Hydrokinon baserad syntes av guld nanostavar
Summary
Detta dokument beskriver ett protokoll för syntes av guldnanostavar, som bygger på användning av hydrokinon som reduktionsmedel, plus de olika mekanismerna för att kontrollera deras storlek och sidförhållande.
Abstract
Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag+) present in the “growth solution”. By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.
Introduction
Guldnanopartiklar (AuNPs) är en av de mest utbredda och lovande nanostrukturer som skall användas i biomedicinska tillämpningar. Deras användning är viktigt i många point-of-care in vitro diagnostikprodukter 1 De har föreslagits som ett effektivt verktyg för ett antal andra olika applikationer. Som kontrastmedel i avbildningsstudier, 2 som ett system för läkemedelstillförsel 3 och som läkemedel för ljusinducerad termo (eller fototermisk terapi). 4 den stora potential AuNPs har drivit under de senaste tjugo åren, intensiv forskning på utveckling av ny syntes som är i stånd att öka kontrollen på storlek och form erhålles. 5 detta beror på att olika typer av AuNPs är i själva verket mer lämpade än andra för specifika applikationer.
Bland de olika guldnanostrukturer har guldnanostavar (AuNRs) dykt upp som en av de mest intressanta system. AuNRs kännetecknas av två Plasmonic toppar i samband med svängning av elektroner längs den längsgående och tvärgående axlar, respektive. 6 Det är särskilt viktigt att läget för den mest intensiva longitudinella topp kan ställas in exakt mellan 620 och 800 nm, beroende på förhållandet aspekten av stavarna . Denna region matchar biologiska fönster, 7 där mänskliga vävnader nästan inte absorberar ljus, vilket gör att utvecklingen av ett antal fotoniska applikationer in vivo involverar AuNPs.
Trots ett stort intresse för denna typ av nanostrukturer, de syntetiska protokoll för framställningen av AuNRs lider av flera begränsningar. I de flesta fall är nanostavar ställas enligt ett två-stegs-metoden som utvecklats av Sau och medarbetare. 8 i sitt protokoll, är nanostavar syntetiseras genom att reducera guldjoner med användning av askorbinsyra i närvaro av förformade guld frön, silverjoner och en stor mängd av hexadecyl trimetylammoniumbromid (CTAB), acationic linjär tensid.
Nackdelen med detta protokoll är att minskningen utbytet av guldjoner är relativt låg (ca 20%) 9 och att en stor mängd av CTAB, ett dyrt reagens som står för mer än hälften av den totala kostnaden för reagens i syntesen, behövs. Utvecklingen av en ny och mer effektiv syntesväg är däri anses vara ett viktigt behov, vilket gör att spridningen av biomedicinska metoder baserade på AuNRs.
I den första delen av föreliggande papper, presenterar vi ett optimerat protokoll för framställningen av AuNR som har ett förhållande av ca tre. Syntesen är baserad på användningen av hydrokinon som ett milt reduktionsmedel och det möjliggör framställning av AuNR med en nästan kvantitativ minskning av guldjoner, som använder sig av en reducerad mängd CTAB. 10 Detta protokoll för framställning av AuNRs baseras på en strategi i två steg där guldfrön används i ett "tillväxt solution ".
I den andra delen, visar vi hur man kan finjustera storleken och bildformat av den erhållna AuNR på två sätt. Det första sättet, liknande den standardprotokoll baserat på askorbinsyra, är att variera den mängd av silverjoner som är närvarande i "tillväxtlösningen". Det andra sättet är baserat på variationen av mängden av CTAB som kan reduceras ned till en koncentration av 10 mM (nära det kritiska micellkoncentration rapporterades av leverantören) för att erhålla väldefinierade korta nanostavar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet presenteras här gäller hydrokinon, en aromatisk molekyl som kännetecknas av en svag potentiell minskning, för att producera guld nanostavar. Det finns två huvudsakliga fördelar med det nuvarande protokollet mot de vanligast använda syntesväg baserad på användningen av askorbinsyra: den första är att hydrokinon kan nästan kvantitativt minska guldjoner som möjliggör produktion av större mängd guld nanostavar 11. senare ges av det faktum att det kräver en lägre mängd av CTAB och e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Funding for this research was provided by the Italian Ministry of Health under the frame of EuroNanoMed II (European Innovative Research & Technological Development Projects in Nanomedicine, project title: ”InNaSERSS”).
Materials
| Gold(III) chloride trihydrate | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Hydroquinone | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Silver Nitrate | Sigma Aldrich | 209139 | toxic |
| Sodium Borohydride | Sigma Aldrich | 480886 | |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Acute Tox. (oral). In this study we tested three different batches of CTAB (H5882) from Sigma Aldrich. Two of them were marked as made in China while one as made in India. In our experience only the batches marked as made in China were effective for the preparation of AuNR |
| Spectrophotometer | Thermo scientific | Nanodrop 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
References
- Zhou, W., Gao, X., Liu, D., Chen, X. Gold Nanoparticles for In Vitro Diagnostics. Chem Rev. 115 (19), 10575-10636 (2015).
- Bao, C., et al. Gold nanoprisms as optoacoustic signal nanoamplifiers for in vivo bioimaging of gastrointestinal cancers. Small. 9 (1), 68-74 (2013).
- Han, G., Ghosh, P., Rotello, V. M. Functionalized gold nanoparticles for drug delivery. Nanomedicine. 2 (1), 113-123 (2007).
- Choi, W. I., et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded, functional nanocarriers. ACS Nano. 5 (3), 1995-2003 (2011).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Zhang, J., Mirkin, C. A. Defining Rules for the Shape Evolution of Gold Nanoparticles . J. Am. Chem. Soc. 134 (35), 14542-14554 (2012).
- Lohse, S. E., Murphy, C. J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 25 (8), 1250-1261 (2013).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech. 19 (4), 316-317 (2001).
- Sau, T. K., Murphy, C. J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution. Langmuir. 20 (15), 6414-6420 (2004).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12, 2029-2036 (2010).
- Morasso, C., et al. Control of size and aspect ratio in hydroquinone-based synthesis of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 17, 330-337 (2015).
- Vigderman, L., Zubarev, E. R. High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chem. Mater. 25 (8), 1450-1457 (2013).
- Walsh, M. J., Barrow, S. J., Tong, W., Funston, A. M., Etheridge, J. Symmetry breaking and silver in gold nanorod growth. ACS Nano. 9 (1), 715-724 (2015).
