Bioengineering

Síntese Nanostar ouro com um método de crescimento de sementes de Prata Mediated

Published: January 15, 2012 doi: 10.3791/3570

Zurab Kereselidze¹, Victor H. Romero², Xomalin G. Peralta¹, Fidel Santamaria³

¹Department of Physics and Astronomy, The University of Texas at San Antonio, ²Centro de Investigaciones en Optica A. C., ³Department of Biology and Neurosciences Institute, The University of Texas at San Antonio

Summary

Sintetizamos nanostars em forma de estrela de ouro usando um método de crescimento de sementes de prata mediada. O diâmetro do nanostars varia de 200 a 300 nm eo número de dicas variam de 7 a 10. As nanopartículas têm uma ampla ressonância de plasmons de superfície de modo centrado no infravermelho próximo.

Abstract

As propriedades físicas, químicas e óticas de nano-escala colóides dependem de seu tamanho, material, composição e forma ^1-5. Há um grande interesse no uso de nano-colóides para a foto-ablação térmica, distribuição de medicamentos e muitas outras aplicações biomédicas ^6. O ouro é usado particularmente por causa de sua baixa toxicidade ^7-9. Uma propriedade de metal nano-colóides é que eles podem ter uma superfície de forte ressonância de plasma de ^10. O pico da superfície modo de ressonância de plasma depende da estrutura e composição do metal nano-colóides. Desde que o plasma de superfície modo de ressonância é estimulado com a luz que há uma necessidade de ter a absorção de pico no infravermelho próximo, onde transmissividade tecido biológico é máxima ^{11, 12.}

Nós apresentamos um método para sintetizar ouro coloidal em forma de estrela, também conhecido como nanopartículas em forma de estrela ou ^13-15 nanostars ^16. Este método baseia-se comoOLUÇÃO contendo sementes de prata que são usadas como agente de nucleação para o crescimento anisotrópico de colóides de ouro ^17-22. Microscopia eletrônica de varredura de análise (SEM) da resultante de ouro coloidal mostrou que 70% das nanoestruturas foram nanostars. Os outros 30% das partículas foram aglomerados amorfa de decahedra e rombóides. O pico de absorção da nanostars foi detectada a ser no infravermelho próximo (840 nm). Assim, o nosso método produz nanostars ouro adequado para aplicações biomédicas, especialmente para a foto-ablação térmica.

Protocol

1. Prata preparação de sementes

Prepare uma solução estoque de nitrato de prata (AgNO _3), tendo uma massa arbitrária e misturando-o com 10 mL de água deionizada (DI). Calcular molaridade da solução. Manter a solução em um lugar escuro para isolá-lo da luz.
Adicionar 14,7 mg de citrato de sódio tribásico (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ a 10 mL de água DI para fazer uma solução 5 mM. Agitar o frasco até o pó estar dissolvido.
Adicionar 15,1 mg de borohidreto de sódio (NaBH ₄₎ para outro frasco com 10 mL de água DI para fazer uma solução 40 mM. Feche o frasco imediatamente. Agite suavemente a solução com a mão e colocá-lo num copo com gelo. Colocar o copo na geladeira e iniciar um temporizador (t1 = 0). A solução recém-feita será utilizado em 15 min que é tempo suficiente para esfriá-la.
A partir da solução estoque de nitrato de prata, 1.1), preparar 10 mL de 0,25 mM. Coloque um ímã mexendo no frasco e stmexendo art.
Adicionar 0,25 mL da solução de citrato de sódio tribásico 1.2) a 1.4).
Em t ₁ = 15 min remover a solução de borohidreto de sódio, 1,3), do frigorífico. Usando uma pipeta, recolher 0,4 mL desta solução e adicioná-la a 1,5). Nota: Adicione a solução em um único golpe rápido. A cor vai virar para amarelo. Agitar a solução por 5 min.
Em t ₁ = 20 min mexendo parar, retire o ímã do frasco e manter o frasco em um lugar escuro. Não feche o frasco.
Manter a solução no escuro à temperatura ambiente por pelo menos 2 horas antes de usar. De preferência, utilizar as sementes dentro de uma semana de preparação.

2. Preparação da solução de crescimento

Prepare 80 mM de ácido ascórbico (C ₆ H ₈ O ₆₎ pela adição de 140 mg a 10 mL de água DI.
Prepare 10 mL de uma solução concentrada de cloreto de ouro (HAuCl _4). Calcule a molaridade da solução. Manter a solution isolado da luz.
Prepare 20 ml de 50 mM de brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BRN) pela adição de 364 mg a um frasco com 20 mL de água DI. Coloque imediatamente um ímã mexendo no frasco e começar a mexer em um prato quente a 30 ° C. Depois de pó CTAB esteja completamente dissolvido ea solução torna-se transparente por sua vez desligar o aquecedor da placa, mas continue a mexer até a etapa 2.7).
Adicionar solução de 1.1) para a solução 2.3) para obter uma molaridade final de 4.9x10 mM ^-2. Iniciar um temporizador (t ₂ = 0).
Em t ₂ = 1 min adicione a solução de 2.2) para 2.4) para obter uma molaridade final de 0,25 mM.
Em t ₂ = ₂ min adicione 0,1 mL de 2,1) para 2,5). A solução ficará incolor.
Em t ₂ = ₂ min 20 seg adicionar 0,05 mL de 1,8) (sementes de prata) para 2,6). Agitar a suspensão durante 15 min. A suspensão, inicialmente, ficar azul e depois marrom.
Em t ₂ = 17 min mexendo parar, retire o magnet e manter a suspensão à temperatura ambiente por 24 horas.

3. Separar nanostars ouro de CTAB de imagem, a caracterização ou experimentação

Nota: CTAB pode cristalizar em temperatura ambiente. Para dissolver o calor cristais o ouro coloidal a 30 ° C ou mergulhe o frasco em água quente água da torneira até que os cristais se dissolvem.

Sonicate a suspensão por 2 min.
Centrifugar a suspensão por 5 min a 730 rcf. Nanostars irá acumular na parede do tubo.
Remover o máximo da suspensão com uma pipeta tomando cuidado para não remover o nanostars.
Adicione a água DI para o tubo e sonicate por 2 min.
Centrifugar a suspensão por 3 min a 460 rcf. A suspensão contém menos CTAB, portanto, menor a força centrífuga é necessário para separar o nanostars.
Repita os passos 3.3) e 3.4).
Adicione a água DI para a suspensão e centrifugar por 3 min a 380 rcf.
REPEA t passos 3.3) e 3.4). O nanostars estão prontos para imagens, espectroscopia, ou experimentação.

4. Resultados representativos:

A Figura 1 mostra eletrônica de transmissão microscópio (TEM) imagens das sementes de prata fotografada usando um JEOL 2010-F TEM. As sementes têm uma forma esférica e um tamanho médio de 15 nm. Nanostars ouro são gravadas usando um Hitachi S-5500 em microscópio eletrônico de varredura (SEM) mode. A Figura 2 mostra ampliações cada vez maior da nanostars sintetizado com o nosso método. Partículas em forma de estrela são aproximadamente 70% de todas as partículas do colóide. Não formou estrelas aparecem como cachos amorfa de decahedra e rombóides (não mostrado). A Figura 3 mostra várias nanostars único ouro. O tamanho dos intervalos nanostars de 200 nm e 300 nm eo número de dicas variam de 7 a 10. Se o ouro nanopartículas sintetizadas por este método são deixados em CTAB eles mantêm a sua forma, pelo menos, um mês após a síntese.

e_content "> Nós medimos o espectro de absorção das sementes de prata e nanostars usando um Cary-14 Olis espectrofotômetro. O pico de absorção das sementes foi de 400 nm, enquanto que o pico de absorção do nanostars foi entre 800 nm e 850 nm (Figura 4 ).

Figura 1. Eletrônica de transmissão de imagens de microscópio de sementes de prata.

Figura 2. Scanning imagens de microscopia eletrônica de nanostars ouro.

Figura 3. Scanning imagens de microscopia eletrônica de nanostars único ouro.

Figura 6
Figura 4. Espectros de absorção normalizada de sementes de prata (linha pontilhada) e ouronanostars (linha contínua).

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Discussion

Neste trabalho apresentamos um método para sintetizar nanostars ouro utilizando sementes de prata. Descobrimos que as sementes de prata resultou em um rendimento de 70% da produção nanostars. O nanostars ter um pico de absorção do infravermelho próximo, o que corresponde à sua superfície modo de ressonância plasmon, centrado entre 800 nm e 850 nm ^{7, 23.} Estas propriedades propriedades permitem nanostars nosso ouro para ser de uso para aplicações biomédicas ^24-26, tais como foto-térmica de ablação.

Uma das principais diferenças entre o método explicado aqui e outros métodos é o uso de sementes de prata em vez de ouro. Utilizando os resultados de sementes de prata em nanostars ouro com mais dicas e núcleos menores. Uma comparação directa das produções de rendimento entre os protocolos de produção diferentes é difícil, pois há muitos métodos diferentes de nano-colóides síntese. No entanto, em comparação com métodos que utilizam síntese de sementes mediada similares ^27, que atingem um rendimento de 40% - 50% 16, sua superfície plasmon modo de ressonância é deslocado para o infravermelho próximo, que torna mais adequado para aplicações biológicas.

Existem alguns pontos importantes que devem ser levados em consideração durante a síntese nanostar. Na preparação da solução semente, citrato de sódio é usado como um agente de nivelamento e borohidreto de sódio é usado como um agente redutor. O borohidreto de sódio é instável, tanto em concentrado e diluído em solução aquosa, portanto, é importante prepará-la fresca todo o tempo e usá-lo dentro de uma hora. Além disso, a reação é dependente da temperatura, portanto, a solução deve ser fria (passo 1.6). Uma vez que a solução está pronta semente é importante para permitir que o hidrogênio escapar, assim, enfatizamos que o recipiente não deveser fechado (passo 1.7). O crescimento processo de preparação solução também é sensível ao tempo. Por exemplo, se os compostos de passos 2.5) a 2.7) são misturados a taxas diferentes das taxas descritas no método, as partículas resultantes podem ser esferas em vez de estrelas.

Gostaríamos de esclarecer o propósito de alguns passos importantes. Na solução de crescimento ouro é reduzida pela adição de ácido ascórbico, que é seguido por sua deposição sobre as sementes de prata. Nitrato de prata é usado para fornecer íons de prata que desempenham um papel catalisador no processo de crescimento nanostar ouro. CTAB se acredita ser responsável pelo crescimento anisotrópico de ouro na superfície das sementes de prata através de um mecanismo de fixação orientada ²⁹ onde os cristais de ouro anexar as sementes de prata ligada por moléculas de adsorbato. O processo de crescimento anisotrópico é lento que se supõe ser causada por uma condição de desequilíbrio termodinâmico conhecido como o regime cineticamente controlada ^30.

31, 32. O sucesso da implementação destas aplicações depende do entendimento dos físicos, químicos e propriedades ópticas de nano-escala colóides e também no desenvolvimento de procedimentos reprodutíveis para sintetizá-los. Há uma necessidade de controlar não apenas o tamanho, mas também a forma de nanoestruturas porque há uma evidência crescente de que a forma particular de um nano-colóides determina a sua interação com sistemas biológicos ^33. Nosso trabalho avança o uso da nanotecnologia em aplicações biomédicas, fornecendo um método para produzir altos rendimentos de nanostars com uma ressonância de plasmons de superfície no infravermelho próximo.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation Parcerias para Pesquisa e Educação em Materiais (PREM) Grant No. DMR-0934218. Ele também foi apoiado por Número Award 2G12RR013646-11 do Centro Nacional de Pesquisa de Recursos. O conteúdo é da exclusiva responsabilidade dos autores e não representam necessariamente a posição oficial do Centro Nacional de Pesquisa de Recursos ou do National Institutes of Health.

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