Summary
De antimicrobiële eigenschappen van metalen zoals koper en zilver zijn al eeuwen herkend. Dit protocol beschrijft gepulseerde laser ablatie in vloeistoffen, een methode voor het synthetiseren van metalen nanodeeltjes die het vermogen biedt om de eigenschappen van deze nanodeeltjes te verfijnen om hun antimicrobiële effecten te optimaliseren.
Abstract
De opkomst van multidrug-resistente bacteriën is een wereldwijde klinische zorg die sommige leidt om te speculeren over onze terugkeer naar een pre-antibiotica-tijdperk van medicijnen. Naast de inspanningen om nieuwe antimicrobiële geneesmiddelen tegen kleine molecuul te identificeren, is er veel belangstelling geweest voor het gebruik van metaal nanodeeltjes als coatings voor medische hulpmiddelen, wondverband en consumentenverpakking door hun antimicrobiële eigenschappen. De grote verscheidenheid aan methoden die beschikbaar zijn voor nanodeeltjesynthese resulteert in een breed spectrum van chemische en fysische eigenschappen die de antibacteriële werkzaamheid kunnen beïnvloeden. Dit manuscript beschrijft de gepulseerde laser ablatie in vloeistoffen (PLAL) methode om nanodeeltjes te creëren. Deze aanpak maakt het mogelijk de afmeting van nanodeeltjes, samenstelling en stabiliteit te verfijnen met gebruikmaking van post-bestralingswerkwijzen, evenals de toevoeging van oppervlakteactieve stoffen of volume-excluders. Door het regelen van deeltjesgrootte en samenstelling, een groot aantal fysische en chemische eigenschappen van metaal nanopaRtikels kunnen worden onderzocht die kunnen bijdragen aan hun antimicrobiële werkzaamheid, waardoor nieuwe lijnen voor antibacteriële ontwikkeling worden geopend.
Introduction
Nanopartikels (NP's) worden in het algemeen gedefinieerd als deeltjes die ten minste één dimensie hebben die minder dan 100 nm lang is. Traditionele chemische NP synthesemethoden vereisen meestal gevaarlijke reductiemiddelen, zoals borohydriden en hydrazines. In tegenstelling tot is laserablatie van vaste metalen doelen gedompeld in een vloeibaar medium (gepulseerde laserablatie in vloeistoffen - PLAL) een milieuvriendelijke route voor NP synthese die voldoet aan alle 12 van de principes van groene chemie 1 , 2 . In PLAL wordt een ondergedompeld metalen doel bestraald door herhaalde laserpulsen. Aangezien de laser het doel ablateert, wordt een dichte pluim van atoomclusters en damp vrijgegeven in het vloeibare medium waarin NP's snel samenvloeien. NP's geproduceerd door PLAL zijn fijn gedispergeerd in een waterig medium en de grootte, polydispersiteit en samenstelling van de NP's kunnen gemakkelijk worden geregeld door het variëren van de waterige ablatie vloeistof alsmede laserparenAmeters 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 .
De eigenschappen van nanodeeltjes kunnen worden afgesteld door een aantal laserparameters aan te passen, waaronder: fluentie, golflengte en pulsduur (in referentie 7 beoordeeld). Laservloeistof wordt berekend als de pulsergie gedeeld door het gebied van de laserpunt op het doeloppervlak. De precieze effecten van fluentie op de grootte en polydispersiteit van NP's zijn een beetje controversieel. In het algemeen is aangetoond dat voor 'lange' en 'ultra-korte' gepulseerde lasersystemen er lage en hoge fluïdumregimes zijn die respectievelijk 8 , 9 , 10 , 11 negatieve en positieve trends opleveren. NP grootte distributieOns kunnen empirisch worden gemeten met behulp van technieken zoals dynamische lichtverstrooiing en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), zoals hieronder beschreven.
De keuze van laserlengte kan de fysieke mechanismen beïnvloeden waardoor de NP's worden gevormd. Bij kortere (ultraviolette) golflengten kunnen hoge-energiefotonen interatomische bindingen breken 12 . Dit mechanisme van foto-ablatie is een voorbeeld van een top-down NP synthese, omdat het resulteert in de vrijlating van ultra-kleine fragmenten van materiaal die de neiging hebben om grotere polydisperse monsters te produceren bij blussen in de submersievloeistof 12 , 13 , 14 . In tegenstelling hiermee levert bijna-infraroodablatie (λ = 1,064 nm) een bottom-upsynthese-mechanisme dat wordt gedomineerd door plasma-ablatie 12 . Laserabsorptie door het doel bevrijdt elektronen die botsen met en vervolgens vrij gebonden elektronen. Als cOllies verhogen, het materiaal wordt geïoniseerd, waardoor een plasma ontstoken wordt. De omliggende vloeistof beperkt het plasma, verbetert de stabiliteit ervan, en verhoogt de absorptie 12 verder . Aangezien het expanderende plasma door de beperkende vloeistof wordt uitgeblust, worden NP's gecondenseerd met verschillende geometrieën 4 , 12 , 15 .
De keuze van de laserpulsduur kan het NP-vormingsproces verder beïnvloeden. Veelgebruikte lange-pulserende lasers, met een pulsduur van meer dan een paar picoseconden, omvatten alle milli-, micro-, nano- en enkele picoseconde-gepulseerde lasers. In dit pulsbreedregime is de laserpulsduur langer dan de elektronfonon-evenwichtstijd, die typisch is in de volgorde van een paar picoseconden 4 , 16 , 17 , 18 , 19. Dit leidt tot het lekken van energie in het omliggende ablatiemedium en de vorming van NP's door thermische mechanismen zoals thermionische emissie, verdamping, kokend en smelten 1 , 20 .
De antibacteriële activiteit van NP's wordt sterk beïnvloed door deeltjesgrootte 21 , 22 , 23 , 24 . Om de groottevermindering en de monodispersiteit te verbeteren, kunnen de NP's een tweede keer worden bestraald met een laser met een golflengte in de buurt van de plasmonresonantie (SPR) van de NP. De incident laserstraling wordt geabsorbeerd door de NP door excitatie van de SPR. Fragmentatie van de NP kan voorkomen door middel van thermische verdamping 25 , 26 of Coulomb explosie 27 , 28 . De fotoexcitatie verhoogt tHij temperatuur van de NP boven het smeltpunt, wat resulteert in het afzetten van de buitenste laag van het deeltje. Er is aangetoond dat toevoeging van middelen zoals polyvinylpyrrolidon (PVP) of natriumdodecylsulfaat (SDS) aan de oplossing de postbestralingseffecten 5 aanzienlijk kan verbeteren. De gevolgen van de toevoeging van verschillende opgeloste stoffen zijn beschreven in verscheidene rapporten 1 , 4 , 6 . Het gemak van manipulatie van NP eigenschappen door PLAL biedt een nieuwe methode om nieuwe NP-gebaseerde antimicrobiële middelen te ontwikkelen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Focus op de Nanosecond Laser en Meet Fluence
- Monteer de ablatie-inrichting door een magnetische roerbalk en een poreus ablatie-stadium in een 50 ml glazen beker te plaatsen.
OPMERKING: De ablatiefase bestaat uit een 3,81 cm diameter, 1,6 mm dik roestvrijstalen platform met tien gaten van 0,65 cm diameter en zes gaten van 0,50 cm diameter, geboord in het in figuur 1 geïllustreerde patroon. Het doel van deze gaten is om de vloeistof over het doel te laten bewegen zodat deeltjes niet direct over het doel ophopen. Onvoldoende mengen leidt tot schadelijke interacties tussen de laser en de reeds gevormde deeltjes. Daarnaast bevinden zich drie # 29 (8-32) gaten in de buurt van de omtrek van het platform om setschroeven te accepteren die dienen als poten om het platform te verhogen en ruimte te bieden voor een magnetische roerbalk ( Figuur 1A ).- Plaats de beker op een magnetischRoerplaat en zet de roerplaat op een xy-vertaalstadium om beweging van het doel tijdens ablatie mogelijk te maken ( Figuur 1A ).
- Stel de Nd: YAG laser in om de basis golflengte van 1.064 nm te gebruiken, met een pulsduur van 5 ns en een pulsherhaling van 10 Hz. Meet de energie per puls met een laservermogen en energiemeter. De benodigde energie is 240-250 mJ.
- Focus de balk onder het doel op het ablatiefase met een 250 mm brandpuntsconvergentie lens (NA = 0.05).
OPMERKING: De inkomende straal heeft een straal van 4.025 mm en een lenshoogte van 161 mm is nodig om de gewenste plaatsgrootte te bereiken. De optimale plaatsgrootte wordt empirisch bepaald. Een grotere vlekgrootte wordt gebruikt om het effect van afscherming door NP's in oplossing te verminderen. Dit komt in evenwicht met het feit dat een toenemende plaatsgrootte meer energie vereist om voldoende vloei te behouden. - Bepaal de plaatsgrootte door een metalen doel te plaatsen (zie sectieN 2) op het podium en ablatie met meerdere laserpulsen. Bekijk het ablated target samen met een micrometer slide op een CCD camera uitgeruste lichtmicroscoop (4X objectief) om de spotgrootte te meten ( Figuur 1A ).
OPMERKING: Voor het apparaat hier levert het ablatie systeem een vleugelgrootte met een gemiddelde gebied van 5,51 mm 2 op . De plaatsgrootte blijft in dit bereik voor elke ablatie. - Bereken de stroom door de pulsenergie te verdelen door de plaats van de vlek. Voor de inrichting hier is de vloei 4,80 J / cm2.
2. Synthese van zilveren nanodeeltjes door gepulseerde laser ablatie in vloeibaar
- Weeg een plat zilver doel met een microbalans om de pre-ablation massa te verkrijgen.
- Houd het zilveren doel vast aan het poreuze stadium met dubbelzijdige carbon tape. Voeg 40 ml ablatie vloeistof aan de beker toe ( Figuur 1A ). De vloeistofhoogte boven het doel is 11 mm.
OPMERKING: Typische ablatie liqUids zijn waterige oplossingen die 60 mM SDS of 2 mM PVP bevatten om monodispersiteit te verbeteren. - Verplaats de computer-gecontroleerde gemotoriseerde xy-trap in een elliptisch patroon (afmetingen: hoofdas = 2,09 cm, kleine as = 0,956 cm, gebied = 1,57 cm 2 ) onder een constante roer met een snelheid van 0,42 cm / s en ablateer het doel Gedurende 20-40 min.
OPMERKING: De concentratie van NP's neemt toe met langer ablatietijden. Zorg ervoor dat het roeren voldoende krachtig is om de NP-concentratie uniform in de oplossing te houden om afschermingseffecten te minimaliseren 7 .
3. Metaal Nanoparticles karakteriseren
- Verzamel de nanodeeltjesoplossing uit de beker door te decanteren. Bevestig de aanwezigheid van nanodeeltjes door hun UV-zichtbare licht spectra (200-1,100 nm) te meten.
OPMERKING: De NP's hebben een piekabsorptie bij de oppervlakte plasmon resonantie (SPR) golflengte. Voor zilver wordt de SPR gecentreerd op 400 nm. Zeer geconcentreerde NPOplossingen vereisen verdunning voorafgaand aan het meten van het UV-VIS spectrum om ervoor te zorgen dat de absorptiewaarden binnen het lineaire bereik van de spectrofotometer blijven. - Meet de hydrodynamische diameter van de NP's door dynamische lichtverspreiding (DLS) met behulp van een nummerverdelingsanalysemethode 29 .
- Verdun de NP-oplossing 1:40 in de ablatieoplossing en pipet 1 ml in een 1 cm plastic cuvette. Met behulp van een meethoek van 180 ° , meet de lichtverspreiding bij een golflengte van 633 nm om de NP-diameter volgens de Stokes-Einstein-vergelijking te bepalen:
Waar d de hydrodynamische straal is, k is Boltzmann's constante, T is absolute temperatuur, η is de viscositeit, en D de translatiediffusie coëfficiënt of snelheid van Brownian motion.
- Verdun de NP-oplossing 1:40 in de ablatieoplossing en pipet 1 ml in een 1 cm plastic cuvette. Met behulp van een meethoek van 180 ° , meet de lichtverspreiding bij een golflengte van 633 nm om de NP-diameter volgens de Stokes-Einstein-vergelijking te bepalen:
- Bevestig NP-formaat en vorm met behulp van transmissie-elektronenmicroScopy (TEM) 30 .
OPMERKING: De hydrodynamische diameter, gemeten met behulp van DLS, is groter dan de grootte gemeten met behulp van TEM door de oplosmiddellaag die de NP's omringt.- Verdun de NP-oplossing 1:40 in dubbel gedistilleerd water om eventuele overmaatadditieven ( bijv. SDS of PVP) te verwijderen die interfereren met beeldvorming. Druppel 2 μL van de oplossing op een koperen TEM-rooster, vooraf bedekt met lacey / dunne koolstoffolie (verkrijgbaar in de materialenlijst) en droog overnacht bij kamertemperatuur onder vacuüm in een desiccator.
- Afbeelding van de NP's om grootte en vorm te beoordelen zoals beschreven in referentie 30 .
- Om de NP-concentratie te berekenen, verwijder eventuele losgebonden NP's van het geablateerde metaaldoel (stap 2.3) door het doel in een sonicerende waterbad te plaatsen dat gedestilleerd water gedurende 1 minuut bevat.
- Droog het doel onder een stroom van perslucht gedurende 1 minuut. Meet de massa van de taRget op een microbalans. Kwantificeer de massa van NP's in oplossing als het verschil in gewicht vóór en na de ablatie, wat wordt verwacht dat het uit het uitwerpen van metaal nanodeeltjes in de oplossing komt.
4. Post-bestraling
- Verdun de NP's tot een maximale concentratie van 100 μg / ml in dezelfde ablatieoplossing die wordt gebruikt in 2.2. Deze concentratiegrens is cruciaal om een uniforme bestraling te waarborgen.
- Breng 15-17 ml van de verdunde NP's over naar een quartzcuvette met een roerbalk ( Figuur 1B ). Plaats de cuvette op een magnetische roerplaat parallel met de inkomende laser.
- Gebruik een Nd: YAG laser systeem voor het produceren van 25 ps 532 nm laserpulsen en een lens met een diameter van 75 mm om de laser in het midden van de oplossing te concentreren. Bestral de oplossing gedurende 30 minuten tot meerdere uren, afhankelijk van de gewenste grootte.
OPMERKING: De totale energie die wordt geleverd hangt af van de concentratie van de oplossing en tBestraling en kan variëren van 0,5 mJ tot 3,5 mJ. Voor het apparaat levert 30 min postbestraling van een transparante, lage concentratiemonster (<50 μg / ml) zilver NP's met een diameter van 10 nm.
5. Het meten van de antibacteriële eigenschappen van de nanodeeltjes
OPMERKING: De toxiciteit van zilver NP's tegen zowel Gram-positief ( Bacillus subtilis ) en Gram-negatief ( Escherichia coli ) werd getest 31 . De methode is gemakkelijk aangepast aan elke soort; De efficiënte dosis nanodeeltjes kan echter aanzienlijk variëren en moet empirisch worden bepaald. Hier wordt E. coli gebruikt als het model systeem voor de beschrijving van de methode.
- Groei E. coli culturen (stam MG1655) 's nachts bij 37 ° C in Luria Broth (LB), die 10 g / L Bacto trypton, 5 g / L gist extract en 10 g / L natriumchloride bevat. Verdun de nachtelijke culturen tot een optische dichtheid (A = 600Nm) van 0,01 in verse LB.
- Als de NP's werden gesynthetiseerd in ablatiemedia die additieven bevatten ( bijv. SDS of PVP), voeg de betreffende chemische stof toe aan het LB, zodat de concentratie constant blijft bij het toevoegen van de NP's.
OPMERKING: Bijvoorbeeld in een typisch experiment wordt een zilver doel geablateerd in een 60 mM SDS oplossing om een 100 μg / ml oplossing van NP's op te leveren. Als de uiteindelijke concentratie van NP's in het kweekmedium 10 μg / ml is, bereide LB die 6 mM SDS bevat ( dat wil zeggen 1/10 de concentratie van SDS in de ablatie vloeistof). Er is geen negatief effect op de groei van de bacteriën bij gebruik van deze concentraties. Dit wordt getoond in de -AgNP controle in Figuur 3 . - Voeg de NP's toe aan de verdunde culturen bij concentraties variërend van 0-50 μg / ml en groei de culturen gedurende nog 2 uur bij 37 ° C. Als een positieve controle op toxiciteit, behandel E. coli met een antibioticum ( bijv. 30 μg / ml kanamycin).
- Na de 2 uur incubatie verdunnen de kweekmonsters 1: 10 1 serieel in verse LB en spot 10 μL druppels van elke verdunning op LB-agarplaten. Gewoonlijk zijn 10 4-10 8 vouwverdunningen voldoende om afzonderlijke kolonies te zien.
- Zodra de druppels zijn geabsorbeerd, incubeer de platen nachts bij 37 ° C en tel de kolonievormende eenheden (cfu) de volgende ochtend.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Met behulp van zilveren doelen worden de hierboven beschreven laserparameters en 60 mM SDS in de ablatie-vloeistof zilver NP's gegenereerd met de kenmerkende UV-VIS-absorptie bij de SPR ( Figuur 2A ). TEM- en DLS-metingen onthullen een gemiddelde NP-diameter van ongeveer 25 nm voor de post-bestraling ( Figuur 2B ). Ablatie van het zilveren doelwit gedurende 30 minuten levert meestal een NP-concentratie van 200 μg / ml op. Bij het beoordelen van de antimicrobiële toxiciteit van zilveren NP's, remt 15 μg / ml sterk E. coli- groei ( Figuur 3 ).
Figuur 1 : Apparaatconfiguraties. ( A ) Voor het PLAL proces is de Nd: YAG laser die werkt bij een golflengte van 1.064 nmGericht via een 250 mm brandpuntslens om een vleugelgrootte van 5,51 mm 2 op het doelstadium te produceren. Het plaatjebeeld wordt vastgelegd met behulp van een CCD-camera gekoppeld aan een optische microscoop. Het ablatie doel is ingesteld op een poreus stadium met tien gaten van 0,65 cm diameter en zes gaten van 0,50 cm diameter. Er worden nog 3 gaten getekend voor setschroeven die functioneren als poten om het podium boven de roerbalk te ondersteunen. ( B ) Voor de postbestraling wordt de Nd: YAG laseruitgang ingesteld op 532 nm en gefocust door een lens met een diameter van 75 mm brandpunt in het midden van een kwartscuvette met NP's. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2 : Karakterisering van zilver nanodeeltjes. A ) Het UV-VIS spectrum van zilveren NP's toont een karakteristieke piek bij de SPR golflengte (400 nm). ( B ) De grootteverdeling van de zilveren NP's vóór de bestraling werd gemeten door TEM. De inzet toont een representatieve TEM-afbeelding van AgNPs (85.000X vergroting, Scale bar = 100 μm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3 . Antimicrobiële effecten van zilver nanodeeltjes. E. coli cellen werden gedurende 2 uur behandeld met variërende concentraties zilver NP's. Seriële verdunningen van culturen werden op LB-agar geplateerd om bacteriële levensvatbaarheid te bepalen. Cellen werden behandeld met 30 μg / ml kanamycine als een positieve controle. Merk op dat de celIk ontvang geen AgNP's (-AgNP monster) werden gegroeid in aanwezigheid van 6 mM SDS om te waarborgen dat het surfactant niet onafhankelijk tot toxiciteit leidde. De figuur is een compositie van kolonies op twee platen uit hetzelfde experiment en is een representatief resultaat (n = 5). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Reproduceerbare antimicrobiële effecten van NP's vereisen een consistente productie van NP's met gelijke grootte en concentraties. Daarom is het van cruciaal belang om laserparameters te standaardiseren, inclusief fluentie, golflengte en pulsduur. Hoewel dynamische lichtverstrooiing een makkelijke en snelle methode is om NP-grootte te schatten, is de juiste verdeling van de grootteverdeling door middel van nauwkeurige kwantificering van de grootteverdeling vereist. Aangezien elke laserbundel verschillende kenmerken heeft in termen van modusprofiel en divergentie, is het cruciaal om een empirisch proces te gebruiken om de optimale fluïdum en vloeibare hoogte over het doel te geven. Aangezien de grootte van de nanopartikels kan worden aangepast door post-bestraling, kan de efficiëntie van de deeltjesproductie worden geoptimaliseerd door middel van massa-verlies en optische dichtheidsmetingen.
In tegenstelling tot conventionele chemische synthesemethoden heeft laserablatie in vloeistoffen het voordeel van het produceren van nanodeeltjes in ofwel zuiver water of een oppervlakteactieve stof sol ution. Er zijn geen precursorverbindingen om de culturen te verontreinigen en als interferenten te fungeren. Onderzoekers kunnen in korte tijd de nanodeeltjes in hun laboratorium produceren voor onmiddellijk gebruik. De techniek is zeer reproduceerbaar en vereist geen gespecialiseerde training of personeel. Het is echter belangrijk om de beperkingen van deze methode op te merken. Ten eerste kan de diversiteit in vormen van de nanodeeltjes die worden geproduceerd door laserablation in vloeistoffen over een breed scala verschillen. Als men bepaalde aspect ratio's of andere vormparameters moet richten, zou het zeer iteratieve verwerken nodig zijn als het helemaal mogelijk is. Misschien is de belangrijkste beperking van deze techniek misschien dat experimenten die grote massa's nanodeeltjes vereisen, moeilijk zullen zijn. Gramschaal synthese kan optreden, maar het is uitdagend en vereist gespecialiseerde laser apparatuur 32 , 33 , 34 .
Het is belangrijk om op te merken dat veel metaal NP's lichtgevoelig zijn. Inderdaad, bestraling van zilver nanodeeltjes met zichtbaar licht resulteert in verhoogde antibacteriële toxiciteit 31. De verbeterde werkzaamheid is te wijten aan een toename van de zilverionele vrijgave van de NP's. , Is het belangrijk om te overwegen of u de PLAL-methode wilt uitvoeren en de resulterende NP's beschermd tegen licht op te slaan.Ten slotte is de keuze van oppervlakteactieve stoffen en volume-excluders ( bijv. SDS en PVP) om NP-grootte te verlagen kritiek bij het bestuderen van de antimicrobiële sterkte van NP's. Het is belangrijk om controle experimenten uit te voeren om ervoor te zorgen dat de additieven niet giftig zijn op zichzelf. Bijvoorbeeld, E. coli verdraagt SDS bij concentraties tot 10 mM; B. subtilis is echter veel gevoeliger 31 . Daarom, bij het werken met B. subtilis kunnen niet-toxische concentraties van PVP (2 mM) aan de ablatie vloeistof toegevoegd worden om 25 nm te verkrijgendeeltjes.
Laserablatie in vloeistoffen samen met postbestraling kan gebruikt worden om nanopartikelverdelingen te produceren met een scala aan dispersies en maten. Dit vergemakkelijkt studies met verschillende bacteriën, metalen en zelfs legeringen. Het gebruik van PLAL voor nanodeeltjesynthese levert een nieuwe methode voor het ontwikkelen van antimicrobiële NP's om de steeds groeiende uitdaging van antibacteriële resistentie te bestrijden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation (NSF toekenning CMMI-0922946 naar DB, CMMI-1300920 naar DB en S.O.M, en CMMI-1531789 naar S.O.M., DB en EAK) en een Busch Biomedisch Onderzoek Grot aan EAK en S.O'M.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Nanosecond Nd:YAG laser | Ekspla | NL303 | |
| Motorized xy scanning stage | Standa | 8MTF | |
| UV-VIS spectrophotometer | Agilent | Cary 60 | |
| Dynamic light scattering unit | Malvern | Zetasizer ZS 90 | |
| Microbalance | Maktek | TM 400 | |
| Transmission electron microscope | Zeiss | EM 902 | |
| Silver foil target | Alfa Aesar | 12127 | |
| 250 mm focal length lens | Edmund Optics | 69-624 | |
| Copper TEM grids | Pacific Grid-Tech | Cu-400LD | Lacey/thin film coated grid |
| E. coli MG1655 | ATCC | 47076 | |
| Bacto tryptone | BD Biosciences | 211705 | |
| Yeast extract | BD Biosciences | 212750 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | BP3581 | |
| Bacto agar | BD Biosciences | 214010 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Fisher Scientific | BP166-100 | |
| Polyvinylpyrrolidone | Fisher Scientific | BP431-100 | |
| Stainless steel disc (for ablation stage) | Metal Remnants, Inc. | N/A | 1.5 inch diameter, 16 gauge |
| Beaker | Fisher Scientific | 02-540G | |
| Magnetic stir bar | Fisher Scientific | 14-513-57 | |
| Magnetic stir plate | Fisher Scientific | 11-100-49SH | |
| Laser energy and power meter | Coherent | 1098579 | |
| Carbon tape | Shinto Chemitron Co. Ltd. | STR Tape | |
| Sonicating water bath | Branson | 1510 | |
| Air compressor | GMC | Syclone 3010 | For drying ablation target |
| 75 mm focal length lens | Edmund Optics | 34-096 | Focusing lens for post-irradiation |
| Quartz cuvette | Precision Cells Inc | 21UV40 | 50 mm light path (for post-irradiation) |
| Kanamycin | Fisher Scientific | BP906-5 | |
| Light microscope | Nikon | 50i | This microscope is used to focus the laser on the ablation stage. This particular model is no longer available, but any light microscope with a 4X objective will work. |
| CCD camera | AmScope | MT5000-CCD | |
| Micrometer slide | Ted Pella | 2280-70 |
References
- Amendola, V., Meneghetti, M. What controls the composition and the structure of nanomaterials generated by laser ablation in liquid solution? Phys Chem Chem Phys. 15 (9), 3027-3046 (2013).
- Anastas, P., Eghbali, N. Green chemistry: principles and practice. Chem Soc Rev. 39 (1), 301-312 (2010).
- Mafune, F., Kohno, J. Y., Takeda, Y., Kondow, T., Sawabe, H. Formation of Gold Nanoparticles by Laser Ablation in Aqueous Solution of Surfactant. J Phys Chem B. 105 (22), 5114-5120 (2001).
- Rao, S. V., Podagatlapalli, G. K., Hamad, S. Ultrafast laser ablation in liquids for nanomaterials and applications. J Nanosci Nanotechnol. 14 (2), 1364-1388 (2014).
- Tsuji, T., et al. Preparation of silver nanoparticles by laser ablation in polyvinylpyrrolidone solutions. Appl Surf Sci. 254 (16), 5224-5230 (2008).
- Zeng, H., et al. Nanomaterials via laser ablation/irradiation in liquid: a review. Adv Funct Mater. 22 (7), 1333-1353 (2012).
- Naddeo, J. J., et al. Antibacterial Properties of Nanoparticles: A Comparative Review of Chemically Synthesized and Laser-Generated Particles. Adv. Sci. Eng. Med. 7 (12), 1044-1057 (2015).
- Elsayed, K. A., Imam, H., Ahmed, M. A., Ramadan, R. Effect of focusing conditions and laser parameters on the fabrication of gold nanoparticles via laser ablation in liquid. Opt. & Laser Tech. 45, 495-502 (2013).
- Kabashin, A. V., Meunier, M. Synthesis of colloidal nanoparticles during femtosecond laser ablation of gold in water. J Appl Phys. 94 (12), 7941-7943 (2003).
- Nichols, W. T., Sasaki, T., Koshizaki, N. Laser ablation of a platinum target in water I. Ablation mechanisms. J Appl Phys. 100 (11), 114911 (2006).
- Povarnitsyn, M. E., Itina, T. E., Levashov, P. R., Khishchenko, K. V. Mechanisms of nanoparticle formation by ultra-short laser ablation of metals in liquid environment. Phys Chem Chem Phys. 15 (9), 3108-3114 (2013).
- Mortazavi, S. Z., Parvin, P., Reyhani, A., Golikand, A. N., Mirershadi, S. Effect of Laser Wavelength at IR (1064 nm) and UV (193 nm) on the Structural Formation of Palladium Nanoparticles in Deionized Water. J Phys Chem C. 115 (12), 5049-5057 (2011).
- Kim, J., Reddy, D. A., Ma, R., Kim, T. K. The influence of laser wavelength and fluence on palladium nanoparticles produced by pulsed laser ablation in deionized water. Solid State Sci. 37, 96-102 (2014).
- Mortazavi, S. Z., Parvin, P., Reyhani, A., Mirershadi, S., Sadighi-Bonabi, R. Generation of various carbon nanostructures in water using IR/UV laser ablation. J Phys D: Appl Phys. 46 (16), 165303 (2013).
- Hunter, B. M., et al. Highly active mixed-metal nanosheet water oxidation catalysts made by pulsed-laser ablation in liquids. J Am Chem Soc. 136 (38), 13118-13121 (2014).
- Momma, C., et al. Short-pulse laser ablation of solid targets. Opt Commun. 129 (1), 134-142 (1996).
- Sonntag, S., Roth, J., Gaehler, F., Trebin, H. R. Femtosecond laser ablation of aluminium. Appl Surf Sci. 255 (24), 9742-9744 (2009).
- Yamashita, Y., Yokomine, T., Ebara, S., Shimizu, A. Heat transport analysis for femtosecond laser ablation with molecular dynamics-two temperature model method. Fusion Eng Des. 81 (8), 1695-1700 (2006).
- Zhigilei, L. V., Lin, Z., Ivanov, D. S. Atomistic modeling of short pulse laser ablation of metals: connections between melting, spallation, and phase explosion. J Phys Chem C. 113 (27), 11892-11906 (2009).
- Schmidt, M., et al. Lasers in Manufacturing 2011 - Proceedings of the Sixth International WLT Conference on Lasers in Manufacturing Metal Ablation with Short and Ultrashort Laser Pulses. Physics Procedia. 12, 230-238 (2011).
- Azam, A., Ahmed, A. S., Oves, M., Khan, M. S., Memic, A. Size-dependent antimicrobial properties of CuO nanoparticles against Gram-positive and-negative bacterial strains. Int. J. Nanomed. 7, 3527-3535 (2012).
- Ivask, A., et al. Size-dependent toxicity of silver nanoparticles to bacteria, yeast, algae, crustaceans and mammalian cells in vitro. PLoS One. 9 (7), e102108 (2014).
- Kim, T. H., et al. Size-dependent cellular toxicity of silver nanoparticles. J Biomed Mater Res A. 100 (4), 1033-1043 (2012).
- Raghupathi, K. R., Koodali, R. T., Manna, A. C. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles. Langmuir. 27 (7), 4020-4028 (2011).
- Plech, A., Kotaidis, V., Gresillon, S., Dahmen, C., von Plessen, G. Laser-induced heating and melting of gold nanoparticles studied by time-resolved x-ray scattering. Phys Rev B. 70 (19), 195423 (2004).
- Takami, A., Kurita, H., Koda, S. Laser-Induced Size Reduction of Noble Metal Particles. J Phys Chem B. 103 (8), 1226-1232 (1999).
- Kamat, P. V., Flumiani, M., Hartland, G. V. Picosecond Dynamics of Silver Nanoclusters. Photoejection of Electrons and Fragmentation. J Phys Chem B. 102 (17), 3123-3128 (1998).
- Yamada, K., Tokumoto, Y., Nagata, T., Mafune, F. Mechanism of laser-induced size-reduction of gold nanoparticles as studied by nanosecond transient absorption spectroscopy. J Phys Chem B. 110 (24), 11751-11756 (2006).
- Pecora, R. Dynamic Light Scattering Measurement of Nanometer Particles in Liquids. J. Nanoparticle Res. 2 (2), 123-131 (2000).
- Pyrz, W. D., Buttrey, D. J. Particle size determination using TEM: a discussion of image acquisition and analysis for the novice microscopist. Langmuir. 24 (20), 11350-11360 (2008).
- Ratti, M., et al. Irradiation with visible light enhances the antibacterial toxicity of silver nanoparticles produced by laser ablation. Appl Phys A. 122 (4), 1-7 (2016).
- Sajti, C. L., Sattari, R., Chichkov, B. N., Barcikowski, S. Gram Scale Synthesis of Pure Ceramic Nanoparticles by Laser Ablation in Liquid. J Phys Chem C. 114 (6), 2421-2427 (2010).
- Streubel, R., Barcikowski, S., Gokce, B. Continuous multigram nanoparticle synthesis by high-power, high-repetition-rate ultrafast laser ablation in liquids. Opt Lett. 41 (7), 1486-1489 (2016).
- Streubel, R., Bendt, G., Gokce, B. Pilot-scale synthesis of metal nanoparticles by high-speed pulsed laser ablation in liquids. Nanotechnology. 27 (20), 205602 (2016).
