Waiting
Login processing...

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

Chemistry

En enkel metode for størrelsen Kontrollert Syntese av Stabile Oligomere Klynger av gull nanopartikler under omgivelses

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

Vi beskriver en enkel metode for fremstilling av meget stabile oligomere grupper av gull nanopartikler via reduksjon av chloroauric syre (HAuCl 4) med natriumtiocyanat (NaSCN). De oligoclusters har en snever størrelsesfordeling og kan fremstilles med et bredt spekter av størrelser og overflate strøk.

Abstract

Reduksjon av fortynnet vandig HAuCl 4 med natriumtiocyanat (NaSCN) under alkaliske betingelser gir 2 til 3 nm diameter nanopartikler. Stabile druelignende oligomere klynger av disse gule nanopartikler med snever størrelsesfordeling blir syntetisert under vanlige betingelser ved hjelp av to metoder. Forsinkelsen-time-metoden kontrollerer antall subenheter i oligoclusters ved å variere tiden mellom tilsetningen av HAuCl 4 til alkalisk oppløsning og den etterfølgende tilsetning av reduksjonsmiddel, NaSCN. De gule oligoclusters produsert varierer i størrelse fra ~ 3 til ~ 25 nm. Denne størrelsen kan bli ytterligere utvidet med en add-on metode å benytte hydroksylerte gull klorid (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) for å auto-katalytisk øke antall underenheter i som-syntetiserte oligocluster nanopartikler, tilveiebringe en total området fra 3 nm til 70 nm. Den rå oligocluster forberedelsene vise smal størrelsesfordeling og ikke krever pelsther fraksjonering for de fleste formål. De dannede oligoclusters kan konsentreres> 300 ganger uten aggregering og de urene reaksjonsblandingen holder seg stabile i flere uker uten videre behandling. Fordi disse oligomere klynger kan konsentreres før derivatisering de tillater kost derivatiseringsmidler som skal brukes økonomisk. I tillegg presenterer vi to modeller der spådommer om partikkelstørrelse kan gjøres med stor nøyaktighet.

Introduction

Bruken av gull nanopartikler som verktøy i både biomedisinske applikasjoner og grunnleggende forskning har vokst enormt de siste tiårene. Noen moderne nanomaterialer har blitt brukt til så mange ulike felt, finne deres bruk i alt fra solcellepaneler til fototermiske kreftbehandling; fra elektrisk til biologiske sensorer; fra kjemisk katalyse til stoffet leveringssystemer 1-7. Interessene i gull nanopartikler som verktøy i disse områdene er drevet av de unike egenskapene gull nanopartikler besitter som inkluderer spesielle strukturelle, optiske og elektroniske egenskaper 8.

Det er en økende bruk av gull nanopartikler 9,10 i biologiske og kjemiske analyser. Til tross for tilgjengeligheten av mange kilder for kjøp av gull nanopartikler, kommer de til en betydelig pris i forhold til kostnadene for i huset syntese. Den høye kostnaden av kommersielt tilgjengelige nanopartikler gjør i huset syntese dekunne være ønskelig. Vår prosedyren innebærer syntese av oligomeric nanoclusters laget av små 2-3 nm sfæriske gull subenheter. Å ha alle fordelene med klassiske gull nanopartikler, er oligomere nanoclusters foretrukne valg når det gjelder permeabilitet eller filtreringshastigheter målinger fordi deres modulære struktur ligner struktur av proteiner.

For tiden er de mest vanlige tilnærminger til den i huset syntesen av gull nanopartikler innebære reduksjon av gullklorid (HAuCl 4) under vandige betingelser 11,12. Reduksjon av HAuCl 4 med vanlige reduksjons reagenser, slik som natrium-borhydrid (NaBH4), eller natriumsitrat, muliggjør for produksjon av sfæriske nanopartikler 13. Gull nanopartikler syntetisert ved disse fremgangsmåter er begrenset i sin nyttig størrelsesområde, fordi de blir følsomme for tilstedeværelsen av salter i biologiske buffere som kjernediameter øker. En fremgangsmåte er tidligere blitt omtaltfor syntese av nanopartikler av gule 2-3 nm diameter fra reduksjonen av HAuCl 4 med natriumtiocyanat under alkaliske betingelser 14,15.

Her beskriver vi en modifikasjon av den metode som frembringer en druelignende oligocluster av de gule nanopartikler uten behov for ytterligere blokkeringsmidler. Ved ganske enkelt å variere tiden mellom tilsetningen av HAuCl 4 til alkalisk oppløsning og den etterfølgende tilsetning av reduksjonsmiddel, natriumtiocyanat, er vi i stand til å variere den resulterende størrelse av gullpartiklene fra ~ 3 nm til ~ 25 nm. For å fremstille større partikler, kan en enkel utvidelse av fremgangsmåten bli brukt til å dyrke disse oligoclusters ved tilsetning av hydroksylerte gull (HG) til den som-syntetiserte oligoclusters i nærvær av natrium-tiocyanat. Ved hjelp av disse to metodene, er vi i stand til å pålitelig produsere oligoclusters dekker et område fra ~ 3 nm til ~ 70 nm. Det faktum at denne metoden gir godt kontrollert syntese av høy kvalitet ggamle oligoclusters under benk-topp forhold med standard utstyr og et begrenset antall reagenser potensielt strekker fordelene av gull nanopartikler som et analyseverktøy til forskere med liten eller ingen kompetanse i kjemisk syntese.

Protocol

1. Utarbeidelse av reagenser

Forsiktig: Bruk alltid forsiktig når du arbeider med kjemikalier og løsninger. Følg riktige sikkerhetsrutiner og bruk hansker, briller og en frakk til alle tider. Vær oppmerksom på at nanomaterialer kan ha flere farer i forhold til deres bulk motstykke.
Merk: Alle kjemiske løsninger ble fremstilt som molal (gram mol pr kg av oppløsningsmiddel) snarere enn molar (g-mol per liter oppløsning).

  1. Utarbeidelse av gull klorid
    1. Oppløs 1 g gull (III) -klorid-trihydrat i 100 g H2O for å gi 25 mM HAuCl 4.
  2. Utarbeidelse av boraks (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O)
    1. Oppløs 3,81 g borax i 100 g H2O for å gi 0,1 molal boraks (oppvarming om nødvendig for å sikre fullstendig oppløsning).
  3. Fremstilling av natriumtiocyanat
    1. Oppløs 8,1 g natriumtiocyanat i 100 gH 2 O for å gi en molal NaSCN.
  4. Fremstilling av natriumkarbonat
    1. Oppløs 5,3 g vannfritt natriumkarbonat i 100 g H2O for å gi 0,5 molal Na 2 CO 3.
  5. Utarbeidelse av glutation
    1. Oppløs 154 mg av redusert glutation (GSH) per 1 ml 0,5 molal Na 2 CO 3 for å gi 0,5 molal GSH.

2. Syntese av gull Oligoclusters

  1. Delay-tiden Syntese av gull Oligoclusters
    1. Legg 59,5 ml H2O til en ren 125 ml Wheaton glassflaske inneholdende en rørestav. Bruk hvilken som helst flat bunn ren glassbeholder, men pass på at det er veldig rent.
    2. Legg til 7 ml 0,1 molal boraks og bringe løsningen til en sprek røre.
    3. Legg 2,8 ml ~ 25 mM HAuCl 4 under kraftig blanding og vente ønskede tidsforsinkelse (tilsetning av HAuCl 4 starter forsinkelses-tid). Forsinkelsestiden vil avgjøre størrelsen påden syntetiserte oligoclusters som vist i tabell 1.
    4. Etter ønsket forsinkelsestid, tilsett 700 mL av en molal NaSCN etter kort kraftig omrøring (1200 rpm i 30 sek).
    5. Fjern rørestav og tillate reaksjonen å gå til fullføring O / N (kan størrelsesfordelingen av oligoclusters bli ytterligere forbedret ved å tillate blandingen å omrøres kontinuerlig O / N, mens reaksjonen går til fullførelse). Når reaksjonen er fullendt den as-syntetiserte urene oligoclusters er stabile i flere uker.
  2. Add-on Vekst av Oligoclusters
    1. Kombiner 10 ml ny-syntetiserte oligoclusters til 60 ml HG. Forholdet mellom ny-syntetiserte oligoclusters til HG bestemmer størrelsen av resulterende oligoclusters, øke den relative mengde av HG produserer større oligoclusters.
    2. Legg 900 ul av en molal NaSCN i henhold til kort under kraftig omrøring (1200 rpm i 30 sek).
    3. Tillat reaksjonen å gå til fullføring O / N (størrelsesfordelingen av oligoclusterskan ytterligere forbedres ved å tillate blandingen å omrøres kontinuerlig O / N, mens reaksjonen går til fullførelse).

3. GSH Derivatisering og Konsentrasjon av Oligoclusters

  1. Legg 70 ml-syntetiserte råolje oligoclusters (eller oligoclusters fra add-on metoden) til en 70 ml 30 kDa cutoff sentrifugale filter.
  2. Spinn i 15 min ved 3000 x g. Dette konsentrerer partiklene ned til et volum på ~ 250 fil.
  3. Flip-enheten over og gjenopprette retentat ved å spinne-enheten i 3 minutter ved 500 x g. Gjenvunnet volum bør være ~ 250 mL.
  4. Mål gjenvunnet volumet med en mikropipette.
  5. Legge til et volum på 0,5 molal glutation (eller annen thiol) lik 1/9 th det gjenvunnede volum av konsentrert oligoclusters (sluttkonsentrasjon 50 mmolal GSH).
  6. Tillat derivatisering reaksjon for å sitte ved romtemperatur i 5-10 min. Derivatisering skjer raskt. Altfor lange tider kan oppløse partikler.
  7. Fortynnet Derivatsert oligoclusters inn i 50 ml Dulbeccos fosfatbufret saltvann. (Andre buffere eller H 2 O kan velges som fortynningsmiddel / vaskebuffer ved dette trinnet. Valget er vanligvis bestemt av tiltenkt anvendelse nedstrøms.)
  8. Legg alle de fortynnede derivatiserte oligoclusters til 30 kDa cutoff sentrifugale filter.
  9. Spinn sentrifugale filter i 15 minutter ved 3000 x g.
  10. Flip-enheten over og gjenopprette retentat ved å spinne-enheten i 3 minutter ved 500 x g. Gjenvunnet volum bør være ~ 250 mL. De gjenopprettede konsentrerte partikler er klar til bruk og er stabile i måneder ved 4 ° C.

4. Analyse og verifikasjon av Oligocluster Synthesis

  1. Gel elektroforese av Oligoclusters
    1. Elektroforese av råolje oligocluster forberedelse
      1. Bland-syntetiserte oligocluster preparater 2: 1 med last buffer inneholdende 60% glycerol, ~ 0,15% bromfenolblått, og 150 mmolal GSH (fra lager på 0,5 molal GSH oppløst i 0,5 molal Na 2 CO 3).
      2. Load 30 mL bort på precast polyakrylamid gradient gel (noen kDa) og kjøre med Tris-Glycine Running buffer (25 mM Tris, 192 mM glysin, ingen SDS brukes) for 26 min med konstant spenning (200 V).
    2. Elektroforese av GSH derivatized Oligoclusters
      1. Fortynn GSH-derivatisert oligocluster fremstilling 1: 3 med H2O (typisk 2 ul av GSH-oligoclusters med 6 ul H2O).
      2. Mix fortynnet GSH-derivatiserte oligoclusters 2: 1 med last buffer inneholdende 60% glycerol, ~ 0,15% bromfenolblått, og 150 mmolal natriumbikarbonat.
      3. Load 10 mL bort på precast polyakrylamid gradient gel (noen kDa) og kjøre med Tris-Glycine Running buffer (25 mM Tris, 192 mM glysin, ingen SDS brukes) for 26 min med konstant spenning (200 V).
  2. Transmisjonselektronmikroskopi (TEM)
    1. Forbereder Oligoclusters for TEM
      1. For å vaske oligoclusters fortynne 20 pl konsentrert oligoclusters med 0,5 ml H2O og last inn i et 0,5 ml 30 kDa cutoff sentrifugalfilter.
      2. Spin på 14 000 xg i 10 min.
      3. Fjerne filtrat og resuspender retentatet med en frisk 0,5 ml H2O
      4. Gjenta vask to ganger for totalt 3 vasker.
      5. Fortynn sluttretentat 500 ganger i H 2 O (oligoclusters er klare for gridding på dette punkt).
    2. slipe Oligoclusters
      1. Glow utslipp karbon-belagt rutenettet.
      2. Innskudd 0,6 mL av vasket og utvannet oligoclusters på en karbon-belagt glød utladet rutenett.
      3. Tillat grid å lufttørke i 10 min.
      4. Visualiser oligoclusters av TEM på 100,000X forstørrelse. Operere på 80 kV for bildene som vises her.

Representative Results

Syntesene av gull oligoclusters ble analysert ved gel-elektroforese (figur 1) og transmisjonselektronmikroskopi (TEM) (figur 2). Størrelsen på GSH-belagte oligoclusters kan overvåkes ved elektroforese som migrerer større partikler mindre og mørkere. I tillegg kan kvaliteten på en hvilken som helst gitt størrelse preparat sluttes ved den bredde av bandet som ses etter elektroforese (dvs. for en gitt størrelse, preparater med smalere størrelsesfordeling vil gi tettere bånd enn preparater av samme størrelse med bredere størrelsesfordeling) . Figur 2 beskriver forholdet mellom tidsforsinkelse (forsinkelse-time-metoden) eller HG: frø (add-on metoden) til oligocluster størrelse. Midlere diametere beregnet ved TEM blir brukt til å bestemme forsinkelsestiden og HG: frø avhengighet vekst av oligoclusters for forsinkelsestids og tilleggsmetoder, respektivt. Et flytskjema (figur 3) skisserte prosedyren for begge oppfylthods og en tabell (tabell 1) å tilveiebringe forutsagt parameter for å frembringe oligoclusters med den ønskede størrelse er presentert.

Figur 1
Figur 1. Polyakrylamid gradient gel elektroforese av oligoclusters dannet av Delay-tiden og tilleggsmetoder. Oligoclusters produsert av forsinkelse-tid og add-on metoder ble analysert på gradient gel elektroforese. Lanes 2-4: oligoclusters dannet etter forskjellige forsinkelsestider (45, 135, og 405 sek) mellom gjør HAuCl fire alkaliske og tillegg av NaSCN Lanes 5-8. Oligoclusters dannet av add-on metode. Frøet ble dannet av forsinkelses-tid-metoden med 405 sek forsinkelse, angitt med ↓. Varierende mengder av HG ble brukt for add-on. Forholdene mellom HG løsning (1 mm i gull) til frø-løsning (1 mm i gull) brukes for å forberede hver prøve er indicated, som 4xHG, 6xHG, 12xHG, og 24xHG. Klikk her for å laste ned denne filen.

Figur 2
Figur 2. Diameter gull oligoclusters dannet av forsinkelsestiden og add-on metoder. Oligoclusters utarbeidet av forsinkelse-tid og add-on metoder ble analysert ved TEM. A) og B) er tilpasset med tillatelse fra ref. 16, Copyright 2014 American Chemical Society. (A) Representant TEM bilder av 50 nm x 50 nm områdene nett fremstilt fra prøvene laget ved hjelp av forsinkelsen-tiden metode. Diameteren av partikler (Y-akse) og forsinkelsestidene som benyttes ved deres fremstilling (X-aksen), er angitt, både aksen er logaritmisk. Den tunge sorte linjen (R2 = 0,973) er en best mulig passform med empirisk 3-parameter ligning D forsinkelse-tid = D 0 + en (1 - e -bt D forsinkelsestiden er den midlere diameter av klynger i nm, d 0 er minimumsdiameter av klynger (~ 3,5 nm), A er den maksimale økning i kjernestørrelse forårsaket ved å forlenge tidsforsinkelsen (~ 20 nm) og b = 0,0021 sek -1. (B) Diameter på oligoclusters dannet etter forskjellige forsinkelses ganger før du legger NaSCN (forsinkelse-time-metoden) presenterte på en lineær skala. (C) diametrene til oligoclusters som dannes etter tilsetning (add-on metode) av forskjellige mengder av HG på på forhånd dannede gull frø dannet av forsinkelses-tid-metoden med 405 sek forsinkelsestiden. Som vist av den tunge svart linje, kan det være lett å se at diameteren oligoclusters dannet av add-on metoden er ligning 4 Hvor c HG og c Frø er konsentrasjonene av chloroauric syre som brukes i å gjøre løsningen av HG i add-on metode og i å gjøre oligoc lusters av forsinkelsestids fremgangsmåte, henholdsvis. Tilsvar V HG og V Frø er de tilsvarende volumer. Klikk her for å laste ned denne filen.

Figur 3
Figur 3. Wall diagram av Delay-tid og Add-on metoder for å lage gull oligoclusters i forskjellige størrelser. Flytskjema som beskriver prosedyrer for å syntetisere gull oligoclusters i forskjellige størrelser ved hjelp av enten forsinkelsestiden eller add-on metoder. Den alkaliske oppløsning av chloroauric syre er blå. HG er rød. Gullet nanopartikkel frø og oligoclusters er svart. Klikk her for å laste ned denne filen.

318px "> Delay-tiden prosedyre
Add-on prosedyre
forutsagt diameter (nm)
forsinkelse (sek) forsinkelsestid (min) forutsagt diameter (nm) målt 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
En. Tre 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 En. Tre 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 En. Tre
315 5.3 En. Tre
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

Tabell 1. Oligocluster størrelse prediksjon bordet. Forut diameter gull oligoclusters dannet ved hjelp av enten forsinkelsestiden eller add-on metoder. Forutsagt diameter for forsinkelsen-tid-metoden beregnes ved hjelp av en empirisk formel for gjennomsnittlig oligocluster diameteren D forsinkelsestids = D 0 + et (1 - e -bt), hvor D er den midlere diameter av gull oligoclusters i nm, d er 0 den minste diameter (3,5 nm), en er den maksimale økning i kjernestørrelse (20 nm), og b er 0,0021 sek -1, som vist tidligere 16. Forut diameter for add-on metoden er beregnet å ta hensyn til at nye nanopartikler ikke kan dannes fra HG, snarere er det avsatt jevnt rundt prefabrikkerte sfæriske frø, og dermed gjør dem større. Ingen annen antagelse er nødvendig. Det kan være lett å se at the diameter oligoclusters dannet av add-on metoden er ligning 6 , Hvor c HG og c Frø er konsentrasjonene av chloroauric syre som brukes ved fremstilling av oppløsning av HG i tilleggsmetode og å gjøre oligoclusters av forsinkelses-tid-metoden, respektivt. Tilsvar V HG og V Frø er de tilsvarende volumer.

Discussion

Dette manuskriptet gir en detaljert protokoll for benk topp syntese av monodisperse gull oligoclusters (figur 3). Fremgangsmåten er i stand til å produsere et bredt spekter av størrelser ved ganske enkelt å variere tiden mellom tilsetningen av HAuCl 4 til alkalisk oppløsning og den påfølgende tilsetning av reduksjonsmidlet, natriumtiocyanat. Tilsetningen av HAuCl 4 til alkalisk bufret vandig oppløsning fører til tidsavhengige hydroksylering av HAuCl 4 til hydroksylert gull (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Denne hydroksylering resulterer i mindre HAuCl 4 blir tilgjengelige, selv om hydroksylering ikke går til fullførelse som det er en likevektsreaksjon. Den kjernedannelse og dannelse av de novo gull monomerer kan bare initieres av HAuCl 4. Hydroksylerte gull er bare i stand til å legge på til eksisterende gull nanopartikler, noe som resulterer i dannelsen av gull oligoclusters; vår add-onMetoden utnytter dette 16. Oligoclusters dannet med den forsinkelses-tid-metoden kan anvendes som frø hvorpå hydroksylerte gull er avsatt, for derved å øke størrelsen på seeded oligoclusters. Utsådd vekst kan reguleres ved å variere forholdet av hydroksylerte gull (HG) g-syntetiserte oligocluster (figur 1). I begge fremgangsmåter størrelsen på partiklene lett kan forutsies ved å velge riktig tidsforsinkelse (figur 2A, B) eller ved å velge den riktige start frø og riktig forhold av tilsatt hydroksylert gull (HG) (figur 2C). Prediksjoner for de nyttige partikkelstørrelser er vist (tabell 1). Den økende størrelse av GSH-derivatiserte oligoclusters kan overvåkes ved elektroforese som migrerer større partikler mindre og synes særlig mørkere, den senere følge av det faktum at den ekstinksjonskoeffisient på gull nanopartikler øke i forhold til partikkelstørrelsen.

4 er en likevektsreaksjon og ikke går til ferdigstillelse. Den ufullstendig hydroksylering av HAuCl 4 har minimal innflytelse på add-on reaksjon når konsentrasjonen av oligocluster frø er fortsatt høy. Når konsentrasjonen av oligocluster frø er lave, slik tilfellet er ved bruk av lang forsinkelse-tid frø og høy HG: seed-forhold, kan påvirkning av unhydroxylated HAuCl 4 bli betydelig. Under disse betingelser HAuCl 4 er i stand til å nucleate syntese av nye oligoclusters, noe som resulterer i heterogene populasjoner av oligoclusters.

De som syntetiserte oligoclusters produsert av forsinkelsestiden eller add-on metode er stabile i flere uker, bare å utvikle spormengder av gull bunnfall. Selv etter å væreing konsentrert 300 ganger de oligoclusters holde seg stabil og motstå aggregering. Gullet oligoclusters som er beskrevet her har også den ekstra fordelen av å være i stand til å bli konsentrert uten forutgående derivatisering, og dermed gir dyre derivatiseringsmidler som skal brukes i mindre mengder. Etter å ha blitt derivatisert med glutation (GSH), klynger holdt seg stabil i inntil ett år. GSH-derivatisering bringer også sterk negativ ladning 13 som gjør dem motstå aggregering når de utsettes for fysiologiske buffere eller animalsk plasma, noe som gjør dem egnet for in vivo eksperimenter. Derivatisering kan oppnås med et bredt utvalg av tiolgruppe som inneholder reagenser.

Den amenability av oligoclusters til derivatisering med andre tiolholdige molekyler 17,18 gir praktisk og enkel modifisering av overflaten monolaget, og dermed kontrollere overflatekjemi og reaktiviteten av oligoclusters. Andre kjemikalier som brukes i denne protokollen can lett erstatte lignende kjemikalier uten å redusere syntese. Dette inkluderer substitusjon av boraks med andre alkaliske buffere (f.eks., Karbonat) og natriumtiocyanat for andre tiocyanatsalter (f.eks., KSCN).

Den viktigste egenskap av denne protokollen er dens enkelhet, som må vektlegges. Bare et milligram vekt skala og magnetisk røreverk er nødvendig for å produsere kommersielle kvalitet gull oligoclusters som kan anvendes for avanserte biologiske og material anvendelser. Bred anvendelse er hjulpet av det brede spekter av størrelser enn det som kan produseres og ved monodispersitet. I tillegg, i huset produksjon er lav pris.

De oligoclusters er spesielt verdifulle for studier av permeabiliteten til basalmembraner og blodbarrierer. De kan lett administreres med saltvann gjennom forskjellige ruter og sporet in vivo 19-21. Innhentet vevsprøver kan deretter undersøkt under enelektronmikroskop 16,22. Foruten permeabilitet, gir bio distribusjon verdifull farmakologisk informasjon og administrasjon av blanding av oligoclusters i forskjellige størrelser gir verdifull informasjon om størrelsesavhengig fordeling av partikler i kroppen 23-25. Til slutt, på grunn av sin unike struktur de ikke klarer å manifestere lokaliserte overflate-plasmonresonans (LSPR) kanskje noe som gjør dem til ideelle kandidater for fluorescerende merking, noe som ikke er lett oppnåelig i gull nanopartikler fordi interferens mellom LSPR og fluoroforen resulterer i nesten fullstendig slukking av fluorescensen 26 .

Acknowledgments

TK erkjenner støtte fra Slovenia Forskning Agency (ARRS, gir BI-US / 13-14-040, og J3-6803). OS erkjenner støtte fra National Institute of Health (NIH) tilskudd 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

Kjemi Gold nanopartikler Chloroauric syre Oligocluster Synthesis Derivatisering størrelsesfordeling Oligomers Grape-lignende klynger
En enkel metode for størrelsen Kontrollert Syntese av Stabile Oligomere Klynger av gull nanopartikler under omgivelses
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