Vi beskriver en enkel metod för framställning av mycket stabila oligomera kluster av guldnanopartiklar via reduktion av klorguldsyra (HAuCl 4) med natriumtiocyanat (NaSCN). De oligoclusters har en snäv storleksfördelning och kan framställas med ett brett spektrum av storlekar och med flyt rockar.
Reducering utspädd vatten HAuCl 4 med natriumtiocyanat (NaSCN) under alkaliska betingelser producerar 2 till 3 nanopartiklar nm diameter. Stabila druvliknande oligomera kluster av dessa gula nanopartiklar av snäv storleksfördelning syntetiseras under omgivningsförhållanden via två metoder. Fördröjningstids-metoden styr antalet subenheter i de oligoclusters genom att variera tiden mellan tillsatsen av HAuCl 4 till alkalisk lösning och efterföljande tillsats av reduktionsmedel, NaSCN. De gula oligoclusters produceras varierar i storlek från ~ 3 till ~ 25 nm. Detta storleksintervall kan förlängas ytterligare genom en tilläggs metod som utnyttjar hydroxylerade guldklorid (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) för att automatiskt katalytiskt öka antalet subenheter i den syntetiserade oligocluster nanopartiklar, vilket ger en total räckvidd på 3 nm till 70 nm. De råa oligocluster preparat visar smala storleksfördelningar och kräver inte pälsfins fraktione för de flesta ändamål. De oligoclusters bildas kan koncentreras> 300 gånger utan aggregering och den råa reaktionsblandningarna förbli stabila i flera veckor utan vidare bearbetning. Eftersom dessa oligomera kluster kan koncentreras före derivatisering de tillåter dyra derivatiserande medel som ska användas ekonomiskt. Dessutom presenterar vi två modeller genom vilka förutsägelser av partikelstorleken kan göras med stor noggrannhet.
Användningen av guldnanopartiklar som verktyg i såväl biomedicinska tillämpningar och grundforskning har vuxit enormt under de senaste decennierna. Få moderna nanomaterial har applicerats på så många olika områden, hitta deras användning i allt från solpaneler till fototermisk cancerbehandling; från elektrisk till biologiska sensorer; från kemisk katalys till läkemedelsleveranssystem 1-7. Intressen i guld nanopartiklar som verktyg inom dessa områden drivs av de unika egenskaperna guldnanopartiklar besitter som inkluderar speciella strukturella, optiska och elektroniska egenskaper 8.
Det finns en ökad användning av guld nanopartiklar 9,10 i biologiska och kemiska analyser. Trots att det finns många källor för inköp av guldnanopartiklar, de kommer på ett betydande pris jämfört med kostnaden för i hus syntes. De höga kostnaderna för kommersiellt tillgängliga nanopartiklar gör i huset syntes demande. Vårt förfarande innefattar syntes av oligomera nanokluster som görs av små 2-3 nm sfäriska guld subenheter. Har alla fördelarna med klassiska guldnanopartiklar, är oligomera nanokluster självklara valet när det gäller permeabilitet eller filtreringshastigheter mätningar eftersom deras modulär struktur härmar strukturen av proteiner.
För närvarande är de vanligaste metoder för i huset syntes av guldnanopartiklar innebära en minskning av guldklorid (HAuCl 4) under vattenhaltiga betingelser 11,12. Reduktion av HAuCl 4 med gemensamma reducerande reagens, såsom natriumborhydrid (NaBH4) eller natriumcitrat, medger framställning av sfäriska nanopartiklar 13. Guldnanopartiklar som syntetiseras av dessa metoder är begränsade i deras användbara storleksintervall, eftersom de blir känsliga för närvaron av salter i biologiska buffertar som sina kärndiametrar öka. Ett förfarande har tidigare beskrivitsför syntes av gula nanopartiklar av 2-3 nm diameter från reduktionen av HAuCl 4 med natriumtiocyanat under alkaliska betingelser 14,15.
Här beskriver vi en modifiering av denna metod som producerar en druvliknande oligocluster av de gula nanopartiklar utan att det behövs ytterligare kapslingsmedel. Genom att helt enkelt variera tiden mellan tillsatsen av HAuCl 4 till alkalisk lösning och efterföljande tillsats av reduktionsmedel, natriumtiocyanat, har vi möjlighet att variera den resulterande storleken på guldpartiklarna från ~ 3 nm till ~ 25 nm. För att producera större partiklar, kan ett enkelt tillägg om förfarandet kan användas för att odla dessa oligoclusters genom tillsats av hydroxylerade guld (HG) till den syntetiserade oligoclusters i närvaro av natriumtiocyanat. Med hjälp av dessa två metoder, har vi möjlighet att på ett tillförlitligt sätt producera oligoclusters täcker ett område från ~ 3 nm till ~ 70 nm. Det faktum att denna metod tillåter väl kontrollerad syntes av hög kvalitet ggamla oligoclusters enligt bänk förhållanden med standardutrustning och ett begränsat antal reagens sträcker potentiellt fördelarna med guldnanopartiklar som ett forskningsverktyg för forskare med liten eller ingen kompetens inom kemisk syntes.
Detta manuskript tillhandahåller ett detaljerat protokoll för bänkskiva syntes av monodispersa guld oligoclusters (Figur 3). Metoden är i stånd att producera ett brett spektrum av storlekar genom att helt enkelt variera tiden mellan tillsatsen av HAuCl 4 till alkalisk lösning och efterföljande tillsats av reduktionsmedlet, natriumtiocyanat. Tillsatsen av HAuCl 4 till alkaliskt buffrade vattenlösning resulterar i beroende hydroxylering tiden för HAuCl 4 till hydroxylerad guld (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Denna hydroxylering resulterar i mindre HAuCl 4 är tillgängliga, även om hydroxyleringen inte går till fullbordande eftersom det är en jämviktsreaktion. Den kärn och bildandet av de novo guld monomerer kan endast initieras av HAuCl 4. Hydroxylerade guld kan endast lägga till befintliga guldnanopartiklar, vilket resulterar i bildandet av guld oligoclusters; vår add-onMetoden utnyttjar denna 16. Oligoclusters bildade med den fördröjningstiden metod kan användas som frön, på vilken hydroxylerad guld avsätts och därigenom öka storleken av sådda oligoclusters. Ympades tillväxt kan kontrolleras genom att variera förhållandet av hydroxylerad guld (HG) vs. syntetiserade oligocluster (Figur 1). I båda metoderna storleken av partiklar lätt kan förutsägas genom att välja rätt tidsfördröjningen (Figur 2A, B) eller genom att välja rätt start frön och rätt förhållandet tillsatt hydroxylerad guld (HG) (Figur 2C). Förutsägelser för mest användbara partikelstorlekar presenteras (Tabell 1). Den ökande storleken på GSH derivatiserade oligoclusters kan övervakas genom elektrofores som större partiklar migrerar mindre och verkar framför allt mörkare, den senare till följd av det faktum att extinktionskoefficienten för guldnanopartiklar ökar i proportion till partikelstorlek.
<p class="jove_content"> Tillägget metod har två begränsningar, varav den första är den stora reaktionsvolymer som krävs vid höga HG: utsäde förhållanden. En andra begränsning till add-on metod härstammar från den tidigare nämnda faktum att hydroxylering av HAuCl 4 är en jämviktsreaktion och inte går till fullbordande. Den ofullständiga hydroxylering av HAuCl 4 har minimal inverkan på add-on reaktion när koncentrationen av oligocluster frön är fortsatt hög. När koncentrationen av oligocluster frön är låg, vilket är fallet vid användning av lång fördröjning-tid utsäde och hög HG: utsädes-förhållanden, kan påverkan av unhydroxylated HAuCl 4 blir betydande. Under dessa förhållanden är HAuCl 4 kunna kärnor syntes av nya oligoclusters, vilket resulterar i heterogena populationer av oligoclusters.Den syntetiserade oligoclusters produceras av fördröjningstid eller add-on metoden är stabila i flera veckor, bara utveckla spårmängder av guld fällning. Även efter att varaIng koncentrerade 300 Vik oligoclusters förblir stabila och motstå aggregering. Guldet oligoclusters som beskrivs här har även den ytterligare fördelen av att kunna koncentreras utan föregående derivatisering, vilket möjliggör dyra derivatiserande medel som skall användas i mindre volymer. Efter att ha derivatiserats med glutation (GSH), förblev kluster stabil upp till ett år. GSH-derivatisering ger också stark negativ laddning 13 som gör dem motstår aggregering när de utsätts för fysiologiska buffertar eller djurplasma, vilket gör dem lämpliga för in vivo experiment. Derivatisering kan uppnås med ett brett utbud av tiolgrupp innehållande reagens.
Mottaglighet av oligoclusters derivatisering med andra tiolinnehållande molekyler 17,18 möjliggör bekväm och lätt modifiering av ytan monolager, därmed styra ytkemi och reaktivitet oligoclusters. Andra kemikalier som används i detta protokoll can lätt ersätta liknande kemikalier utan att försämra syntes. Detta inkluderar substitution av borax med andra alkaliska buffertar (t ex., Karbonat) och natriumtiocyanat för andra tiocyanat salter (t ex., KSCN).
Det huvudsakliga attributet hos detta protokoll är dess enkelhet, som måste understrykas. Endast en milligram våg och magnetomrörare krävs för att producera kommersiella kvalitet guld oligoclusters som kan användas för avancerade biologiska och materialtillämpningar. Bred tillämpbarhet underlättas av det breda utbudet av storlekar än kan produceras och genom monodispersitet. Dessutom, i egen produktion är låg kostnad.
De oligoclusters är särskilt värdefulla för studier av permeabilitet av basalmembran och barriärer blod. De kan lätt administreras med saltlösning genom olika vägar och spåras in vivo 19-21. Erhållna vävnadsprover kan sedan granskas under enelektronmikroskop 16,22. Förutom permeabilitet ger bio distributionsvärdefull farmakologisk information och administration av blandningen av oligoclusters av olika storlek ger värdefull information om storleksberoende fördelning av partiklar inuti kroppen 23-25. Slutligen, på grund av sin unika struktur de misslyckas med att manifestera lokaliserad ytplasmonresonans (LSPR) kanske gör dem idealiska kandidater för fluorescensmärkning, vilket inte är lätt att uppnå i guldnanopartiklar eftersom interferens mellan LSPR och fluoroforen resulterar i nästan fullständig utsläckning av fluorescens 26 .
The authors have nothing to disclose.
TK erkänner stöd från Slovenien forskningsinstitut (ARRS beviljar BI-US / 13-14-040 och J3-6803). OS erkänner stöd från National Institute of Health (NIH) bidrags 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 |