Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Een eenvoudige methode voor de grootte gecontroleerde synthese van Stable oligomere Clusters van Gold Nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden

Published: February 5, 2016 doi: 10.3791/53388
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Pathology and Laboratory Medicine, University of North Carolina at Chapel Hill, 2Condensed Matter Physics Department, Laboratory of Biophysics, Jozef Stefan Institute

Summary

We beschrijven een eenvoudige werkwijze voor het produceren van zeer stabiele oligomere clusters van goud nanodeeltjes via de reductie chlorogoudzuur (HAuCl 4) met natrium thiocyanaat (NaSCN). De oligoclusters een smalle grootteverdeling en kunnen worden met uiteenlopende afmetingen en oppervlakte lagen.

Abstract

Vermindering verdunde waterige HAuCl 4 met natrium thiocyanaat (NaSCN) onder alkalische omstandigheden produceert 2-3 nanodeeltjes nm diameter. Stabiele druifachtige oligomere clusters van deze gele nanodeeltjes van nauwe grootteverdeling worden gesynthetiseerd onder omgevingsomstandigheden via twee methodes. De vertragingstijd methode bepaalt het aantal subeenheden in het oligoclusters door het variëren van de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van reductiemiddel, NaSCN. De gele oligoclusters geproduceerd variëren in grootte van ~ 3 tot ~ 25 nm. Deze omvang kan verder worden uitgebreid met een add-on methode waarbij gehydroxyleerd goud chloride (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) om auto-katalytisch toename van het aantal subeenheden in de as-gesynthetiseerde oligocluster nanodeeltjes, die een geheel van 3 nm tot 70 nm. Het ruwe oligocluster voorbereidingen tonen smalle grootte distributies en geen bont niet nodigther fractionering voor de meeste doeleinden. De oligoclusters gevormde geconcentreerd> 300 voudig zonder agglomeratie en de onzuivere reactiemengsels stabiel weken zonder verdere bewerking. Omdat deze oligomere clusters kunnen worden geconcentreerd voordat ze laten derivatisering duur derivatiserende middelen economisch te gebruiken. Bovendien presenteren we twee modellen waarmee voorspellingen van deeltjesgrootte kan worden met grote nauwkeurigheid.

Introduction

Het gebruik van goud nanodeeltjes als hulpmiddelen, zowel in biomedische toepassingen en fundamenteel onderzoek is enorm gegroeid in de afgelopen decennia. Weinig moderne nanomaterialen zijn toegepast op vele verschillende gebieden, vinden hun toepassing in alles van zonnepanelen fotothermische behandeling van kanker; van elektrische biologische sensoren; uit chemische katalyse geneesmiddelafgiftesystemen 1-7. De belangen in goud nanodeeltjes als instrumenten op deze gebieden worden gedreven door de unieke eigenschappen gouden nanodeeltjes bezitten die bijzondere structurele, optische en elektronische eigenschappen 8 bevatten.

Er is een toenemend gebruik van goud nanodeeltjes 9,10 in biologische en chemische bepalingen. Ondanks de beschikbaarheid van vele bronnen voor de aankoop van gouden nanodeeltjes, komen ze op grote prijs in vergelijking met de kosten van binnenshuis synthese. De hoge kosten van commercieel beschikbare nanodeeltjes maakt in het huis van de synthesewenste. De procedure heeft betrekking op de synthese van oligomere nanoclusters gemaakt door kleine 2-3 nm bolvormige goud subeenheden. Met alle voordelen van klassieke goud nanodeeltjes, zijn oligomere nanoclusters voorkeur wat betreft permeabiliteit of filtratiesnelheden metingen omdat hun modulaire opbouw bootst de structuur van eiwitten.

Op dit moment, de meest voorkomende benaderingen van het in huis synthese van goud nanodeeltjes omvatten de reductie van goud chloride (HAuCl 4) in aanwezigheid van water 11,12. Reductie van HAuCl 4 gemeenschappelijke reductiemiddelen, zoals natriumboorhydride (NaBH4) of natriumcitraat, maakt de productie van bolvormige nanodeeltjes 13. Goud nanodeeltjes gesynthetiseerd door deze werkwijzen zijn beperkt in hun bruikbare grootte, omdat zij gevoelig voor de aanwezigheid van zouten in biologische buffers worden naarmate de kerndiameter verhogen. Een werkwijze is eerder beschrevenvoor de synthese van gele nanodeeltjes van 2-3 nm diameter van de reductie van HAuCl 4 met natriumthiocyanaat onder alkalische omstandigheden 14,15.

We beschrijven hier een modificatie van die werkwijze waarbij een druifachtige oligocluster van de gele nanopartikels produceert zonder de noodzaak van aanvullende afsluitmiddelen. Door simpelweg de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van reductiemiddel, natriumthiocyanaat variëren, kunnen we de verkregen grootte van de gouddeeltjes variëren van ~ 3 nm tot ~ 25 nm. Grotere deeltjes te produceren, kan een eenvoudige add-on procedure gebruikt om deze oligoclusters groeien door de toevoeging van gehydroxyleerde goud (HG) de als zodanig gesynthetiseerde oligoclusters in aanwezigheid van natrium- thiocyanaat. Met behulp van deze twee methoden, zijn wij in staat om op betrouwbare wijze te produceren oligoclusters die een bereik van ~ 3 nm tot ~ 70 nm. Dat maakt deze werkwijze goed gecontroleerde synthese van hoge kwaliteit goude oligoclusters onder bank-top voorwaarden met standaard apparatuur en een beperkt aantal reagentia verlengt mogelijk de voordelen van goud nanodeeltjes als een research tool voor onderzoekers met weinig of geen ervaring in de chemische synthese.

Protocol

1. Bereiding van reagentia

Let op: Wees altijd voorzichtig bij het werken met chemicaliën en oplossingen. Volg passende veiligheidsmaatregelen praktijken en draag handschoenen, bril en een laboratoriumjas te allen tijde. Wees ervan bewust dat nanomaterialen bijkomende gevaren kunnen hebben in vergelijking met hun bulk tegenhanger.
Opmerking: Alle chemische oplossingen worden gemaakt molal (gram mol per kg oplosmiddel) dan molair (gram mol per liter oplossing).

  1. Bereiding van goudchloride
    1. Los 1 g goud (III) chloride-trihydraat in 100 g H2O geven 25 mM HAuCl 4.
  2. Bereiding van borax (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O)
    1. Ontbinden 3,81 g borax in 100 g H2O tot 0,1 molal borax geven (warm eventueel een volledig oplossen te verzekeren).
  3. Bereiding van natriumthiocyanaat
    1. Los op 8,1 g natrium thiocyanaat in 100 gH 2 O tot 1 molal NaSCN geven.
  4. Bereiding van natriumcarbonaat
    1. Los op 5,3 g watervrij natriumcarbonaat in 100 g H2O geven 0,5 molal Na 2 CO 3.
  5. Bereiding van glutathion
    1. Oplossen 154 mg gereduceerd glutathion (GSH) per 1 ml 0,5 molal Na 2 CO 3-0,5 molal GSH geven.

2. Synthese van Gold oligoclusters

  1. Delay-time Synthese van Gold oligoclusters
    1. Voeg 59,5 ml H 2 O om een schone 125 ml Wheaton glazen fles met een roerstaaf. Gebruik een vlakke bodem schone glazen container, maar zorg ervoor dat het is zeer schoon.
    2. Voeg 7 ml 0,1 molal borax en breng oplossing voor een krachtige roer.
    3. Voeg 2,8 ml van ~ 25 mM HAuCl 4 onder krachtig mengen en te wachten de gewenste vertragingstijd (toevoeging van HAuCl 4 begint de delay-tijd). Vertragingstijd zal de omvang van de te bepalende zo gesynthetiseerde oligoclusters zoals weergegeven in tabel 1.
    4. Na gewenste vertragingstijd, voeg 700 ul van 1 molal NaSCN onder korte heftig roeren (1200 tpm gedurende 30 sec).
    5. Verwijderen roerstaaf en laat de reactie te laten voltooien O / N (kan grootteverdeling van de oligoclusters verder worden verbeterd door het mengsel voortdurend roeren O / N terwijl de reactanten volledig). Zodra de reactie tot voltooiing is gekomen de als zodanig gesynthetiseerde ruwe oligoclusters stabiel weken.
  2. Add-on groei van oligoclusters
    1. Combineer 10 ml gesynthetiseerde oligoclusters tot 60 ml HG. De verhouding van as-gesynthetiseerde oligoclusters HG bepaalt de grootte van het resulterende oligoclusters, waardoor de relatieve hoeveelheid HG worden grotere oligoclusters.
    2. Voeg 900 ul van 1 molal NaSCN onder korte heftig roeren (1200 tpm gedurende 30 sec).
    3. Laat de reactie te laten voltooien O / N (grootteverdeling van de oligoclusterskan verder worden verbeterd door het mengsel voortdurend roeren O / N terwijl de reactanten volledig).

3. GSH Derivatisering en Concentratie van oligoclusters

  1. Voeg 70 ml van as-gesynthetiseerde ruwe oligoclusters (of oligoclusters van de add-on-methode) om een ​​70 ml 30 kDa cutoff centrifugaal filter.
  2. Rotatie gedurende 15 minuten bij 3000 x g. Dit concentreert de deeltjes tot een volume van ~ 250 ul.
  3. Flip apparaat over en herstellen retentaat door het draaien van het apparaat gedurende 3 minuten bij 500 x g. Herstelde volume moet ~ 250 ul zijn.
  4. Meet hersteld volume met behulp van een micropipet.
  5. Voeg een volume van 0,5 molal glutathion (of andere thiol) gelijk aan 1/9 ste de herstelde deel geconcentreerd oligoclusters (uiteindelijke concentratie 50 mmolal GSH).
  6. Laat derivatiseringsreactie te zitten bij kamertemperatuur gedurende 5-10 min. Derivatisering gebeurt snel. Te lange tijden kunnen deeltjes ontbinden.
  7. Verdun derivatized oligoclusters in 50 ml Dulbecco's fosfaatgebufferde zoutoplossing. (Andere buffers of H 2 O kan worden gekozen als het verdunningsmiddel / wasbuffer in deze stap. De keuze wordt meestal bepaald door beoogde stroomafwaartse toepassing.)
  8. Voeg alle van de verdunde gederivatiseerde oligoclusters tot 30 kDa cutoff centrifugaal filter.
  9. Draai de centrifugaal filter gedurende 15 minuten bij 3000 x g.
  10. Flip apparaat over en herstellen retentaat door het draaien van het apparaat gedurende 3 minuten bij 500 x g. Herstelde volume moet ~ 250 ul zijn. De teruggewonnen geconcentreerde deeltjes klaar zijn voor gebruik en zijn stabiel gedurende maanden bij 4 ° C.

4. Analyse en Verificatie van Oligocluster Synthesis

  1. Gel elektroforese van oligoclusters
    1. Elektroforese van ruwe oligocluster voorbereiding
      1. Meng de as-gesynthetiseerde oligocluster voorbereidingen 2: 1 met lading buffer die 60% glycerol, ~ 0,15% broomfenolblauw, en 150 mmolal GSH (uit voorraad van 0,5 molal GSH opgelost in 0,5 molal Na 2 CO 3).
      2. Load 30 pi op voorgegoten polyacrylamide gradiënt gel (eventuele kDa) en uitgevoerd met Tris-Glycine loopbuffer (25 mM Tris, 192 mM glycine, geen SDS wordt gebruikt) gedurende 26 min bij een constante spanning (200 V).
    2. Elektroforese van GSH Gederivatiseerde oligoclusters
      1. Verdun GSH-gederivatiseerd oligocluster preparaat 1: 3 met H2O (typisch 2 pl GSH-oligoclusters met 6 pl H2O).
      2. Mix verdund GSH-gederivatiseerd oligoclusters 2: 1 met lading buffer die 60% glycerol, ~ 0,15% broomfenolblauw, en 150 mmolal natriumbicarbonaat.
      3. Load 10 pi op voorgegoten polyacrylamide gradiënt gel (eventuele kDa) en uitgevoerd met Tris-Glycine loopbuffer (25 mM Tris, 192 mM glycine, geen SDS wordt gebruikt) gedurende 26 min bij een constante spanning (200 V).
  2. Transmissie Elektronen Microscopie (TEM)
    1. Het voorbereiden van oligoclusters voor TEM
      1. Te wassen oligoclusters verdunnen 20 gl geconcentreerde oligoclusters met 0,5 ml H2O en lading in een 0,5 ml 30 kDa cutoff centrifugaal filter.
      2. Spin bij 14.000 xg gedurende 10 min.
      3. Verwijderen filtraat en resuspendeer retentaat met een verse 0,5 ml H2O
      4. Herhaal het wassen tweemaal voor een totaal van 3 wassingen.
      5. Verdun uiteindelijke retentaat 500-voudig in H 2 O (oligoclusters zijn klaar voor netten in op dit punt).
    2. gridding oligoclusters
      1. Glimontlading koolstof-gecoat net.
      2. Borg 0,6 ul van gewassen en verdund oligoclusters op een koolstof beklede gloed ontladen raster.
      3. Sta rooster aan de lucht drogen gedurende 10 min.
      4. Visualiseer oligoclusters door TEM bij 100,000X vergroting. Werken bij 80 kV voor beelden hier getoond.

Representative Results

De syntheses van goud oligoclusters werden geanalyseerd met gelelektroforese (figuur 1) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) (figuur 2). De grootte van GSH-beklede oligoclusters kan worden gevolgd door elektroforese als grotere deeltjes kleiner migreren en donkerder. Bovendien kan de kwaliteit van een bepaalde grootte preparaat wordt afgeleid door de breedte van de band gezien na elektroforese (dwz een bepaalde grootte, preparaten smallere grootteverdeling wordt strakker banden dan preparaten van dezelfde grootte te produceren met bredere grootteverdelingen) . Figuur 2 beschrijft de relatie van de vertraging (delay-time methode) of HG: zaad (add-on-methode) aan oligocluster grootte. Mean diameters berekend door TEM worden gebruikt om delay-tijd en HG bepalen: zaad afhankelijkheid groei van oligoclusters voor delay-tijd en add-on methoden, respectievelijk. Een stroomschema (figuur 3) waarin de procedure gelijktijdig voldaanhods en een tabel (tabel 1) die voorspeld parameters oligoclusters van de gewenste grootte te produceren worden gepresenteerd.

Figuur 1
Figuur 1. Polyacrylamide gradient gel elektroforese van oligoclusters gevormd door de Delay-tijd en de add-on methoden. Oligoclusters geproduceerd door delay-tijd en add-on methoden werden geanalyseerd op gradient gel elektroforese. Lanen 2-4: oligoclusters gevormd na verschillende vertragingstijden (45, 135, en 405 sec) tussen het maken van de HAuCl 4 alkaline en de toevoeging van NaSCN Lanes 5-8. Oligoclusters gevormd door de add-on-methode. Zaad werd gevormd door de delay-time methode met 405 seconden vertraging aangegeven met ↓. Variërende hoeveelheden HG werden gebruikt voor add-on. De verhoudingen van HG-oplossing (1 mm goud) aan zaad-oplossing (1 mm goud) die wordt gebruikt voor het bereiden van elk monster zijn indicated, zoals 4xHG, 6xHG, 12xHG en 24xHG. Klik hier om dit bestand te downloaden.

figuur 2
Figuur 2. diameters van goud oligoclusters gevormd door de delay-tijd en de add-on methoden. Oligoclusters bereid door delay-tijd en add-on methoden werden geanalyseerd met behulp van TEM. A) en B) worden aangepast met toestemming van ref. 16, Copyright 2014 American Chemical Society. (A) Vertegenwoordiger TEM beelden van de 50 nm x 50 nm gebied van grids bereid uit monsters gemaakt met behulp van de delay-time methode. Diameter van de deeltjes (Y-as) en de vertragingstijden die bij hun bereiding (X-as) zijn aangegeven, beide assen zijn logaritmisch. De zware zwarte lijn (R 2 = 0,973) is een best fit met empirisch 3-parameter vergelijking D delay-time = D 0 + a (1 - e -bt waarbij D delay-tijd is de gemiddelde diameter van clusters in nm, D 0 is minimale diameter van clusters (~ 3.5 nm), een is de maximale stijging van de kern grootte als gevolg van de uitbreiding van de vertragingstijd (~ 20 nm) en b = 0,0021 sec -1. (B) diameters van de oligoclusters gevormd na verschillende vertragingstijden voor het toevoegen van NaSCN (delay-time methode) gepresenteerd op een lineaire schaal. (C) diameters van de oligoclusters gevormd na toevoeging (add-on-methode) van verschillende hoeveelheden HG op voorgevormde goud zaden gevormd door de delay-time methode met 405 sec vertragingstijd. Zoals blijkt uit de zware zwarte lijn, kan het gemakkelijk worden gezien dat de diameter van oligoclusters gevormd door de add-on methode vergelijking 4 , Waarbij c en c HG Zaden zijn de concentraties chlorogoudzuur gebruikt bij het ​​maken van de oplossing van HG add-on werkwijze en het maken oligoc lusters door de delay-time methode, respectievelijk. Evenzo V HG en V Zaden zijn de overeenkomstige volumes. Klik hier om dit bestand te downloaden.

figuur 3
Figuur 3. Muur diagram van Delay-tijd en Add-on methoden voor het maken van goud oligoclusters van verschillende grootte. Stroomschema waarin de procedures voor het synthetiseren goud oligoclusters van verschillende grootte met behulp van de delay-time of add-on methoden. De alkalische oplossing chlorogoudzuur is blauw. HG is rood. De gouden nanodeeltjes zaden en oligoclusters zijn zwart. Klik hier om dit bestand te downloaden.

318px "> Delay-time procedure
Add-on procedure
voorspelde diameter (nm)
vertragingstijd (sec) vertragingstijd (min) voorspelde diameter (nm) gemeten diameter ± sd (nm) 4 × HG 6 × HG 12 × HG 24 × HG 100 × HG 1000 × HG
1 0.02 3.5
2 0.03 3.6 3.1 ± 1.3 6.1 6.9 8.4 10.5 16.7 36
3 0.05 3.6
4 0.07 3.7
5 0.08 3.7 2.6 ± 1.1 6.3 7.1 8.7 10.8 17.3 37
6 0.10 3.8
7 0.12 3.8
8 0.13 3.8
9 0.15 3.9
10 0.17 3.9 6.7 7.5 9.2 11.4 18 39
11 0.18 4.0
12 0.20 4.0
13 0.22 4.0
14 0.23 4.1
15 0.25 4.1 3.3 ± 1.5 70,0 7.9 9.7 12.0 19 41
20 0.33 4.3
25 0.42 4.5
30 0.50 4.7
35 0.58 4.9
40 0.67 5.1
45 0.75 5.3 6.4 ± 2 9.1 10.1 12.5 15.5 25 53
60 1.0 5.9
75 1.3 6.4
90 1.5 6.9
105 1.8 7.5
120 2.0 8.0
135 2.3 8.4 11 ± 3 14.4 16.1 20 25 39 84
165 2.8 9.4
195 3.3 10
225 3.8 11
255 4.3 12
285 4.8 13
315 5.3 13
345 5.8 14
375 6.3 14
405 6.8 15 14 ± 5 26 29 35 44 70 150
435 7.3 15
465 7.8 16
495 8.3 16
525 8.8 17
555 9.3 17
585 9.8 18
615 10 18
900 15 20
1200 20 22 20 ± 11 37 42 51 64 102 219
1500 25 23
1800 30 23
2100 35 23
2400 40 23
2700 45 23
3000 50 23
3300 55 23
3600 60 23 25 ± 11 40 45 55 69 109 235

Tabel 1. Oligocluster grootte voorspelling tafel. Voorspelde diameters van goud oligoclusters gevormd met behulp van de delay-time of add-on methoden. Voorspelde diameter voor de inschakelvertraging methode wordt berekend met een empirische formule oligocluster gemiddelde diameter D vertragingstijd D = 0 + a (1 - e -bt), waarbij D de gemiddelde diameter van goud oligoclusters in nm, D 0 is de minimumdiameter (3,5 nm), a is bedraagt ​​de kerndiameter (20 nm), en b 0,0021 sec -1, zoals eerder 16 aangegeven. Voorspelde diameter voor de add-on-methode wordt berekend rekening houdend met dat nieuwe nanodeeltjes niet kunnen vormen van HG, maar veeleer wordt gestort gelijkmatig rond voorgevormd bolvormige zaden, waardoor ze groter. Geen andere aanname nodig. Het kan gemakkelijk worden gezien dat the diameter van oligoclusters gevormd door de add-on methode vergelijking 6 , Waarbij c en c HG Zaden zijn de concentraties chlorogoudzuur gebruikt bij het ​​maken van de oplossing van HG add-on werkwijze en het maken oligoclusters de vertragingstijd methode, respectievelijk. Evenzo HG V en V Zaden zijn de overeenkomstige volumes.

Discussion

Dit manuscript geeft een gedetailleerd protocol voor bench top synthese van monodisperse goud oligoclusters (figuur 3). De werkwijze is in staat een breed scala aan afmetingen door eenvoudig de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van het reductiemiddel, natriumthiocyanaat variëren. De toevoeging van HAuCl 4 alkalische gebufferde waterige oplossing resulteert in tijdsafhankelijke hydroxylering van HAuCl 4 tot gehydroxyleerde goud (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Dit hydroxylering resulteert in minder HAuCl 4 beschikbaar zijn, hoewel de hydroxylering niet worden voltooid omdat het een evenwichtsreactie. De kiemvorming en de vorming van de novo goud monomeren kan alleen worden geïnitieerd door HAuCl 4. Gehydroxyleerde goud alleen kan toevoegen aan een bestaande gouden nanodeeltjes, waardoor de vorming van goud oligoclusters; onze add-onmethode maakt gebruik van deze 16. Oligoclusters gevormd met de vertragingstijd methode kan worden gebruikt als zaad waarop gehydroxyleerde goud wordt neergeslagen, waardoor de grootte van geënt oligoclusters verhogen. Geënt groei kan worden geregeld door variëren van de verhouding van gehydroxyleerde goud (HG) vs. gesynthetiseerde oligocluster (figuur 1). In beide methoden de grootte van de deeltjes gemakkelijk kan worden voorspeld door het kiezen van de juiste tijd vertraging (Figuur 2A, B) of door het kiezen van de juiste start zaden en de juiste verhouding van toegevoegde gehydroxyleerd goud (HG) (figuur 2C). Voorspellingen voor nuttigste deeltjesgrootten zijn weergegeven (tabel 1). Het toenemend GSH gederivatiseerd oligoclusters kan worden gevolgd door elektroforese als grotere deeltjes kleiner migreren en lijken vooral donkerder de later als gevolg van het feit dat de extinctiecoëfficiënt van goud nanodeeltjes stijgen evenredig met de deeltjesgrootte.

4 is een evenwichtsreactie en gaat niet naar de voltooiing. De incomplete hydroxylering van HAuCl 4 heeft een minimale invloed op de add-on reactie wanneer de concentratie van oligocluster zaden hoog blijft. Wanneer de concentratie van oligocluster zaden zijn laag, zoals het geval is bij lange vertragingstijd zaad en hoge HG: zaad verhoudingen, kan de invloed van unhydroxylated HAuCl 4 significant. Onder deze omstandigheden HAuCl 4 in staat is de synthese van nieuwe oligoclusters kernvorming, resulteert in heterogene populaties van oligoclusters.

De as-gesynthetiseerde oligoclusters geproduceerd door delay-time of add-on methode stabiel wekenlang, maar het ontwikkelen van sporen van goud neerslag. Zelfs na zijning geconcentreerd 300 maal de oligoclusters blijven stabiel en weerstaan ​​aggregatie. Het goud oligoclusters hier beschreven ook het extra voordeel te kunnen concentreren zonder voorafgaande derivatisering, waardoor dure derivatiserende middelen voor gebruik in kleinere hoeveelheden. Na te zijn gederivatiseerd met glutathion (GSH), clusters bleven stabiel tot een jaar. GSH-derivatisatie verschaft ook sterke negatieve lading 13 waardoor ze weerstaan ​​aggregatie bij blootstelling aan fysiologische buffers of dierlijk plasma, waardoor ze geschikt zijn voor in vivo experimenten. Derivatisering kan worden bereikt met allerlei thiolgroep bevattende reagentia.

De ontvankelijkheid van het oligoclusters om derivatisering met andere thiol bevattende moleculen 17,18 maakt handig en gemakkelijk modificatie van het oppervlak monolaag, waardoor de controle op het oppervlak chemie en reactiviteit van oligoclusters. Andere chemicaliën die worden gebruikt in dit protocol can gemakkelijk gesubstitueerd worden voor soortgelijke chemicaliën zonder afbreuk synthese. Dit omvat de substitutie van borax andere alkalische buffers (bijv. Carbonaat) en natrium thiocyanaat andere thiocyanaatzouten (bijv., KSCN).

Het belangrijkste kenmerk van dit protocol is de eenvoud, dat moet worden benadrukt. Slechts milligram weegschaal en magnetische roerder moet handelskwaliteit goud oligoclusters die kunnen worden gebruikt voor geavanceerde biologisch materiaal en toepassingen. Brede toepasbaarheid wordt bevorderd door de brede waaier van grootte dan kan worden geproduceerd en monodispersiteit. Bovendien, in het huis van de productie is lage kosten.

De oligoclusters zijn bijzonder waardevol voor studies van permeabiliteit van basale membranen en barrières bloed. Ze kunnen gemakkelijk worden toegediend met een zoutoplossing door middel van verschillende routes en bijgehouden in vivo 19-21. Verkregen weefselmonsters kan vervolgens worden onderzocht in het kader van eenelektronenmicroscoop 16,22. Naast permeabiliteit, biologische verdeling waardevolle farmacologische informatie en de toediening van een mengsel van oligoclusters van verschillende grootte geeft waardevolle informatie over grootteafhankelijke verdeling van deeltjes in het lichaam 23-25. Tenslotte vanwege hun unieke structuur ze niet manifesteren gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie (LSPR) mogelijk waardoor ze ideale kandidaten voor fluorescentielabelling, die niet gemakkelijk realiseerbaar goud nanodeeltjes omdat interferentie tussen de LSPR en fluorofoor resulteert in bijna volledige uitdoving van fluorescentie 26 .

Acknowledgments

TK erkent steun van de Slovenië Research Agency (ARRS, geeft BI-US / 13-14-040 en J3-6803). OS erkent steun van National Institute of Health (NIH) subsidie ​​RO1HL49277.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
125 ml Wheaton glass bottles Fisher Scientific SC-06-404F
Borax (Na2B4O7·10H2O) Fisher Scientific S25537
Gold(III) Chloride trihydrate Sigma Aldrich G4022
Sodium thiocyanate Sigma Aldrich 251410
Sodium carbonate Sigma Aldrich S7795
Glutathione Sigma Aldrich G4251
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) Corning 21-031-CV
Centricon Plus - 70 Millipore UCF703008
Sodium bicarbonate Sigma Aldrich S6014
CF200-Cu Carbon film on 200 mesh copper grids  Electron Microscopy Sciences 71150
10x Tris/Glycine buffer Bio-Rad 161-0734
Any kD Mini-PROTEAN TGX Gel Bio-Rad 456-9033

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Ther. Deliv. 3 (4), 457-478 (2012).
  2. Huang, X., Jain, P., El-Sayed, I., El-Sayed, M. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles. Lasers Med. Sci. 23 (3), 217-228 (2008).
  3. Notarianni, M., et al. Plasmonic effect of gold nanoparticles in organic solar cells. Sol. Energy. 106, 23-37 (2013).
  4. Jain, P. K., Huang, X., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Noble Metals on the Nanoscale: Optical and Photothermal Properties and Some Applications in Imaging, Sensing, Biology, and Medicine. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1578-1586 (2008).
  5. Huang, X., El-Sayed, M. A. Gold nanoparticles: Optical properties and implementations in cancer diagnosis and photothermal therapy. J. Adv. Res. 1 (1), 13-28 (2010).
  6. Cioffi, N., et al. Electrosynthesis and characterization of gold nanoparticles for electronic capacitance sensing of pollutants. Electrochim. Acta. 56 (10), 3713-3720 (2011).
  7. Mikami, Y., Dhakshinamoorthy, A., Alvaro, M., Garcia, H. Catalytic activity of unsupported gold nanoparticles. Catal. Sci. Tech. 3 (1), 58-69 (2012).
  8. González, A. L., Noguez, C., Barnard, A. S. Map of the Structural and Optical Properties of Gold Nanoparticles at Thermal Equilibrium. J. Phys. Chem. C. 116 (26), 14170-14175 (2012).
  9. Neeley, A., et al. Selective Detection of Chemical and Biological Toxins Using Gold-Nanoparticle-Based Two-Photon Scattering Assay. IEEE Trans. Nanotechnol. 10 (1), 26-34 (2011).
  10. An, H., Jin, B. Prospects of nanoparticle-DNA binding and its implications in medical biotechnology. Biotechnol. Adv. 30 (6), 1721-1732 (2012).
  11. Wang, S., Qian, K., Bi, X., Huang, W. Influence of Speciation of Aqueous HAuCl4 on the Synthesis, Structure, and Property of Au Colloids. J. Phys. Chem. C. 113 (16), 6505-6510 (2009).
  12. Britton, H. T. S., Dodd, E. N. Electrometric studies of the precipitation of hydroxides. Part V. Tervalent gold chloride solutions. J. Chem. Soc. , 2464-2467 (1932).
  13. Schaaff, T. G., Knight, G., Shafigullin, M. N., Borkman, R. F., Whetten, R. L. Isolation and Selected Properties of a 10.4 kDa Gold:Glutathione Cluster Compound. J. Phys. Chem. B. 102 (52), 10643-10646 (1998).
  14. Baschong, W., Lucocq, J. M., Roth, J. Thiocyanate gold: Small (2-3 nm) Colloidal Gold for Affinity Cytochemical Labeling in Electron Microscopy. Histochemistry. 83 (5), 409-411 (1985).
  15. De Brouckère, L., Casimir, J. Préparation d'hydrosols d'or homéodisperses très stables. Bull. Soc. Chim. Belg. 57 (10-12), 517-524 (1948).
  16. Smithies, O., et al. Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles: Preparation, Size Distribution, Derivatization, and Physical and Biological Properties. Langmuir. 30 (44), 13394-13404 (2014).
  17. Bartz, M., et al. Monothiols derived from glycols as agents for stabilizing gold colloids in water: synthesis, self-assembly and use as crystallization templates. J. Mater. Chem. 9 (5), 1121-1125 (1999).
  18. Hainfeld, J. F., Slatkin, D. N., Focella, T. M., Smilowitz, H. M. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. Br. J. Radiol. 79 (939), 248-253 (2006).
  19. Nam, S. Y., Ricles, L. M., Suggs, L. J., Emelianov, S. Y. Ultrasound and Photoacoustic Monitoring of Mesenchymal Stem Cells Labeled with Gold Nanotracers. PLoS One. 7 (5), (2013).
  20. Jokerst, J. V., Thangaraj, M., Kempen, P. J., Sinclair, R., Gambhir, S. S. Photoacoustic Imaging of Mesenchymal Stem Cells in Living Mice via Silica-Coated Gold Nanorods. ACS Nano. 6 (7), 5920-5930 (2013).
  21. Astolfo, A., et al. In vivo visualization of gold-loaded cells in mice using x-ray computed tomography. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 9 (2), 284-292 (2013).
  22. Menk, R. H., et al. Gold nanoparticle labeling of cells is a sensitive method to investigate cell distribution and migration in animal models of human disease. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 7 (5), 647-654 (2011).
  23. Kumar, A., Zhang, X., Liang, X. J. Gold nanoparticles: Emerging paradigm for targeted drug delivery system. Biotechnol. Adv. 31 (5), 593-606 (2013).
  24. Paciotti, G. F., et al. Colloidal Gold: A Novel Nanoparticle Vector for Tumor Directed Drug Delivery. Drug Deliv. 11 (3), 169-183 (2004).
  25. Khlebtsov, N., Dykman, L. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: a review of in vitro and in vivo studies. Chem. Soc. Rev. 40 (3), 1647-1671 (2011).
  26. Nerambourg, N., Werts, M. H., Charlot, M., Blanchard-Desce, M. Quenching of Molecular Fluorescence on the Surface of Monolayer-Protected Gold Nanoparticles Investigated Using Place Exchange Equilibria. Langmuir. 23 (10), 5563-5570 (2007).

Tags

Chemie Gold nanodeeltjes Chloorgoudzuur Oligocluster Synthesis Derivatisering grootteverdeling oligomeren trosjes
Een eenvoudige methode voor de grootte gecontroleerde synthese van Stable oligomere Clusters van Gold Nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lawrence, M., Testen, A., Koklic,… More

Lawrence, M., Testen, A., Koklic, T., Smithies, O. A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions. J. Vis. Exp. (108), e53388, doi:10.3791/53388 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter