Waiting
Login processing...

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

Chemistry

ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס

Published: February 11, 2018 doi: 10.3791/56657
Automatic Translation
1,2,3, 1,2,3, 1,2,3, 1,2,3, 1,2,3,4, 1,2,3, 1,2,3, 1,2,3, 1,2,3, 1,2,3
1Department of Biomedical Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 2Institute of Materials Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 3Collaborative Innovation Center of Chemistry for Life Sciences, Nanjing University, 4Department of Chemistry, Western Washington University

Summary

העבודה הנוכחית מתאר שיטה כדי לפברק nanocrystals micellar, שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. שיטה זו משלבת ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטת ייצור רציפה במידה רבה, יכול לייצר מוצרים באיכות גבוהה, הנו אמצעי זול של מבנה השליטה.

Abstract

Micellar nanocrystals (הקזאין עם nanocrystals שעברו אנקפסולציה) הפכו שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. אנו מתארים שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטה זו כרוכה קודם באמצעות ספקטרומטריית electrospray כדי להפיק טיפות נוזל אחיד חדה במיוחד, שכל אחת מהן מתפקדת גם מיקרו-הכור בו הרכבה עצמית התגובה מתרחשת nanocrystals micellar ויוצרים, עם המבנים (מיצלה הצורה ואת nanocrystal כימוס) שבשליטת הממס האורגני בשימוש. שיטה זו היא רציפה במידה רבה ומייצרת מוצרים micellar nanocrystal באיכות גבוהה עם מבנה זול בקרת גישה. על ידי שימוש של מים-miscible tetrahydrofuran ממס אורגני (THF), בצורת תולעת nanocrystals micellar יכול להיות מיוצר עקב מיצלה הממס המושרה/הקלו פיוז'ן. לעומת nanocrystals micellar כדורית נפוצות, בצורת תולעת nanocrystals micellar יכולים להציע ממוזער ספיגת הסלולר לא ספציפית, ובכך שיפור המיקוד ביולוגי. על ידי שיתוף לבצע nanocrystals מרובים לתוך כל מיצלה, אפקטים משולבות או סינרגטי יכולה להיות מושגת. מגבלות הנוכחי של שיטה זו פבריקציה נוספת, אשר יהיה חלק מעבודת בעתיד, לכלול בעיקר כימוס לא מושלם את המוצר micellar nanocrystal ואת הטבע שהיישום רציפה של התהליך.

Introduction

Nanocrystals נקודות קוונטיות מוליכים למחצה (QDs) ו תחמוצת ברזל פאראמגנטי חלקיקים (SPIONs) הראו פוטנציאל גדול עבור ביולוגי זיהוי, הדמיה, מניפולציה, ו טיפול1,2, 3,-4,-5,-6. לבצע אחת או יותר nanocrystals לתוך מיצלה כבר שיטה הנפוצה nanocrystals ממשק עם סביבות ביולוגית3,6. (הקזאין עם nanocrystals encapsulated) וכך נוצר nanocrystals micellar הפכו שיעור המתעוררים של nanobiomaterials7,8,9,10. שיטות נפוצות כדי לפברק הקזאין הכומסים חומרים שונים (למשלnanocrystals, מולקולה קטנה תרופות, צבעים) כוללים הסרט הידרציה, דיאליזה ואחרים מספר7,11.

העבודה הנוכחית מתאר שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ושליטה בתיווך הממס מבנית. בהשוואה לשיטות ייצור אחרות micellar nanocrystals, השיטה שלנו מציע מספר תכונות מועילות: (1) הוא תהליך ייצור רציפה במידה רבה. תכונה זו היא בעיקר בשל העובדה כי ספקטרומטריית electrospray משמשת השיטה שלנו כדי ליצור אמולסיה טיפות. לעומת זאת, שיטות אחרות להשתמש vortexing או sonication כדי ליצור אמולסיה טיפות, ובכך תהליכי אצווה אלה שיטות הטבע12. (2) הוא התוצאה מוצרים עם מים גבוה-dispersibility מעולה colloidal ויציבות ללא פגע תפקודים פיזיים של nanocrystals שעברו אנקפסולציה. תהליך זה יכול לעיתים קרובות לתת מוצרים עם איכות מעולה בהשוואה לשיטות כימוס מיצלה אחרות, במידה רבה בגלל ספקטרומטריית electrospray יכול ליצור אמולסיה חדה במיוחד ואחידה טיפות. (3) המבנים של המוצרים, לרבות צורת מיצלה ומספר nanocrystals שעברו אנקפסולציה, יכול להיות נשלט על ידי הממס, שהוא הרבה יותר זול לעומת דרכים אחרות של פקד כגון שינוי של פולימרים amphiphilic בשימוש, והוא יכול לייצר לא רק את הצורה מיצלה כדורית זמין נפוץ אבל תולעת מיצלה צורה באמצעות היתוך מיצלה13. וכך נוצר בצורת תולעת micellar nanocrystals נמצאים להציע באופן משמעותי מופחתת ספיגת הסלולר שאינם ספציפיים מאשר עמיתיהם הכדורית13. מצד שני, זה שווה הצבעה כי שיטה זו מחייבת את ההתקנה של המכשיר ספקטרומטריית electrospray, אשר היא דורשת מעט יותר מבחינה טכנית (למרות רחוק אוסרני) מאשר הצורך במכשור בשיטות אחרות.

שיטת ייצור כרוכה קודם יצירת חדה במיוחד טיפות (בדרך כלל שמן בתוך מים אמולסיה) נוזלי עם גודל אחיד על ידי ספקטרומטריית electrospray, ואחריו אידוי של הממס האורגני וכתוצאה הרכבה עצמית כדי ליצור micellar nanocrystals (איור 1 ). הגדרת ספקטרומטריית electrospray יש תצורה קואקסיאליים באמצעות מחטים קונצנטריים: שלב שמן, אשר מכיל copolymers בלוק amphiphilic nanocrystals הידרופובי מומס הממס האורגני, מועבר המחט הפנימי (27 G מפלדת נים ) עם מזרק משאבה; שלב מים, אשר מכיל של חומרים פעילי שטח מומס במים, מועברת המחט החיצוני (20 גרם-נירוסטה משולשת מחבר) עם מזרק משאבה שנייה. מתח גבוה מוחל על הצינור קואקסיאליים. טיפות חדה במיוחד עם מדים גדלים נוצרים עקב כוח אלקטרודינמי התגברות על פני וסטרס אינרציאלית בתוך הנוזל. לכל droplet מתפקד למעשה 'מיקרו-כור', שבה, על סילוק הממס האורגני על ידי אידוי, הרכבה עצמית 'תגובה' מתרחשת באופן ספונטני עקב אינטראקציות הידרופוביות. באמצעות ממיסים אורגניים שונים מוביל מבנים שונים של micellar nanocrystals: כלורופורם ממס אורגני מים-immiscible מוביל לצורה כדורית מיצלה, בזמן הממס האורגני מים-miscible THF עם זמן תגובה ארוך שמוביל תולעת מיצלה צורה יחד עם עיטוף nanocrystal משופר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

התראה: עקב השימוש של ממיסים אורגניים, כל הפעולות שצריך לעשות בשכונה fume כימי. עקב השימוש של מתח חשמלי גבוה, להימנע ממגע הגוף עם המנגנון כאשר הזרם מופעל. השתמש כל נוהלי בטיחות המתאימים כגון שימוש ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, מכנסיים באורך מלא, ונעליים סגורות). עיין גליונות נתונים כל בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS).

1. כיוונון של חומרים

  1. כדי להכין פתרון QD, להמיס 10 מ ג QDs הידרופובי (פליטת פלורסנט שיא גל = 605 ננומטר, משמש מודל nanocrystals כאן) ב- 20 מ ל ממס אורגני (כלורופורם לייצור צורה כדורית מיצלה או THF להפקת תולעת מיצלה צורה), מערבולת 20 s.
  2. כדי להכין פתרון PS-יתד, להמיס 100 מ ג PS-יתד (קטע קופולימר block amphiphilic, עם קטע 9.5 kDA PS ו- kDA 18.0 פג) ב- 10 מ"ל ממס אורגני (כלורופורם לייצור צורה כדורית מיצלה או THF להפקת תולעת מיצלה צורה). לערבב הפתרון על-ידי vortexing עבור 1 דקות (כלורופורם) או אמבטיה sonicate למשך 2 דקות (THF).
  3. לערבב 1 מיליליטר QD פתרון, פתרון PS-יתד 1 מ"ל, מערבולת עבור מינימלית 1 להוסיף את התערובת מזרק א המזרק עשוי PTFE.
  4. כדי להכין פתרון PVA, להמיס 400 מ"ג PVA (kDa 13-23, 87-89% הידרוליזה) 10 מ"ל מים באמבט מים מחומם ב 60-80 מעלות צלזיוס במשך 4-5 ח' אפשר הפתרון PVA להתקרר לטמפרטורת החדר לפני השימוש.
  5. הוסף 5 מ של פתרון PVA מזרק B... המזרק עשוי PTFE.

2. התקנה של ציוד

  1. הכנס את נימי הפנימי לתוך מכלול נימי החיצוני, להבריג בעדינות עמדה. לא על הדק. איור 2 מציג את התצורה הכללית של מערכת ספקטרומטריית electrospray קואקסיאלי. המחט הפנימי נימי נים נירוסטה G 27 (הקוטר החיצוני 500 מיקרומטר; הקוטר הפנימי 300 מיקרומטר), המחט החיצוני הוא מחבר 3 חלקים פלדת 20 גרם (הקוטר החיצוני 1,000 מיקרומטר; מיקרומטר 500 הקוטר הפנימי). הצנרת PTEE בשימוש כולל של הקוטר הפנימי של 1.8 מ מ.
  2. לטעון את המזרק A-A מזרק משאבה כמוצג באיור2. להתחבר מזרק א' נימי מפלדת הפנימי של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE.
  3. לטעון את המזרק B מזרק משאבה ב' כפי שמוצג באיור2. להתחבר מזרק B נימי מפלדת החיצוני של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE.
  4. מיקום הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray עצה כ 0.8 ס מ מעל טבעת פלדה ארציים (בקוטר של 1.5 ס מ).
  5. במקום אוסף זכוכית מגישים כ 10 ס מ מתחת הצינור קואקסיאליים.
  6. באספקת החשמל מכובה, לחבר את החוט הקרקע (החוט השחור באיור2) טבעת פלדה מקורקע.
  7. באספקת החשמל מכובה, להתחבר למסוף חיובית (חוט אדום באיור2) של ספק הזרם המחט הפנימי של הצינור קואקסיאליים באמצעות קליפ מתכת תנין.

3. הפקת Micellar Nanocrystals

  1. הגדר את המהירות של מזרק משאבה א 0.6 מ"ל/h.
  2. הגדר את המהירות של מזרק משאבה B 1.5 mL/h.
  3. להתחיל שתי משאבות מזרק ולחכות שיעוריהם זרימה המתאימים לייצב. טיפות ויוצרים על הצינור בקצב קבוע עולה קצב זרימה יציבה. זו בדרך כלל מתרחשת בתוך 60 s לאחר הפעלת משאבות מזרק.
    הערה: צריך להיות שם אין בועות הצנרת, טיפות צריך טופס-הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray.
  4. הפעל את ספק הכוח כדי להחיל מתח גבוה חיובית על הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray. התאם את מתח המופעל בטווח של 5 – 9 kV, עד קעורה קונוס-סילון (קרי, מטוס מתכנסת, הידוע בכינויו 'קונוס טיילור') הוא ציין בקצה הצינור קואקסיאליים (כפי שמוצג על שיבוץ של איור 3a).
    התראה: הקפד לא לגעת ספקטרומטריית electrospray זרבובית כאשר מתח גבוה מוחל. בצע זהירות מתאימים.
    הערה: לא מספיק מתח המופעל תגרום טיפות ויוצרים בקצה הצינור (כפי שמוצג על שיבוץ של איור 3b), בעוד גבוה מדי של מתח המופעל יגרום קשת חשמלית בין הצינור והטבעת פלדה מקורקע.
  5. לאחר קונוס טיילור יציב (איור 3 א) התקבל, להוסיף 10 מ ל יונים מים תבשיל אוסף נקי ולהחליף את המנה אוסף זכוכית בכיוונון. המנה החדשה תאסוף את המוצר micellar nanocrystal.
  6. להפעיל את תהליך הייצור micellar nanocrystal עבור משך זמן מסוים (במשך כ 40 דקות לייצור צורה כדורית מיצלה או כ 90 דקות להפקת תולעת מיצלה צורה). ואז להסיר את המנה אוסף מ מתחת הזרבובית ספקטרומטריית electrospray.
  7. לעצור את משאבת מזרק A ו- b
  8. לבטל את אספקת חשמל של מתח גבוה.
  9. לאפשר הממס האורגני מתמוססות (בשכונה fume) מתוך קערה חשפו אוסף בן לילה.
    הערה: אם לשפוט לפי התוצאות אפיון של המוצרים micellar nanocrystal, אידוי בן לילה מספיקה להסרת הממס האורגני להשיג מוצרים עם איכות טובה.
  10. לבסוף, העברת המוצר micellar nanocrystal שפופרת צנטרפוגה 15 מ"ל אפיון (למשל, ספקטרוסקופיה פלורסנט, פיזור אור דינאמי, במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים, וניתוח תרמית), יישום או אחסון. לאחסן את המוצר הסופי nanocrystal micellar במקרר-4 מעלות צלזיוס.
    הערה: המוצר יכול להישאר יציבים תחת תנאי אחסון זה למשך חודש אחד לפחות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מראה סכימטי סיכום השליטה של מבנים (צורה, כימוס) של micellar nanocrystals על-ידי הממס האורגני המשמשים בתהליך הייצור. בקצרה, דיכלורומתאן מוביל הקזאין כדורית עם אין ומגעים nanocrystals; כלורופורם מוביל הקזאין כדורית עם מספר נמוך כימוס nanocrystals; THF מוביל הקזאין כדורית עם מספר גבוה כימוס nanocrystals על זמן תגובה קצר בצורת תולעת הקזאין עם מספר גבוה כימוס nanocrystals בבית הרבה זמן התגובה, בהתאמה.

Nanocrystals micellar עם צורה כדורית המיוצר באמצעות כלורופורם כמו הממס האורגני יש גודל החלקיקים של ~ 35 nm (על-ידי במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM); איור 3a). שיטת המפתח בקרת איכות כדי להבטיח הפקה מוצלחת היא באמצעות קונוס טיילור: התאמת את המתח בטווח של 5 – 9 kV עד קעורה חרוט מטוס (טיילור חרוט) נוצר, שמבטיח היווצרות 'המיקרו-הכורים' שבו הרכבה עצמית ' תגובת ' מתרחשת (איור 3 א). כמו השוואה, איור 3b מראה תמונה של הופעת זרימת הנוזל בקצה הצינור ואת תמונת TEM של המוצרים כאשר קונוס טיילור לא נוצר כראוי.

תולעת מיצלה צורה המיוצר על-ידי שימוש THF מים-miscible של הממס האורגני. THF יכול לגרום/להקל הפיוז'ן של הקזאין כדורית, ויוצרים צורה תולעת (איור 4)13. איור 4a, 4b איור ואיור 4 c TEM שהתמונות יוצגו המוצרים בזמנים הייצור של 30 דקות, 60 דקות, 90 דקות, בהתאמה. ניתן לראות באיור 4 כי זמן ייצור מוגבר מוביל nanocrystals micellar בצורת תולעת רב יותר ויותר, כי על ידי 90 דקות nanocrystals micellar כמעט כל נמצאות במצב תולעת. בנוסף, nanocrystal אנקפסולציה בתוך מיצלה היא גם משופרת על-ידי שימוש THF הממס האורגני.

Figure 1
איור 1: סכמטי של תהליך היצור של micellar nanocrystals שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס. באמצעות דיכלורומתאן מוביל הקזאין כדורית ריק (כדורית הקזאין עם אין ומגעים nanocrystals); באמצעות כלורופורם מוביל הקזאין כדורית עם מספר נמוך כימוס של nanocrystals; באמצעות THF מוביל הקזאין כדורית עם מספר גבוה כימוס של nanocrystals על זמן תגובה קצר בצורת תולעת הקזאין עם עיטוף גבוהה מספר nanocrystals בבית הרבה זמן התגובה, בהתאמה. איור זה שונה מדינג. et al. 13 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: סכימטי של המכשיר פבריקציה נוספת של micellar nanocrystals. התרשים מראה על התצורה הכללית של מערכת ספקטרומטריית electrospray קואקסיאלי מורכב בעיקר לארבעה חלקים: זרבובית קואקסיאליים 1) ואת טבעת פלדה, זכוכית 2) אוסף צלחת, 3) מזרק משאבת, משאבת מזרק B. אספקת חשמל מתח גבוה 4). 1) קצה הזרבובית קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray ממוקמת כ 0.8 ס מ מעל טבעת פלדה מקורקע. 2) המנה אוסף זכוכית ממוקמת כ 10 ס מ מתחת הצינור קואקסיאליים. 3) על משאבת מזרק, מזרק A מחובר את נימי מפלדת הפנימי של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE להחלת QD פתרון והפתרון PS-יתד. על משאבת מזרק B, B המזרק מחובר את נימי מפלדת החיצוני של הצינור קואקסיאליים ספקטרומטריית electrospray באמצעות צינורות PTFE כדי להחיל פתרון PVA. 4) למסוף חיובית של ספק הכוח (חוט אדום) מחובר המחט הפנימי של הצינור קואקסיאליים בעוד הכבל הקרקע (החוט השחור) מחוברת לטבעת פלדה מקורקע, הטווח של מתח הוא +5-9 kV. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: nanocrystals Micellar עם צורה כדורית המיוצר על ידי שילוב ספקטרומטריית electrospray, הרכבה עצמית, כלורופורם כמו הממס האורגני, עם נאות טיילור חרוט היווצרות בקצה הצינור קואקסיאליים כשיטה בקרת איכות מפתח. () TEM תמונה של המוצר לאחר תהליך הפקה מוצלחת. שיבוץ: מראה מעוצב-כראוי חרוט טיילור בקצה הצינור קואקסיאליים. (b) TEM תמונה של המוצר לאחר תהליך הייצור לא מוצלח. שיבוץ: מראה מעוצב-באופן לא תקין חרוט טיילור בקצה הצינור קואקסיאליים. איור זה שונה מדינג. et al. 13 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: nanocrystals Micellar בצורת תולעת המיוצר על ידי שילוב ספקטרומטריית electrospray, הרכבה עצמית, THF כמו הממס האורגני. () TEM תמונה של המוצר לאחר התגובה עבור תמונת TEM 30 דקות (b) של המוצר לאחר התגובה עבור תמונת TEM 60 דק (c) של המוצר לאחר התגובה במשך 90 דקות (d) מפרטים טכניים מציג את המנגנון של היווצרות בצורת תולעת הקזאין מאת THF. איור זה שוחזר מ דינג. et al. 13 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שיטת ייצור micellar nanocrystals תיאר מתנת העבודה משלב מלמעלה ספקטרומטריית electrospray, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ושליטה ממס מבוסס מבנה. שיטה יעילה ונוחה בקרת איכות היא להשתמש קונוס טיילור הקימו בקצה הצינור קואקסיאליים. זה בגלל קונוס טיילור בנוי כהלכה מצביעה על איזון (או ליד היתרה) בין כוח חשמלי מתח פנים, אשר בתורו מציין מצליח היווצרות מיקרו-כורים (טיפות חדה במיוחד אחיד) בשביל התגובה הרכבה עצמית להתרחש באופן ספונטני. בכל מקרה שבו קונוס טיילור לא נוצר כראוי, אחד מומלץ להתאים את המתח של ספק הזרם ושיעורי זרימה של משאבות מזרק, בעוד ולהבטיח את המרחק בין קצה הזרבובית קואקסיאליים והטבעת פלדה מקורקע הוא מתאים, עד בנוי כהלכה טיילור חרוט הוא ציין. גישה אחת להשגת קונוס טיילור יציבה היא להגדיל את מתח גבוה עד שהאלקטרונים מתחילים הפרוסים כקשת בין קצה הזרבובית ספקטרומטריית electrospray את טבעת פלדה מקורקע. בשלב זה, להפחית את המתח ספקטרומטריית electrospray על ידי 0.5-1.5 kV, אין הפרוסים כקשת מתרחשת. אם קונוס טיילור יציב הוא עדיין לא סיים להתפתח, להתבונן בזהירות המתעוררים נוזלי מהקצה זרבובית. אם טיפות של נוזל מופיעים בצורה אקראית, להקטין באופן שיטתי את תעריפי זרימה של משאבת מזרק עד קונוס טיילור יציב הוא ציין. אם אין טיפות הם נצפו בקצה הצינור, באופן שיטתי להעלות את תעריפי זרימה של משאבות מזרק עד קונוס טיילור יציב נצפית. בנוסף, המרחק בין קצה הזרבובית קואקסיאליים המנה איסוף המוצר צריך להיות מתוחזק לפי שווי נאות. אם המרחק קטן מדי, האידוי של הממס האורגני יכול להיות איטי מדי ולא תהליך היווצרות micellar nanocrystal יכול להיות מושפעים לרעה; מצד שני, אם המרחק הוא גדול מדי, כמות גדולה של חומרים יכול לאבד בצורת תרסיס במהלך תהליך הייצור. בסופו של דבר, ריכוזי פולימרים QDs צריך להישמר ערכים נאותה. אם ריכוז פולימר נמוכה מדי, מיצלה לא עלולה להיווצר בגלל ריכוז קריטי הפולימר צריך להגיע על היווצרות מיצלה; אם ריכוז פולימר הוא גבוה מדי, כמעט כל הקזאין שנוצר יהיה הקזאין ריק. באופן דומה, אם ריכוז QD נמוכה מדי, כמעט כל הקזאין נוצר יהיה ריק הקזאין. אם ריכוז QD גבוהה מדי, QDs רבים לא מקופל לתוך הקזאין.

Nanocrystals micellar המיוצר יכולות להיות nanocrystals מרובים בכל מיצלה, המתיר רב תכליתיים (למשלקרינה פלואורסצנטית והן מגנטיות כאשר QDs ו SPIONs הם שיתוף שעברו אנקפסולציה) או אפקטים סינרגטי (למשל, שינוי צבע ננו-חלקיק מורכב נוצר על ידי שיתוף לבצע QDs עם שני צבעים שונה פלורסנט)8,9,10,14,15,16,17 ,18. שיטת הייצור יכול לחול גם על לתמצת חומרים ננו אחרים כגון פחמן nanorods זהב. הקזאין בצורת תולעת יכול להציע ממוזער ספיגת הסלולר לא ספציפית, ובכך שיפור ביולוגית מיקוד13. המוצרים micellar nanocrystal יכול להיות מצומדת בקלות עם מגוון רחב של מולקולות תוך שימוש בטכניקות bioconjugation ומבוססת, ניתן להחיל הדמיה ביולוגי, זיהוי, מניפולציה של טיפול.

תהליך ייצור הנוכחי מאפשר ייצור של כדוריות והן בצורת תולעת nanocrystals micellar. תולעת-צורה יכולה להיות מושגת על ידי שימוש THF הממס האורגני הרבה זמן התגובה. בנוסף, זה היה גם ציין כי כאשר ריכוז גבוה פולימר (למשל, 20 מ"ג/מ"ל בפרוטוקול לעיל) שימש, אפילו על זמן תגובה קצר (עם THF כמו הממס האורגני), כמה הקזאין בצורת תולעת יכול להיווצר. עם זאת, שימוש כזה ריכוז גבוה פולימר יכול בקלות להוביל צבירה.

מגבלה של תהליך ייצור הנוכחי הוא העטיפה nanocrystal בתוך מיצלה הוא עדיין מוגבל (עם THF כמו הממס האורגני האחוז של הקזאין ריק הוא ~ 50%, אחוז הקזאין עם שניים או יותר nanocrystals אנקפסולציה ~ 20%, עם הכלורופורם כמו הממס האורגני האחוז של הקזאין ריק ~ 80% ויש אחוז הקזאין עם שניים או יותר nanocrystals כמוס הוא ~ 10%)13, למרות זה בדרך כלל נותן nanocrystal משופר כימוס אפקטים לעומת בשיטת הידרציה לקולנוע קונבנציונאלי (נותן > 80% לרוקן הקזאין באמצעות תנאים דומים גשמי בדיקות שנערכו במעבדה שלנו). ביסודו, מגבלה זו בשל העובדה כי, לעומת צבעי מולקולה קטנה, סמים, nanocrystals מגושם יותר, ובכך מוגבלות במחיר התחבורה. במילים אחרות, העטיפה nanocrystal מוגבל על ידי קינטיקה ולא תרמודינמיקה13. השפעת הגבלת תעבורה במיוחד מבוטא כאשר אובייקטים גדולים (ב nanocrystals במקרה הזה עם כמה ננומטר בקוטר) כמוסות לתוך כמוסות קטנות (ב הקזאין במקרה הזה עם ~ 35 nm בקוטר). לפיכך, ושיפור כימוס nanocrystal יהיה יעד מרכזי של העבודה בעתיד. מגבלה נוספת של תהליך ייצור הנוכחי הוא כי זה עדיין לא רציף לחלוטין. זה בעיקר בגלל החלק איסוף המוצר של התהליך היא עדיין תהליך אצווה בטבע, אשר להיות מטופלת בגירסה משופרת של התהליך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים לאשר בתודה התמיכה הכלכלית של פרס "אלף כישרונות הכללית צעירים" של הממשלה הסינית המרכזית, פרס "שואנג צ'ואנג" מן הממשלה המחוזית ג'יאנגסו, קרן הזנק-המכללה האקדמית להנדסה, יישומי מדעי, אוניברסיטת נאנג'ינג, סין, פרס מטעם "טיאן-די" קרן, גרנט מ עדיפות אקדמי תוכנית פיתוח קרן של ג'יאנגסו להשכלה גבוהה מוסדות (משטרת משמר החופים), מענק של הקרן מדעי הטבע במחוז ג'יאנגסו.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hydrophobic quantum dots Ocean Nanotech QSP Solid hydrophobic CdSe/ZnS quantum dots. Peak fluorescence emission wavelength is 605 nm.
Poly(styrene)-b-poly(ethylene glycol) (PS-PEG) Sigma-Aldrich 666476-500MG Molecular weight of PS segment is 9.5 kDa and that of PEG segment is 18.0 kDa.
Poly(vinyl alcohol) (PVA) Sigma-Aldrich 363170-500G Molecular weight 13–23 kDa, 87–89% hydrolyzed.
Tetrahydrofuran (THF) Sinopharma Chemical Reagent 80124418
Chloroform Sinopharma Chemical Reagent 40007960
Syringe pumps Bao Ding Shen Chen SPLab01
Tubing Shanghei Lai Xing 2 mm outer diameter and 1.8 mm inner diameter PTFE tubing.
Syringes Yi Ming 5.CC 5 mL disposable syringe made of PTFE.
High voltage power supply Dong Wen DW Series Direct current power supply (0–50 kV range).
Electrospray coaxial nozzle Hunan Chang Sha Na Yi Stainless steel assembly. Inner capillary needle was a 27 gauge (outer diameter 500 μm; inner diameter 300 μm). Outer capillary was a 20 gauge (outer diameter 1,000 μm; inner diameter 500 μm).
Vortexer Xi'an HEB Biotechnology Co., Ltd. China MX-S MX-S with wide speed range of 0–2,500 rpm, stepless speed regulation, touch and continuous operations.
Steel ring Yiwu Wan Tu Rings with a range of diameters (0.8–1.8 cm) can be constructued. For example, a 1.3 cm diameter ring was constructed by curling an approximately 25 cm (length) of 0.5-mm diamter (24 gauge, AWG) steel wire.
Glass collecting dish Grainger 1u5084 25-mm height and 120-mm diameter glass dish.
15 mL centrifuge tube Jiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd. X-407 Centrifuge tube is made of transparent polypropylene (PP).

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
  2. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  3. Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
  4. Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
  5. Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
  6. Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
  7. Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
  8. Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
  9. Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
  10. Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
  11. Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
  12. Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434 (2017).
  13. Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
  14. Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
  15. Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
  16. Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
  17. Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
  18. Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).

Tags

כימיה גיליון 132 מיצלה ננו-חלקיק ספקטרומטריית electrospray תולעת הממס מיקוד משולבים nanomaterial נקודה קוונטית מגנטי ננו-חלקיק
ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ding, X., Sun, Y., Chen, Y., Ding,… More

Ding, X., Sun, Y., Chen, Y., Ding, W., Emory, S., Li, T., Xu, Z., Han, N., Wang, J., Ruan, G. Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control. J. Vis. Exp. (132), e56657, doi:10.3791/56657 (2018).

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