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.
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.
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.
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.
<p class="jove_content"> Add-on metode har to begrensninger, hvorav den første er den store reaksjonsvolumer kreves ved høye HG: frø forholdstall. En annen begrensning til add-on metode stammer fra de nevnte faktum at hydroksylering av HAuCl 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 .
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |