Waiting
Login processing...

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

Chemistry

שיטה פשוטה עבור סינתזת מבוקרת הגודל של אשכולות Oligomeric היציבים של זהב חלקיקים בתנאי סביבה

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

אנו מתארים שיטה פשוטה להפקת אשכולות oligomeric מאוד יציבים של חלקיקי זהב באמצעות הפחתת חומצת chloroauric (HAuCl 4) עם thiocyanate נתרן (NaSCN). Oligoclusters יש התפלגות גודל צרה יכול להיות מיוצר עם מגוון רחב של גדלים ומעיילי שטח.

Abstract

צמצום לדלל מימית HAuCl 4 עם thiocyanate נתרן (NaSCN) בתנאים אלקליין מייצרת 2 עד 3 חלקיקים ננומטר בקוטר. ענבים דמויים אורוות אשכולות oligomeric של חלקיקים צהובים האלה התפלגות גודל צרה מסונתזים בתנאי סביבה באמצעות שתי שיטות. שיטת עיכוב בזמן קובעת את המספר של יחידות משנה של oligoclusters ידי שינוי זמן בין התוספת של HAuCl 4 עד פתרון בסיסי והוספת הבאות של צמצום הסוכן, NaSCN. Oligoclusters הצהוב היוצר בגודל שנע בין ~ 3 ~ 25 ננומטר. טווח הגודל זה יכול להיות עוד מורחבת שיטת הרחבה כלורי זהב hydroxylated (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) אוטומטית קטליטית להגדיל את מספר יחידות משנה ב-מסונתז כמו oligocluster חלקיקים, במתן מגוון כולל של 3 ננומטר ל -70 ננומטר. הכנות oligocluster הגולמי להציג הפצות גודל צר ואינה דורשים פרווהחלוקת יס לרוב מטרות. Oligoclusters נוצר יכול להיות מרוכז> 300 לקפל ללא צבירה ואת תערובות התגובה גולמיות להישאר יציבה במשך שבועות ללא עיבוד נוספת. בגלל אשכולות oligomeric אלה יכולים להיות מרוכזים לפני derivatization הם מאפשרים סוכני derivatizing יקרים לשמש כלכלית. בנוסף, אנו מציגים שני דגמים שבאמצעותם תחזיות של גודל חלקיקים יכולות להתבצע בדייקנות רבה.

Introduction

השימוש בננו-חלקיקי זהב ככלים בשני יישומים ביו ומחקר בסיסיים גדל מאוד בעשורים האחרונים. ננו המודרני מעטים הוחלו בתחומים מגוונים כל כך הרבה, למצוא את השימוש בהם בכל דבר, החל פאנלים סולאריים לטיפול בסרטן photothermal; מן החשמל חיישנים ביולוגיים; קטליזה כימיה מערכות הזרקת 1-7. האינטרסים ב חלקיקי זהב ככלים באזורים אלה מונעים על ידי המאפיינים הייחודיים חלקיקי זהב להחזיק הכוללים תכונות מבניות, אופטיות מיוחדות ואלקטרוניקה 8.

ישנו שימוש גובר של זהב חלקיקי 9,10 מבחנים ביולוגיים וכימיים. למרות הזמינות של מקורות רבים לרכישת חלקיקי זהב, הם באים במחיר ניכר בהשוואה לעלות של בסינתזה הבית. העלות הגבוהה של חלקיקים זמינים המסחרי עושה דה סינתזת הביתsirable. ההליך שלנו כוללים סינתזה של nanoclusters oligomeric שנעשה על ידי קטנה 2-3 יחידות משנת זהב כדוריות ננומטר. לאחר כל יתרונות של ננו-חלקיקי זהב הקלסיים, nanoclusters oligomeric עדיף בחירה כשמדוברת מדידות שיעורי חדירות או סינון כי מחק המבנה מודולרי שלהם המבנה של חלבונים.

נכון לעכשיו, הגישות הנפוצות ביותר לסינתזה בבית של חלקיקי זהב כרוכות ההפחתה של כלוריד זהב (HAuCl 4) בתנאים מימיים 11,12. הפחתת HAuCl 4 עם ריאגנטים צמצום נפוצים, כגון borohydride נתרן (NaBH 4) או נתרן ציטרט, מאפשרת לייצור חלקיקים כדוריים 13. חלקיקי זהב מסונתזים על ידי שיטות אלה מוגבלים בטווח גודל השימושי שלהם, כי הם הופכים להיות רגישים לנוכחות של מלחים מאגרים ביולוגיים כמו להגדיל בקטרי הליבה שלהם. שיטה תוארה בעברלסינתזה של חלקיקים צהובים בקוטר 2-3 ננומטר מהפחתת HAuCl 4 עם thiocyanate נתרן בתנאי אלקליין 14,15.

כאן אנו מתארים שינוי של השיטה מייצר oligocluster ענבים דמויים של החלקיקים הצהובים ללא צורך סוכני מכסה נוספים. פשוט על ידי שינוי זמן בין תוספת של HAuCl 4 עד פתרון בסיסי והוספת הבאות של צמצום סוכן, thiocyanate נתרן, אנו מסוגלים לשנות את גודל וכתוצאה מכך של חלקיקי זהב מ ~ 3 ננומטר ~ 25 ננומטר. כדי לייצר חלקיקים גדולים יותר, הליך ההרחבה פשוט יכול לשמש כדי לגדול oligoclusters אלה על ידי תוספת של זהב hydroxylated (HG) אל oligoclusters כמו-מסונתז בנוכחות thiocyanate נתרן. באמצעות שתי שיטות אלה, אנו מסוגלים לייצר oligoclusters מהימן המכסים מגוון מ ~ 3 ננומטר ~ 70 ננומטר. העובדה כי שיטה זו מאפשרת סינתזה מבוקרת היטב של גרם באיכות גבוההoligoclusters ישן בתנאי ספסל עליון עם ציוד סטנדרטי ומספר המצומצם של ריאגנטים פוטנציאליים מרחיב את היתרונות של ננו-חלקיקי זהב ככלי מחקר לחוקרים עם מומחיות מעט או ללא בסינתזה כימית.

Protocol

1. הכנת ריאגנטים

זהירות: עליך לנקוט זהירות כאשר עובדים עם חומרים כימיים ופתרונות. בצע נהלי בטיחות מתאימים ללבוש כפפות, משקפים וחלוק מעבדה בכל עת. שים לב כי ננו יכול להיות מפגעים נוספים לעומת עמיתו נפחם.
הערה: כל תמיסות כימיות נעשות כמו molal (גרם שומות לק"ג של ממס) ולא טוחנת (שומות גרם לליטר פתרון).

  1. הכנת כלוריד זהב
    1. ממיסים 1 גרם של זהב (III) הידראט הכלוריד 100 גרם של H 2 O לתת 25 מ"מ HAuCl 4.
  2. הכנת בורקס (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O)
    1. ממיסים 3.81 גרם של בורקס לתוך 100 גרם של H 2 O לתת 0.1 בורקס molal (חם במידת הצורך על מנת להבטיח פתרון מלא).
  3. הכנת thiocyanate נתרן
    1. ממיסים 8.1 גרם של thiocyanate נתרן 100 גרםH 2 O לתת 1 NaSCN molal.
  4. הכנת סודיום קרבונט
    1. ממיסים 5.3 גרם של סודיום קרבונט נטול מים ב 100 גרם של H 2 O לתת 0.5 molal Na 2 CO 3.
  5. הכנת גלוטתיון
    1. ממיסים 154 מ"ג גלוטתיון מופחת (GSH) לכל 1 מ"ל של 0.5 molal 3 Na 2 CO לתת 0.5 molal GSH.

2. סינתזה של זהב Oligoclusters

  1. סינתזה עיכוב בזמן של זהב Oligoclusters
    1. הוסף 59.5 מ"ל של H 2 O בקבוק זכוכית נקי 125 מ"ל ויטון המכיל בר ומערבבים. השתמש בכל מכל זכוכית שטוח תחתונה נקיה, אבל להבטיח שזה מאוד נקי.
    2. הוסף 7 מ"ל של 0.1 molal בורקס ולהביא פתרון ומערבבים נמרצות.
    3. להוסיף 2.8 מ"ל של ~ 25 מ"מ HAuCl 4 תחת ערבוב נמרץ ולחכות זמן ההשהיה הרצוי (תוספת של HAuCl 4 מתחיל את זמן ההשהיה). פעמי עיכוב תקבענה את הגודלאת הסצנה מסונתז oligoclusters כפי שמוצג בטבלה 1.
    4. לאחר הרצוי זמן ההשהיה, להוסיף 700 μl של 1 molal NaSCN תחת בחישה נמרצת קצר (1,200 סל"ד למשך 30 שניות).
    5. סר בר ומערבב ולאפשר התגובה ללכת השלמת O / N (התפלגות הגודל של oligoclusters ניתן לשפר עוד יותר בכך שהוא מאפשר תערובת ומערבבי O / N ברציפות ואילו התגובה הולכת השלמה). לאחר התגובה הגיעה לכל אורך תהליך אחרי oligoclusters הגולמי כמו-המסונתז יציב במשך שבועות.
  2. Add-on צמיחה של Oligoclusters
    1. שלב 10 מ"ל של oligoclusters כמו-מסונתז עד 60 מ"ל של HG. יחס oligoclusters כמו-מסונתז HG קובע את הגודל של oligoclusters וכתוצאה מכך, הגדלת הכמות היחסית של HG מייצרת oligoclusters גדול.
    2. להוסיף 900 ​​μl של 1 molal NaSCN תחת בחישה נמרצת קצר (1,200 סל"ד למשך 30 שניות).
    3. אפשר התגובה ללכת השלמת O / N (התפלגות גודל של oligoclustersניתן לשפר עוד יותר בכך שהוא מאפשר תערובת ומערבבי O / N ברציפות ואילו התגובה הולכת השלמה).

3. GSH derivatization וריכוז Oligoclusters

  1. להוסיף 70 מ"ל של oligoclusters גולמי כמו-מסונתז (או oligoclusters משיטת ההרחבה) מסנן צנטריפוגלי גזורים 70 מ"ל 30 kDa.
  2. ספין במשך 15 דקות ב g x 3,000. זו מרכזת את חלקיקי עד נפח של μl ~ 250.
  3. התקן לוח מחיק ולשחזר retentate ידי ספינינג מכשיר 3 דקות ב g 500 x. נפח התאושש צריך להיות ~ 250 μl.
  4. מדוד התאושש נפח באמצעות micropipette.
  5. הוספת נפח של 0.5 גלוטתיון molal (או תיאול אחר) שווה 1/9 ה הנפח התאושש של oligoclusters המרוכז (הריכוז הסופי 50 mmolal GSH).
  6. אפשר תגובת derivatization לשבת ב RT למשך 5-10 דקות. Derivatization מתרחשת במהירות. מדי פעמים לאורך תקופה ארוכה עלול לפזר חלקיקים.
  7. לדלל derivatized oligoclusters לתוך 50 מ"ל של בופר פוספט של Dulbecco. (מאגרים אחרים או H 2 O יכול להיבחר למאגר diluent / לשטוף בשלב זה. הבחירה נקבעת בדרך כלל על ידי יישום במורד הזרם המיועד.)
  8. הוסף את כל oligoclusters derivatized מדולל ל 30 מסנן צנטריפוגלי kDa החתך.
  9. ספין מסנן צנטריפוגלי במשך 15 דקות ב 3000 x ז.
  10. התקן לוח מחיק ולשחזר retentate ידי ספינינג מכשיר 3 דקות ב g 500 x. נפח התאושש צריך להיות ~ 250 μl. החלקיקים המרוכזים התאוששו מוכנים לשימוש יציבים במשך חודשים על 4 מעלות צלזיוס.

ניתוח 4. ואימות של Oligocluster סינתזה

  1. ג'ל אלקטרופורזה של Oligoclusters
    1. אלקטרופורזה של הכנת oligocluster הגולמית
      1. מערבבים את ההכנות oligocluster כמו-מסונתז 2: 1 עם חיץ עומס המכיל 60% גליצרול, ~ 0.15% bromophenol כחול, ו -150 mmolal GSH (ממלאי של 0.5 molal GSH מומס 0.5 Na 2 CO molal 3).
      2. טען 30 μl על ג'ל שיפוע polyacrylamide טרומיים (כל KDA) ולהפעיל עם חיץ ריצה טריס-גליצין (25 מ"מ טריס, 192 גליצין מ"מ; לא SDS משמש) במשך 26 דקות ב מתח קבוע (200 V).
    2. אלקטרופורזה של GSH derivatized Oligoclusters
      1. לדלל GSH-derivatized oligocluster הכנה 1: 3 עם H 2 O (בדרך כלל 2 μl של GSH-oligoclusters עם 6 μl H 2 O).
      2. מערבבים בדילול GSH-derivatized oligoclusters 2: 1 עם חיץ עומס המכיל 60% גליצרול, ~ 0.15% bromophenol כחול, ו -150 סודיום ביקרבונט mmolal.
      3. טען 10 μl על ג'ל שיפוע polyacrylamide טרומיים (כל KDA) ולהפעיל עם חיץ ריצה טריס-גליצין (25 מ"מ טריס, 192 גליצין מ"מ; לא SDS משמש) במשך 26 דקות ב מתח קבוע (200 V).
  2. מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים (TEM)
    1. Oligoclusters הכנות לקראת TEM
      1. כדי לשטוף oligoclusters לדלל 20 μl של oligoclusters מרוכז עם 0.5 מ"ל של H 2 O ו עומס לתוך מסנן צנטריפוגלי הפסקת 0.5 מ"ל 30 kDa.
      2. ספין על 14,000 XG במשך 10 דקות.
      3. הסר תסנין ו resuspend retentate עם טרי 0.5 מ"ל של H 2 O.
      4. חזור כביסה פעמיים עבור סכום כולל של 3 שוטף.
      5. לדלל retentate 500 לקפל סופי ב H 2 O (oligoclusters מוכן gridding בשלב זה).
    2. gridding Oligoclusters
      1. הפרשות זוהרות פחמן מצופה רשת.
      2. פיקדון 0.6 μl של oligoclusters שטף ומדולל על גבי רשת משוחררת זוהרת מצופה פחמן.
      3. אפשר לרשת אוויר יבש למשך 10 דקות.
      4. דמיינו oligoclusters ידי TEM בהגדלה 100,000X. לפעול 80 קילו וולט עבור מהתמונות המוצגות כאן.

Representative Results

סינתזות של oligoclusters זהב נותחו על ידי ג'ל אלקטרופורזה (איור 1) וכן במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) (איור 2). גודלו של oligoclusters מצופה GSH ניתן לנטר באמצעות אלקטרופורזה כמו חלקיקים גדולים יותר להעביר פחות ומופיעים כהה. בנוסף, את האיכות של כל הכנה בגודל נתונה ניתן להסקת הרוחב של הלהקה ראה לאחר אלקטרופורזה (כלומר, עבור בגודל נתון, הכנות עם הפצות גודל צרות תפקנה להקות הדוקות יותר מאשר הכנות באותו גודל עם הפצות גודל רחבות יותר) . איור 2 מתאר את מערכת היחסים של השהיית זמן (עיכוב בזמן) שיטה או HG: זרע (add-on) שיטה oligocluster גודל. בקטרי Mean מחושבים על ידי TEM משמשים כדי לקבוע עיכוב-זמן HG: צמיחת תלות זרע oligoclusters עבור בזמן עיכוב תוספת על שיטות, בהתאמה. תרשים זרימה (איור 3) מתאר את הליך הן נפגשוhods ושולחן (טבלה 1) מתן פרמטרים צפויים לייצר oligoclusters בגודל רצוי מוצגים.

איור 1
איור 1. polyacrylamide שיפוע ג'ל אלקטרופורזה של oligoclusters נוצר על ידי עיכוב-זמן Add-on שיטות. Oligoclusters המיוצר על ידי עיכוב בזמן התוספת על שיטות נותחו על ג'ל אלקטרופורזה שיפוע. Lanes 2-4: oligoclusters שתקום לאחר זמני עיכוב שונים (45, 135, ו 405 שניות) בין ביצוע אלקליין HAuCl 4 והוספת NaSCN Lanes 5-8:. Oligoclusters נוצר על ידי שיטת ההרחבה. הזרע הוקם בשיטת עיכוב האמת עם 405 עיכוב שני, שמסומנת על ידי ↓. כמויות משתנות של HG שמשו הרחבה. המידות של פתרון HG (1 מ"מ בזהב) זרע פתרון (1 מ"מ בזהב) המשמש להכנת כל דגימה הם אינדיקהטד, כפי 4xHG, 6xHG, 12xHG, ו 24xHG. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

איור 2
איור 2. קטרים ​​של oligoclusters זהב שהוקמו על ידי-זמן עיכוב תוספת על שיטות. Oligoclusters שהכין עיכוב בזמן תוספת על שיטות נותחו על ידי TEM. א) ו- B) מותאמים באישור נ"צ. 16, זכויות יוצרים 2014 האגודה האמריקנית לכימיה. (א) נציג תמונות TEM של 50 ננומטר x 50 אזורים ננומטר של רשתות מוכנות ממדגמים עשו בשיטת עיכוב בזמן. הקוטר של החלקיקים (ציר Y) ואת הזמנים העיכוב ששמשו בעריכתם (ציר X) מסומן, הן הציר הוא לוגריתמיות. הקו השחור הכבד (R 2 = 0.973) הוא בכושר הכי טוב עם D במשוואה 3-פרמטר אמפירי עיכוב בזמן = D 0 + (1 - e -bt כאשר D עיכוב בזמן הוא הקוטר הממוצע של מקבצי ננומטר, D 0 הוא קוטר מינימאלי של אשכולות (~ 3.5 ננומטר); A הוא העלייה מרבי גודל ליבה נגרמת על ידי הארכת זמן השהייה (~ 20 ננומטר) , ו b = 0.0021 שניות -1. (ב) קטרים ​​של oligoclusters שיקום לאחר זמני עיכוב שונים לפני הוספת NaSCN (שיטת עיכוב בזמן) מוצג בסולם ליניארי. (C) קטרים ​​של oligoclusters נוצר לאחר תוספת (add-on) שיטה של כמויות שונות של HG על זרעי זהב מתבצעים נוצרו בשיטת עיכוב האמת עם זמן שהיית 405 שניות. כפי שמוצג על ידי הקו השחור העבה, ניתן לראות בקלות כי הקוטר של oligoclusters נוצר על ידי שיטת ההרחבה הוא משוואה 4 , שבו זרעי HG ו- c c הוא הריכוזים של חומצת chloroauric המשמשים בייצור הפתרון של HG בשיטת הרחבה וב oligoc ביצוע נברשות בשיטת עיכוב בזמן, בהתאמה. באופן דומה זרעי V HG ו- V הם הכרכים המתאימים. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

איור 3
איור 3. תרשים תרשים קיר של עיכוב בזמן ושיטות Add-on להכנת oligoclusters זהב בגדלים שונים. תרשים זרימה המפרט את נהלי סינתזה oligoclusters זהב בגדלים שונים תוך שימוש בפורמט בזמן עיכוב או שיטות ההרחבה. פתרון אלקליין חומצת chloroauric הוא כחול. HG אדום. הזהב nanoparticle זרעים oligoclusters הם שחורים. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

318px "> עיכוב בזמן הליך
Add-on ההליך
קוטר חזה (ננומטר)
זמן שהייה (sec) זמן שהייה (דקות) קוטר חזה (ננומטר) קוטר נמדד ± סטיית תקן (ננומטר) 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 7.0 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

טבלת גודל חיזוי בטבלה 1. Oligocluster. בקטרים ​​חזויים של oligoclusters זהב נוצרו תוך שימוש בפורמט בזמן עיכוב או תוספת על שיטות. קוטר חזוי עבור שיטת עיכוב בזמן מחושב לפי נוסחה אמפירית-זמן ההשהיה D בקוטר oligocluster הממוצע = D 0 + (1 - e -bt), כאשר D היא הקוטר הממוצע של oligoclusters זהב ננומטר, D 0 הוא הקוטר המינימלי (3.5 ננומטר), a הוא העלייה המרבית גודל הליבה (20 ננומטר), ו- B הוא 0.0021 שניות -1, כפי שהוצג קודם 16. קוטר חזוי עבור שיטת ההרחבה מחושב תוך לקיחה בחשבון כי חלקיקים חדשים לא יכולים להיווצר מ HG, אלא מופקד באופן אחיד סביב מתבצעות זרעים כדוריים, ובכך הגדלתם. אין הנחה נוספת נחוצה. ניתן לראות כי בקלות הקוטר הדואר של oligoclusters נוצר על ידי שיטת ההרחבה הוא משוואה 6 , שם HG ג וזרעי c הוא הריכוזים של חומצת chloroauric המשמשים בייצור הפתרון של HG בשיטת הרחבה ו בהפיכת oligoclusters בשיטת עיכוב בזמן, בהתאמה. באופן דומה V HG ו- V זרעים הוא הכרכים המקבילים.

Discussion

כתב יד זה מספק פרוטוקול מפורט לסינתזה גבי ספסל של oligoclusters זהב monodisperse (איור 3). השיטה היא מסוגלת לייצר מגוון רחב של גדלים, פשוט על ידי שינוי הזמן בין התוספת של HAuCl 4 עד פתרון בסיסי והוספת הבאות של סוכן הצמצום, thiocyanate נתרן. התוספת של HAuCl 4 אלקליין שנאגרו תוצאות בתמיסה מימית של hydroxylation תלוי זמן של HAuCl 4 לזהב hydroxylated (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). תוצאות hydroxylation זה בפחות HAuCl 4 להיות זמין, למרות hydroxylation לא הולך השלים כפי שהוא תגובת שיווי משקל. נוקלאציה היווצרות של מונומרים זהב דה נובו יכול להיות יזם רק HAuCl 4. זהב hydroxylated הוא היחיד מסוגל הוסיף על חלקיקי זהב קיימים, וכתוצאה מכך היווצרות של oligoclusters זהב; ההרחבה שלנו השיטה מנצלת 16 זה. Oligoclusters נוצר עם שיטת עיכוב בזמן יכול לשמש זרעים שעליו זהב hydroxylated מופקד, ובכך להגדיל את גודל oligoclusters הזורע. ניתן לשלוט צמיחה זרע על ידי שינוי היחס של זהב hydroxylated (HG) לעומת כ-המסונתז oligocluster (איור 1). בשתי השיטות בגודל של חלקיקים ניתן לחזות בקלות על ידי בחירת עיכוב בזמן הנכון (איור 2 א ', ב') או על ידי בחירה את הזכות החל הזרעים ואת היחס הנכון של זהב hydroxylated הוסיף (HG) (איור 2 ג). תחזיות עבור החלקיקים בגדלים השימושיים ביותר מוצגות (טבלה 1). הגודל הגובר של oligoclusters derivatized GSH ניתן לנטר באמצעות אלקטרופורזה כמו חלקיקים גדולים יותר להעביר פחות ומופיעים כהה במיוחד, לפי המאוחר וכתוצאה מכך מקדם הכחדה של חלקיקי הזהב להגדיל באופן יחסי גודל חלקיקים.

> שיטת ההרחבה יש שתי מגבלות, שהראשון בם היא כמויות התגובה הגדולות הנדרשת גבוה HG: יחסי זרע. מגבלה שנייה שיטת הרחבת מקורו בעובדה הנ"ל כי hydroxylation של 4 HAuCl הוא תגובת שיווי משקל ואינו ללכת עד להשלמתו. Hydroxylation השלם של 4 HAuCl יש השפעה מינימאלית על תגובת ההרחבה כאשר הריכוז של זרעי oligocluster נותר גבוה. כאשר הריכוז של זרעי oligocluster נמוך, כפי שקורה בעת שימוש זרע עיכוב ותיק גבוהה HG: יחסי זרע, השפעת unhydroxylated HAuCl 4 יכולה להיות משמעותית. בתנאים אלה HAuCl 4 הוא מסוגל nucleate הסינתזה של oligoclusters החדש, וכתוצאה מכך אוכלוסיות הטרוגניות של oligoclusters.

Oligoclusters כמו-המסונתז המיוצר על ידי עיכוב בזמן או תוספת על שיטה יציב במשך שבועות, פיתוח רק כמויות זעירות של משקע זהב. גם לאחר להיותing מרוכז 300 קימוט, oligoclusters להישאר יציב להתנגד צבירה. Oligoclusters הזהב המתואר כאן גם יש יתרון נוסף של יכולת להיות מרוכז ללא derivatization מוקדמת, ובכך מאפשרים סוכני derivatizing יקרים לשמש בכמויות קטנות יותר. לאחר derivatized עם גלוטתיון (GSH), אשכולות נשארו יציבים עד השנה. GSH-derivatization מספק גם מטען שלילי חזק 13 שגורם להם להתנגד צבירה כאשר הם נחשפים מאגרים פיזיולוגיים או פלזמה חיה, ובכך מהם מתאים ניסויים in vivo. Derivatization יכול להיות מושג באמצעות מגוון רחב של חומרים כימיים המכילה קבוצת תיאול.

רמת המוכנות של oligoclusters כדי derivatization עם מולקולות המכילה תיאול אחרים 17,18 מאפשרת שינוי נוח וקל של monolayer השטח, ובכך כימית משטח שליטה תגובתיות של oligoclusters. כימיקלים אחרים המשמשים בע"א בפרוטוקול זהn להחליף בקלות עבור כימיקלים דומים מבלי לפגוע סינתזה. זה כולל החלפה של בורקס עם מאגרים אלקליין אחרים (למשל., קרבונט) ו thiocyanate נתרן עבור מלחים thiocyanate אחרים (למשל., KSCN).

התכונה העיקרית של פרוטוקול זה היא הפשטות שלו, אשר יש להדגיש. רק בקנה מידה משקל מיליגרם ו בוחש מגנטי נדרש לייצר oligoclusters זהב באיכות מסחרית אשר ניתן להשתמש בהם עבור יישומים ביולוגיים מתקדמים בחומר. תחולתה הרחבה מסתייעת במגוון הרחב של גדלים מ יכול להיות מיוצר על ידי monodispersity. בנוסף, בבית ייצור הוא העלות נמוכה.

Oligoclusters הם בעלי ערך במיוחד עבור מחקרים של החדירות של ממברנות הבזליים ומחסומים דם. הם יכולים להיות מנוהלים בקלות עם מי מלח דרך מסלולים שונים מסומנים in vivo 19-21. ניתן לבדוק לאחר מכן אספו דגימות רקמה תחתאלקטרון מיקרוסקופ 16,22. מלבד חדירות, הפצה ביו מספק מידע תרופתי יקר והממשל של תערובת של oligoclusters בגדלים שונים נותנים מידע רב ערך על התפלגות הגודל תלויה של חלקיקים בתוך גוף 23-25. לבסוף, בגלל המבנה הייחודי שלהם הם לא מצליחים להגשים תהודה plasmon משטח מקומי (LSPR) אולי מה שהופך אותם למועמדים אידיאליים עבור תיוג פלורסנט, אשר אינה יכולה להיות מושגת בקלות חלקיקי זהב בגלל התערבות בין תוצאות LSPR ו fluorophore ב מרווה כמעט מוחלטת של הקרינה 26 .

Acknowledgments

TK מודה תמיכה מסוכנות המחקר סלובניה (ARRS, מעניק BI-US / 13-14-040, ו J3-6803). OS מודה תמיכה מן המכון הלאומי לבריאות (NIH) מענק 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

כימיה גיליון 108 ננו-חלקיקים מזהב חומצת Chloroauric Oligocluster סינתזה derivatization הפצת גודל oligomers אשכולות ענבים דמויים
שיטה פשוטה עבור סינתזת מבוקרת הגודל של אשכולות Oligomeric היציבים של זהב חלקיקים בתנאי סביבה
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