmonresonantie mode, gecentreerd tussen 800 nm en 850 nm ^{7, 23.} Deze eigenschappen eigenschappen maken het mogelijk onze goud nanostars te zijn voor het gebruik van biomedische toepassingen ^24-26, zoals foto-thermische ablatie.

Een belangrijk verschil tussen de methode beschreven hier en andere methoden is het gebruik van zilver zaden in plaats van goud. Met behulp van zilver zaden resulteert in goud nanostars met een langere tips en kleinere kernen. Een directe vergelijking van het rendement producties tussen de verschillende productie-protocollen is moeilijk omdat er veel verschillende methoden van nano-colloïd synthese. Echter, in vergelijking met methodes die soortgelijke zaad-gemedieerde synthese ^27, die een rendement van 40% te maken met - 50% 16, is hun oppervlakte plasmon resonance mode verschoven naar het nabij-infrarood, waardoor ze meer geschikt zijn voor biologische toepassingen.

Er zijn een paar belangrijke punten die moeten worden gehouden tijdens de nanostar synthese. Bij de voorbereiding van het zaad-oplossing, is natrium citraat, gebruikt als een aftopping agent en natriumboorhydride wordt gebruikt als reductiemiddel. De natriumboorhydride is onstabiel zowel in geconcentreerde en verdunde oplossingen in water, dus is het belangrijk om het vers te bereiden elke keer en het gebruik binnen een uur. Daarnaast is de reactie is afhankelijk van de temperatuur dus de oplossing moet koud worden (stap 1.6). Zodra het zaad oplossing is klaar voor het belangrijk is om waterstof te ontsnappen, zo benadrukken we dat de container nietworden gesloten (stap 1.7). De groei oplossing voorbereidingsproces is het ook tijd gevoelig. Bijvoorbeeld, als verbindingen van stap 2.5) tot 2.7) worden gemengd met verschillende snelheden van de tarieven beschreven in de methode, zou de resulterende deeltjes worden kogels in plaats van sterren.

We willen graag het doel van een aantal belangrijke stappen te verduidelijken. In de groei oplossing goud wordt verminderd door de toevoeging van ascorbinezuur, die wordt gevolgd door de afzetting op de zilveren zaden. Zilvernitraat wordt gebruikt om zilverionen die een katalyserende rol spelen in de gouden nanostar groeiproces te spelen te geven. CTAB wordt verondersteld verantwoordelijk te zijn voor anisotrope groei van goud op het oppervlak van de zilveren zaden via een gericht bevestigingsmechanisme ^29, waar het goud kristallen hechten aan het zilver zaden gebonden adsorbaat moleculen. De anisotrope groei proces is traag, die wordt verondersteld te worden veroorzaakt door een thermodynamisch onevenwicht aandoening die bekend staat als de kinetisch gecontroleerde regime ^30.

31, 32. De succesvolle implementatie van deze applicaties is afhankelijk van het begrijpen van de chemische, fysische en optische eigenschappen van nano-schaal colloïden en ook op de ontwikkeling reproduceerbaar procedures om ze te synthetiseren. Er is behoefte om niet alleen de omvang maar ook de vorm van nanostructuren controle, omdat er een steeds meer aanwijzingen dat de bijzondere vorm van een nano-colloïd de interactie met biologische systemen ³³ bepaalt. Ons werk bevordert de toepassing van nanotechnologie in biomedische toepassingen door te voorzien in een methode om hoge opbrengsten van nanostars produceren met een oppervlakte plasmon resonantie in het nabije infrarood.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sodium citrate tribasic dehydrate	Sigma-Aldrich	S4641	99.0 %
Silver nitrate	Aldrich	204390	99.9999 %
Sodium borohydride	Aldrich	213462	99 %
L-Ascorbic acid	Sigma-Aldrich	255564	99+ %
Gold chloride trihydrate	Aldrich	520918	99.9+ %
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)	Sigma-Aldrich	H6269
JEOL 2010-F	JEOL		Transmission electron microscope
Hitachi S-5500	Hitachi		Used in scanning electron microscope mode
Olis Cary-14 spectrophotometer	Olis		Spectrophotometer