Waiting
Login processing...

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

Chemistry

طريقة بسيطة لحجم تجميع الشواهد من الكتل بلازميدة قليلة القسيمات مستقرة من جزيئات الذهب في ظل الظروف المحيطة

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

نحن تصف طريقة بسيطة لإنتاج مجموعات بلازميدة قليلة القسيمات درجة عالية من الاستقرار من جزيئات الذهب عن طريق الحد من حمض chloroauric (HAuCl 4) مع ثيوسيانات الصوديوم (NaSCN). وoligoclusters يكون توزيع حجم الضيق ويمكن أن تنتج مجموعة واسعة من الأحجام والمعاطف السطح.

Abstract

الحد تمييع مائي HAuCl 4 مع ثيوسيانات الصوديوم (NaSCN) تحت ظروف قلوية تنتج 2-3 النانوية قطرها نانومتر. وقد تم تجميع مستقرة مجموعات مثل العنب بلازميدة قليلة القسيمات من هذه الجسيمات النانوية الصفراء توزيع حجم الضيق في ظل الظروف المحيطة عبر طريقتين. يتحكم في طريقة تأخير الوقت وعدد من وحدات فرعية في oligoclusters من خلال تغيير الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة من الحد من وكيل، NaSCN. وoligoclusters الأصفر تنتج تتراوح في حجمها من 3 ~ إلى ~ 25 نانومتر. هذا النطاق حجم يمكن تمديده لطريقة إضافة على الاستفادة الهيدروكسيلية كلوريد الذهب (نا + [الاتحاد الافريقي (OH 4-خ) الكلورين س] -) لصناعة السيارات في حفاز زيادة عدد وحدات فرعية في مثل توليفها-oligocluster النانوية، توفير مجموعة مجموعه 3 نانومتر إلى 70 نانومتر. الاستعدادات oligocluster الخام عرض حجم التوزيعات ضيق ولا تتطلب الفراءتجزئة ذر لمعظم الأغراض. وoligoclusters شكلت يمكن أن تتركز> 300 أضعاف دون تجميع وتبقى مخاليط رد فعل الخام مستقرة لمدة أسابيع دون مزيد من المعالجة. لأن هذه المجموعات بلازميدة قليلة القسيمات يمكن أن تتركز قبل اشتقاق أنها تسمح للعملاء derivatizing مكلفة لاستخدامها اقتصاديا. وبالإضافة إلى ذلك، فإننا نقدم نموذجين التي تنبؤات حجم الجسيمات يمكن أن تكون مصنوعة بدقة كبيرة.

Introduction

وقد تزايد استخدام جزيئات الذهب كأدوات في كل من التطبيقات الطبية الحيوية والبحوث الأساسية بشكل كبير خلال العقود القليلة الماضية. طبقت قليلة المواد النانوية الحديثة إلى العديد من المجالات المختلفة، وإيجاد استخدامها في كل شيء بدءا من الألواح الشمسية لعلاج السرطان ضوئي؛ ضوحراري. من الكهرباء إلى أجهزة الاستشعار البيولوجية؛ من الحفز الكيميائي لنظم تسليم المخدرات 1-7. والدافع وراء المصالح في جزيئات الذهب كأدوات في هذه المجالات التي خصائص فريدة من نوعها النانوية الذهبية تمتلك التي تشمل الخصائص الهيكلية البصرية والإلكترونية الخاصة 8.

هناك استخدام متزايد من الذهب النانوية 9،10 في المقايسات البيولوجية والكيميائية. على الرغم من توفر العديد من المصادر لشراء جزيئات الذهب، وأنها تأتي بسعر كبير بالمقارنة مع تكلفة في التوليف المنزل. ارتفاع تكلفة النانوية المتاحة تجاريا يجعل في بيت التوليف ديsirable. ويشمل الإجراء لدينا تركيب nanoclusters بلازميدة قليلة القسيمات التي صغيرة 2-3 مفارز الذهب كروية نانومتر. وجود جميع المزايا من جزيئات الذهب الكلاسيكية، ويفضل nanoclusters بلازميدة قليلة القسيمات خيار عندما يتعلق الأمر قياسات النفاذية أو الترشيح معدلات لأن يقلد هيكل وحدات من بنية البروتينات.

حاليا، والنهج الأكثر شيوعا لفي منزل تخليق جزيئات الذهب تنطوي على الحد من كلوريد الذهب (HAuCl 4) في ظل الظروف المائية 11،12. الحد من HAuCl 4 مع الكواشف الحد المشتركة، مثل بوروهيدريد الصوديوم (NaBH 4) أو سيترات الصوديوم، ويسمح لإنتاج الجسيمات النانوية كروية (13). تقتصر جزيئات الذهب توليفها من قبل هذه الأساليب في نطاق حجم مفيدة، لأنهم تصبح حساسة لوجود الأملاح في مخازن البيولوجية وزيادة أقطار الأساسية. وقد سبق وصفها وهناك طريقةلتوليف النانوية الصفراء 2-3 قطر نانومتر من الحد من HAuCl 4 مع ثيوسيانات الصوديوم تحت الظروف القلوية 14،15.

هنا، نحن تصف تعديل تلك الطريقة التي تنتج oligocluster مثل العنب من الجسيمات النانوية الصفراء دون الحاجة إلى وكلاء متوجا إضافية. ببساطة عن طريق متفاوتة الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة من الحد من وكيل، ثيوسيانات الصوديوم، ونحن قادرون على تنويع حجم الناتج من جزيئات الذهب من ~ 3 نانومتر إلى ~ 25 نانومتر. لإنتاج جزيئات أكبر، وهو إجراء إضافة على بسيط يمكن أن تستخدم لزراعة هذه oligoclusters بإضافة الذهب الهيدروكسيلية (HG) إلى oligoclusters كما توليفها في وجود ثيوسيانات الصوديوم. استخدام هاتين الطريقتين، ونحن قادرون على إنتاج موثوق oligoclusters تغطي مجموعة واسعة من ~ 3 نانومتر إلى ~ 70 نانومتر. حقيقة أن هذا الأسلوب يسمح التوليف تسيطر عليها بشكل جيد من جودة عالية زoligoclusters القديم تحت المقعد العلوي الظروف بمعدات قياسية وعدد محدود من الكواشف يحتمل أن تمتد فوائد النانوية الذهب كأداة بحثية للباحثين من ذوي الخبرة قليلة أو معدومة في التركيب الكيميائي.

Protocol

1. إعداد الكواشف

الحذر: دائما توخي الحذر عند التعامل مع المواد الكيميائية والحلول. اتباع ممارسات السلامة المناسبة وارتداء القفازات والنظارات ومعطف المختبر في جميع الأوقات. كن على علم أن المواد متناهية الصغر قد يكون أخطار إضافية بالمقارنة مع نظيرتها بالجملة.
ملاحظة: يتم إجراء جميع المحاليل الكيميائية كما مولالي (غرام الشامات لكل كيلوغرام من المذيبات) بدلا من الرحى (الشامات غرام لكل لتر من الحل).

  1. إعداد كلوريد الذهب
    1. حل 1 غرام من هيدرات كلوريد الذهب الثلاثي في 100 غرام من H 2 O لإعطاء 25 مم HAuCl 4.
  2. إعداد البوراكس (نا 2 B 4 O 7 · 10H 2 O)
    1. حل 3.81 غرام من البوراكس إلى 100 ​​غرام من H 2 O لإعطاء 0.1 البوراكس مولالي (الدافئ إذا لزم الأمر لضمان الحل الكامل).
  3. إعداد ثيوسيانات الصوديوم
    1. حل 8.1 غرام من ثيوسيانات الصوديوم في 100 غرام منH 2 O لإعطاء 1 مولالي NaSCN.
  4. إعداد كربونات الصوديوم
    1. حل 5.3 غرام من كربونات الصوديوم اللامائية في 100 غرام من H 2 O لإعطاء 0.5 مولالي نا 2 CO 3.
  5. إعداد الجلوتاثيون
    1. حل 154 ملغ من الجلوتاثيون المختزل (GSH) في 1 مل من 0.5 مولالي نا 2 CO 3 لإعطاء 0.5 مولالي GSH.

2. تجميع Oligoclusters الذهب

  1. توليف تأخير وقت Oligoclusters الذهب
    1. إضافة 59.5 مل من H 2 O إلى 125 مل زجاجة يتون نظيفة تحتوي على بقضيب. استخدام أي مسطحة القاع عاء زجاجي نظيف، ولكن تأكد من أنها نظيفة جدا.
    2. إضافة 7 مل من 0.1 البوراكس مولالي وتقديم حل للضجة قوية.
    3. إضافة 2.8 مل من ~ 25 ملم HAuCl 4 تحت خلط قوي والانتظار المطلوب تأخير الوقت (إضافة HAuCl 4 تبدأ في الوقت التأخير). مرات تأخير ستحدد حجموكما توليفها oligoclusters كما هو مبين في الجدول رقم 1.
    4. بعد المرجوة تأخير الوقت، إضافة 700 ميكرولتر من 1 مولالي NaSCN تحت قصيرة قوية مع التحريك (1200 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية).
    5. إزالة بقضيب والسماح للرد فعل للذهاب إلى الانتهاء O / N (توزيع حجم oligoclusters يمكن زيادة تحسين طريق السماح للخليط لإثارة باستمرار O / N في حين يذهب رد الفعل على الانتهاء). مرة واحدة قد حان رد فعل على الانتهاء من oligoclusters الخام كما توليفها-مستقرة لعدة أسابيع.
  2. إضافة على نمو Oligoclusters
    1. الجمع بين 10 مل من oligoclusters كما توليفها إلى 60 مل من الزئبق. نسبة oligoclusters كما توليفها لHG تحدد حجم الناتج oligoclusters، وزيادة كمية النسبي للHG تنتج oligoclusters أكبر.
    2. إضافة 900 ميكرولتر من 1 مولالي NaSCN تحت قصيرة قوية مع التحريك (1200 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية).
    3. السماح للتفاعل للذهاب إلى الانتهاء O / N (توزيع حجم oligoclustersيمكن تحسينها عن طريق السماح للخليط لإثارة باستمرار O / N في حين يذهب رد الفعل على الانتهاء).

3. GSH اشتقاق وتركيز Oligoclusters

  1. إضافة 70 مل من oligoclusters كما توليفها، الخام (أو oligoclusters من أسلوب الوظيفة الإضافية) لتصفية الطرد المركزي 70 مل 30 كيلو دالتون قطع.
  2. تدور لمدة 15 دقيقة في 3000 ز س. هذا وتركز الجزيئات وصولا الى حجم ~ 250 ميكرولتر.
  3. الجهاز الآخر على واستعادة retentate من خلال الدوران الجهاز لمدة 3 دقائق في 500 × ز. يجب أن يكون حجم تعافى ~ 250 ميكرولتر.
  4. انتشال قياس حجم باستخدام micropipette.
  5. إضافة حجم 0.5 الجلوتاثيون مولالي (أو غيرها من ثيول) يساوي 1/9 عشر حجم تعافى من oligoclusters تركيزا (تركيز النهائي 50 mmolal GSH).
  6. تسمح رد فعل اشتقاق للجلوس على RT لمدة 5-10 دقائق. يحدث اشتقاق بسرعة. مفرط أوقات طويلة قد تذوب الجزيئات.
  7. تمييع derivatأوتوماتيكية oligoclusters إلى 50 مل من الفوسفات مخزنة المالحة Dulbecco و. (مخازن أو H 2 O أخرى يمكن اختيارها باعتبارها منطقة عازلة مخفف / غسل في هذه الخطوة، والخيار عادة ما يتم تحديد من خلال تطبيق المصب المقصود.)
  8. إضافة كافة oligoclusters derivatized المخفف إلى 30 كيلو دالتون قطع فلتر الطرد المركزي.
  9. تدور فلتر الطرد المركزي لمدة 15 دقيقة في 3000 ز س.
  10. الجهاز الآخر على واستعادة retentate من خلال الدوران الجهاز لمدة 3 دقائق في 500 × ز. يجب أن يكون حجم تعافى ~ 250 ميكرولتر. الجسيمات تتركز تعافى جاهزة للاستخدام ومستقرة لعدة أشهر في 4 درجات مئوية.

4. التحليل والتحقق من Oligocluster التجميعي

  1. هلام الكهربائي من Oligoclusters
    1. الكهربائي من إعداد oligocluster الخام
      1. مزيج الاستعدادات oligocluster كما توليفها-2: 1 مع العازلة الحمل التي تحتوي على 60٪ الجلسرين، ~ 0.15٪ برموفينول الأزرق، و 150 GSH mmolal (من الأسهم من 0.5 مولالي GSH حل في 0.5 مولالي نا 2 CO 3).
      2. تحميل 30 ميكرولتر على الجاهزة هلام بولي أكريلاميد التدرج (أي كيلو دالتون) وتشغيل مع تريس، جليكاين عازلة الجري (25 ملي تريس، 192 ملي الجلايسين، ويستخدم أي SDS) لمدة 26 دقيقة في الجهد المستمر (200 V).
    2. الكهربائي من GSH Derivatized Oligoclusters
      1. تمييع GSH derivatized-oligocluster إعداد 1: 3 مع H 2 O (عادة 2 ميكرولتر من GSH-oligoclusters مع 6 ميكرولتر H 2 O).
      2. المخفف مزيج oligoclusters derivatized GSH-2: 1 مع العازلة الحمل التي تحتوي على 60٪ الجلسرين، ~ 0.15٪ برموفينول الأزرق، و 150 بيكربونات الصوديوم mmolal.
      3. تحميل 10 ميكرولتر على الجاهزة هلام بولي أكريلاميد التدرج (أي كيلو دالتون) وتشغيل مع تريس، جليكاين عازلة الجري (25 ملي تريس، 192 ملي الجلايسين، ويستخدم أي SDS) لمدة 26 دقيقة في الجهد المستمر (200 V).
  2. انتقال المجهر الإلكتروني (تيم)
    1. إعداد Oligoclusters لتيم
      1. لغسل oligoclusters تمييع 20 ميكرولتر من oligoclusters تركيزا مع 0.5 مل من H 2 O وتحميل في لتصفية الطرد المركزي 0.5 مل 30 كيلو دالتون قطع.
      2. تدور في 14000 x ج لمدة 10 دقيقة.
      3. إزالة الترشيح وretentate و resuspend مع 0.5 جديد مل من H 2 O.
      4. تكرار غسل مرتين ليصبح المجموع 3 يغسل.
      5. تمييع النهائي retentate 500 أضعاف في H 2 O (oligoclusters هم على استعداد لgridding عند هذه النقطة).
    2. Gridding Oligoclusters
      1. تفريغ تألقي الكربون المغلفة الشبكة.
      2. إيداع 0.6 ميكرولتر من oligoclusters غسلها والمخفف على توهج تفريغها شبكة الكربون المغلفة.
      3. تسمح الشبكة لتجف في الهواء لمدة 10 دقيقة.
      4. تصور oligoclusters بواسطة تيم في 100،000X التكبير. تعمل على 80 كيلو فولت للصور المعروضة هنا.

Representative Results

وقد تم تحليل خلاصات oligoclusters الذهب من قبل الكهربائي للهلام (الشكل 1) وانتقال المجهر الإلكتروني (تيم) (الشكل 2). يمكن رصد حجم oligoclusters المغلفة GSH من قبل الكهربائي كما الجزيئات الكبيرة تهاجر أقل، وتبدو أغمق. وبالإضافة إلى ذلك، ونوعية من أي تحضير حجم معين يمكن الاستدلال على ذلك من اتساع الفرقة ينظر بعد الكهربائي (أي لحجم معين، والأعمال التحضيرية مع حجم التوزيعات أضيق سينتج العصابات أكثر إحكاما من الاستعدادات من نفس الحجم مع حجم التوزيعات على نطاق أوسع) ويصف الشكل 2 العلاقة بين تأخير الوقت (طريقة تأخير الوقت) أو HG: البذور (طريقة إضافة) إلى oligocluster الحجم. وتستخدم بأقطار يعني تحسب تيم لتحديد تأخير الوقت وHG: نمو الاعتماد بذرة oligoclusters لتأخير الوقت وإضافة على الطرق، على التوالي. والرسم البياني (الشكل 3) تحدد الإجراء لكل من التقىيتم عرض hods والجدول (الجدول 1) توفير المعلمات يتوقع أن تنتج oligoclusters من الحجم المطلوب.

الشكل 1
الشكل 1. بولي أكريلاميد هلام التدرج الكهربائي من oligoclusters التي شكلتها لمرة وتأخير وأضف على الطرق. Oligoclusters التي تنتجها تأخير الوقت وإضافة على حللت الأساليب على الكهربائي للهلام الانحدار. الممرات 2-4: oligoclusters تشكلت بعد تأخير مرات مختلفة (45، 135، و 405 ثانية) بين جعل قلوية HAuCl 4 وإضافة NaSCN الممرات 5-8: oligoclusters التي شكلتها طريقة إضافة على. تشكلت البذور من طريقة تأخير الوقت مع 405 تأخير ثانية، أشار ↓. واستخدمت كميات متفاوتة من HG عن الإضافة. نسب حل HG (1 ملم من الذهب) البذور حل (1 ملم من الذهب) المستخدمة لإعداد كل عينة هي إنديكاتيد، كما 4xHG، 6xHG، 12xHG، و24xHG. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل 2
الشكل 2. أقطار من oligoclusters الذهب التي شكلتها لمرة وتأخير وإضافة على الطرق. Oligoclusters من تأخير وقت إعداد وإضافة على حللت الأساليب التي تيم. أ) و (ب)) يتم تكييفها مع إذن من المرجع 16، حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. (أ) جعل صور الممثل تيم من 50 نانومتر × 50 نانومتر المناطق من شبكات المحضرة من عينات باستخدام طريقة تأخير الوقت. يشار إلى قطر من الجسيمات (Y محور) والأوقات تأخير المستخدمة في إعداد (المحور X)، وكلا محور لوغاريتمي. خط أسود كثيف (R 2 = 0.973) هو الأنسب مع التجريبية 3-المعلمة المعادلة D تأخير الوقت = D 0 + من (1 - ه -bt D تأخير الوقت هو متوسط ​​قطر مجموعات في نانومتر، D 0 هو الحد الأدنى قطر من مجموعات (~ 3.5 نانومتر)؛ لذلك، يصبح الحد الأقصى للزيادة في حجم الأساسية الناجمة عن تمديد وقت التأخير (~ 20 نانومتر) وب = 0.0021 ثانية -1. (ب) أقطار من oligoclusters تشكلت بعد تأخير مرات مختلفة قبل أن يضيف NaSCN (طريقة تأخير الوقت) المعروضة على مقياس خطي. (ج) أقطار من oligoclusters تشكلت بعد إضافة (طريقة إضافة على) من كميات مختلفة من HG على البذور الذهب متشكلة التي شكلتها طريقة تأخير الوقت مع 405 ثانية تأخير الوقت. كما يتضح من خط أسود كثيف، يمكن أن ينظر إليه بسهولة أن قطر oligoclusters التي شكلتها طريقة إضافة على غير المعادلة 4 ، حيث ج HG وج البذور هي تركيزات حمض chloroauric تستخدم في صنع الحل من HG في طريقة إضافة على وفي صنع oligoc اللمعان من طريقة تأخير الوقت، على التوالي. وبالمثل V HG والخامس البذور هي الكميات المقابلة. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل (3)
الشكل 3. جدار الرسم البياني لتأخير الوقت وأضف على طرق لجعل oligoclusters الذهب من مختلف الأحجام الرسم البياني. تدفق الرسم البياني تحدد الإجراءات لتوليف oligoclusters الذهب من مختلف الأحجام باستخدام إما بدوام تأخير أو طرق الإضافة. في محلول قلوي من حمض chloroauric باللون الأزرق. وHG حمراء. الذهب بذور جسيمات متناهية الصغر وoligoclusters سوداء. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

318px "> تأخير الوقت الإجراء
إضافة على إجراء
قطر توقع (س.خ)
تأخير الوقت (ثانية) تأخير الوقت (دقيقة) قطر توقع (س.خ) قياس قطرها ± التنمية المستدامة. (س.خ) 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 63 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 15 6.9
105 1.8 7.5
120 2.0 ثمانية
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 63 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
3 م 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

الجدول 1. Oligocluster الجدول التنبؤ الحجم. أقطار توقع من oligoclusters الذهب شكلت باستخدام إما بدوام تأخير أو إضافة على الطرق. يتم احتساب قطر توقع على طريقة تأخير الوقت باستخدام الصيغة التجريبية لمتوسط ​​قطر oligocluster D تأخير الوقت = D 0 + من (1 - ه -bt)، حيث D هو متوسط ​​قطر oligoclusters الذهب في نانومتر، D 0 غير الحد الأدنى لقطر (3.5 نانومتر)، وهو الحد الأقصى للزيادة في حجم الأساسية (20 نانومتر)، وب هو 0.0021 ثانية -1، كما هو موضح سابقا (16). يتم احتساب قطر توقع للأسلوب إضافة على الأخذ بعين الاعتبار أن الجسيمات النانوية جديدة لا يمكن أن تشكل من HG، ​​بدلا من إيداعه بذور كروية بشكل موحد في جميع أنحاء متشكلة، مما يجعلها أكبر. لا الافتراض الآخر هو ضروري. ويمكن أن يرى بسهولة أن الالبريد قطر oligoclusters التي شكلتها طريقة إضافة على غير المعادلة 6 ، حيث ج HG وبذور ج هي تركيز حمض chloroauric تستخدم في صنع الحل من HG في طريقة إضافة على وفي صنع oligoclusters من طريقة تأخير الوقت، على التوالي. وبالمثل V HG والخامس البذور هي الكميات المقابلة.

Discussion

توفر هذه المخطوطة بروتوكول مفصلة لتخليق مقاعد البدلاء أعلى oligoclusters الذهب monodisperse (الشكل 3). هذه الطريقة قادرة على إنتاج مجموعة واسعة من الأحجام من مجرد اختلاف الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة للعامل مختزل، ثيوسيانات الصوديوم. إضافة HAuCl 4 إلى قلوية مخزنة النتائج الحل المائية في الهيدروكسيل يعتمد وقت HAuCl 4 إلى الذهب الهيدروكسيلية (نا + [الاتحاد الافريقي (OH 4-خ) الكلورين س] -). هذه النتائج الهيدروكسيل في أقل HAuCl 4 كونها متوفرة، على الرغم من أن الهيدروكسيل لا يذهب إلى استكمال بقدر ما هو رد فعل التوازن. التنوي وتشكيل دي نوفو أحادية الذهب لا يمكن إلا أن تبدأ من قبل HAuCl 4. الذهب الهيدروكسيلية قادر فقط إضافة إلى جزيئات الذهب الحالية، مما أدى إلى تشكيل oligoclusters الذهب. لدينا إضافة على يأخذ طريقة الاستفادة من هذا 16. Oligoclusters شكلت مع طريقة تأخير الوقت يمكن استخدام البذور التي تقوم عليها يترسب الذهب الهيدروكسيلية، وبالتالي زيادة حجم oligoclusters المصنف. يمكن السيطرة على نمو المصنف من خلال تغيير نسبة من الذهب الهيدروكسيلية (HG) مقابل كما توليفها oligocluster (الشكل 1). في كلتا الطريقتين يمكن بسهولة توقع حجم الجسيمات عن طريق اختيار الوقت المناسب للتأخير (الشكل 2A، B) أو عن طريق اختيار الحق ابتداء من البذور ونسبة حق من الذهب الهيدروكسيلية المضافة (HG) (الشكل 2C). وتعرض توقعات لأحجام الجسيمات مفيدة للغاية (الجدول 1). يمكن رصد زيادة حجم GSH oligoclusters derivatized قبل الكهربائي كما الجزيئات الكبيرة تهاجر أقل وتظهر خصوصا قتامة، وأدى في وقت لاحق من حقيقة أن معامل الانقراض من جزيئات الذهب زيادة في نسبة إلى حجم الجسيمات.

> طريقة إضافة على اثنين من القيود، وأولها وحدات التخزين رد الفعل الكبيرة المطلوبة في HG عالية: نسب البذور. والقيد الثاني لطريقة إضافة على تنبع من حقيقة المذكور أن الهيدروكسيل من HAuCl 4 هو رد فعل التوازن ولا يذهب إلى الانتهاء. والهيدروكسيل ناقصة من HAuCl 4 له تأثير ضئيل على رد فعل الإضافة عندما يبقى تركيز بذور oligocluster عالية. وعندما يكون تركيز البذور oligocluster منخفضة، كما هو الحال عند استخدام طويلة البذور وقت التأخير وارتفاع HG: نسب البذور، وتأثير HAuCl unhydroxylated 4 يمكن أن تصبح كبيرة. في ظل هذه الظروف HAuCl 4 غير قادرة على nucleate تركيب oligoclusters الجديدة، مما أدى إلى السكان غير متجانسة من oligoclusters.

وoligoclusters كما توليفها التي تنتجها تأخير الوقت أو طريقة إضافة على مستقرة لعدة أسابيع، إلا وضع كميات ضئيلة من راسب الذهب. حتى بعد أن يكونتتركز جي 300 أضعاف تبقى oligoclusters مستقرة ومقاومة التجميع. وoligoclusters الذهب هو موضح هنا أيضا فائدة إضافية تتمثل في أن تكون قادرة على أن تتركز دون اشتقاق مسبق، مما يسمح لعملاء derivatizing مكلفة لاستخدامها في حجم أصغر. بعد أن derivatized مع الجلوتاثيون (GSH)، وظلت مجموعات مستقرة حتى سنة واحدة. يوفر GSH-اشتقاق أيضا تهمة سلبي قوي 13 التي تجعلها مقاومة تجميع عند تعرضها للمخازن الفسيولوجية أو البلازما الحيوان، مما يجعلها مناسبة لإجراء التجارب في الجسم الحي. اشتقاق يمكن أن يتحقق مع مجموعة واسعة من المواد الكيميائية التي تحتوي على مجموعة ثيول.

وقابليته للoligoclusters لاشتقاق مع ثيول تحتوي على جزيئات أخرى 17،18 تسمح تعديل مريحة وسهلة للأحادي الطبقة السطحية، وبالتالي السيطرة الكيمياء السطحية والتفاعل من oligoclusters. غيرها من المواد الكيميائية المستخدمة في هذا كاليفورنيا بروتوكولن أن تكون بديلا بسهولة للمواد الكيميائية مماثلة دون المساس التوليف. ويشمل هذا الاستبدال من البوراكس مع مخازن قلوية أخرى (على سبيل المثال، كربونات) وثيوسيانات الصوديوم أملاح ثيوسيانات أخرى (على سبيل المثال، KSCN).

السمة الرئيسية لهذا البروتوكول هو بساطته، والتي يجب التأكيد عليها. مطلوب فقط مقياس الوزن مليغرام والنمام المغناطيسي لإنتاج oligoclusters جودة الذهب التجارية التي يمكن استخدامها لتطبيقات البيولوجية والمواد المتقدمة. وساعد تطبيق واسعة من قبل مجموعة واسعة من الأحجام مما يمكن أن تنتج وmonodispersity. بالإضافة إلى ذلك، في منزل إنتاج منخفضة التكلفة.

وoligoclusters هي قيمة خاصة للدراسات نفاذية الأغشية القاعدية والحواجز الدم. ويمكن تدار بسهولة مع المياه المالحة من خلال طرق مختلفة وتتبعها في الجسم الحي 19-21. عينات الأنسجة التي تم الحصول عليها يمكن فحص في وقت لاحق تحتالمجهر الالكتروني 16،22. إلى جانب النفاذية، ويوفر التوزيع الحيوي المعلومات الدوائية ذات قيمة عالية وإدارة خليط من oligoclusters من أحجام مختلفة تعطي معلومات قيمة عن توزيع يعتمد حجم الجزيئات داخل الجسم 23-25. وأخيرا، بسبب بنية فريدة من نوعها فشلوا في إظهار المترجمة الرنين مأكل السطح (LSPR) ربما يجعلها مثالية للمرشحين وضع العلامات الفلورية، والتي هي غير قابلة للتطبيق بسهولة في جزيئات الذهب بسبب التدخل بين LSPR وfluorophore النتائج في التبريد شبه كامل من مضان 26 .

Acknowledgments

TK يعترف بدعم من وكالة أبحاث سلوفينيا (ARRS، يمنح BI-الولايات المتحدة / 13-14-040، وJ3-6803). يقر نظام التشغيل بدعم من المعهد الوطني للصحة (NIH) منحة 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

الكيمياء، العدد 108، جسيمات متناهية الصغر الذهب، حمض Chloroauric، Oligocluster، التجميعي، اشتقاق، وتوزيع الحجم، الأوليغومرات، مجموعات العنب مثل
طريقة بسيطة لحجم تجميع الشواهد من الكتل بلازميدة قليلة القسيمات مستقرة من جزيئات الذهب في ظل الظروف المحيطة
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