Summary
Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode um Mizellen Nanokristalle, einer neuen großen Klasse von Nanobiomaterials zu fabrizieren. Diese Methode verbindet Elektrospray Top-Down, Bottom-up-Selbstmontage, und lösemittelhaltige Strukturkontrolle. Das Herstellungsverfahren ist weitgehend kontinuierlich, qualitativ hochwertige Produkte zu produzieren und besitzt eine kostengünstige Mittel zur Strukturkontrolle.
Abstract
Mizellen Nanokristalle (Mizellen mit gekapselten Nanokristalle) sind eine aufstrebende große Klasse von Nanobiomaterials geworden. Wir beschreiben eine Methode zur Herstellung von Mizellen Nanokristalle anhand der Kombination von Top-Down-Elektrospray, Bottom-Up-Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle. Bei dieser Methode wird zuerst mit Electrospray um einheitliche ultrafeine Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen, von denen jede fungiert als Mikro-Reaktor in der Selbstmontage Reaktion bilden Mizellen Nanokristalle mit den Strukturen (Micelle Form und Nanocrystal auftritt Kapselung) gesteuert durch das organische Lösungsmittel verwendet. Diese Methode ist weitgehend kontinuierlich und produziert qualitativ hochwertige Mizellen Nanocrystal Produkte mit einem kostengünstigen Struktur Kontrollansatz. Durch die Verwendung einer Wasser mischbar organische Lösungsmittel Tetrahydrofuran (THF), können Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch Lösungsmittel-induzierte/erleichtert Micelle Fusion hergestellt werden. Verglichen mit der gemeinsamen sphärischen Mizellen Nanokristalle, bieten Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle minimierte unspezifische zelluläre Aufnahme, wodurch biologische Ausrichtung. Durch Co Kapseln mehrere Nanokristallen in jede Micelle, können multifunktionale oder synergistische Wirkungen erreicht werden. Aktuelle Einschränkungen dieses Herstellungsverfahren, die Bestandteil der zukünftigen Arbeit sein wird, gehören vor allem unvollkommenen Kapselung in Mizellen Nanocrystal Produkt und unvollständig kontinuierlichen Charakter des Prozesses.
Introduction
Nanokristalle wie Halbleiter-Quantenpunkte (QDs) und superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Mondfotos) zeigten großes Potenzial für biologische Detektion, Bildgebung, Manipulation und Therapie1,2, 3,4,5,6. Kapselung von einem oder mehreren Nanokristallen in einer Micelle ist eine weit verbreitete Methode zur Schnittstelle Nanokristalle mit biologischen Umgebungen3,6gewesen. Die so gebildeten Mizellen Nanokristalle (Mizellen mit Nanokristallen gekapselt) sind eine neue Klasse von Nanobiomaterials7,8,9,10geworden. Häufig verwendete Methoden der Micellen zu fabrizieren, die verschiedenen Materialien (z.B., Nanokristalle, niedermolekulare Medikamente und Farbstoffe) Kapseln zählen Film Flüssigkeitszufuhr, Dialyse, und mehrere andere7,11.
Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mizellen Nanokristalle anhand der Kombination von Top-Down-Elektrospray, Bottom-Up-Selbstmontage und Lösungsmittel-vermittelten strukturelle Kontrolle. Im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden von Mizellen Nanokristallen, unsere Methode bietet mehrere positive Eigenschaften: (1) Es ist ein weitgehend kontinuierlichen Produktionsprozess. Diese Funktion ist vor allem auf der Tatsache, dass Elektrospray in unserer Methode verwendet wird, um die Emulsion Tröpfchen bilden. Im Gegensatz dazu verwenden einige andere Methoden aufschütteln oder Beschallung Emulsion Tröpfchen, wodurch diese Methoden-Batch-Prozesse in der Natur12bilden. (2) es entstehen Produkte mit Hochwasser-Dispergierbarkeit, ausgezeichnete kolloidale Stabilität und intakten Körperfunktionen von gekapselten Nanokristallen. Dieser Prozess kann oft Produkte mit höchster Qualität im Vergleich mit anderen Micelle Kapselung Methoden, zu einem großen Teil, weil Elektrospray ultrafeine und einheitliche Emulsion Tröpfchen bilden kann geben. (3) die Strukturen der Produkte, einschließlich Micelle Form und Anzahl der gekapselten Nanokristalle, gesteuert durch das Lösungsmittel, das wesentlich preiswerter im Vergleich mit anderen Möglichkeiten der Kontrolle z. B. Ändern der amphiphilen Polymeren verwendet, und produzieren nicht nur die gängigen sphärische Micelle Form sondern Endlosschraube-wie Micelle Form über Micelle Fusion13. Die so gebildeten Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle befinden sich stark bieten unspezifische zelluläre Aufnahme als kugelförmige Entsprechungen13reduziert. Auf der anderen Seite lohnt es sich, darauf hinzuweisen, dass diese Methode das Setup von einem Elektrospray-Gerät voraussetzt (obwohl bei weitem nicht unerschwinglich) etwas mehr technisch anspruchsvoller ist als das Bedürfnis der Instrumentation in den anderen Methoden.
Das Herstellungsverfahren umfasst zunächst ultrafeine Flüssigkeitströpfchen (oft Öl-in-Wasser-Emulsion) mit einheitlichen Größen bis Elektrospray, gefolgt von Verdampfung des organischen Lösungsmittel Selbstmontage Mizellen Nanokristalle (Abbildung 1 bilden wiederum erzeugen ). Das Elektrospray-Setup verfügt über eine koaxiale Konfiguration mit konzentrischen Nadeln: die Öl-Phase, die amphiphile Blockcopolymere und hydrophoben Nanokristalle gelöst in organischen Lösungsmittel enthält, wird auf die innere Nadel (27 G Edelstahl-Kapillare geliefert ) mit einer Spritzenpumpe; die Wasserphase, die ein Tensid in Wasser gelöst enthält, wird die äußere Nadel (20 G Edelstahl-Dreiwege Stecker) mit einer zweiten Spritzenpumpe geliefert. Die koaxiale Düse wird eine hohe Spannung. Ultrafeine Tröpfchen mit einheitlichen Größen werden durch elektrodynamische Kraft Überwindung Oberflächenspannung und trägen Stress in der Flüssigkeit erzeugt. Jedes Tröpfchen im Wesentlichen fungiert als "Mikro-Reaktor", in dem, nach dem Entfernen des organischen Lösungsmittels durch Verdunstung, die Selbstmontage "Reaktion" entsteht spontan durch hydrophobe Wechselwirkungen. Einsatz von verschiedenen organischen Lösungsmitteln führt zu unterschiedlichen Strukturen der Mizellen Nanokristalle: ein Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel Chloroform führt zu kugelförmig Micelle Form, während Wasser mischbar organische Lösungsmittel THF mit einer langen Reaktionszeit zur Endlosschraube-wie führt Micelle Form zusammen mit verbesserten Nanocrystal Kapselung.
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Protocol
Achtung: Durch den Einsatz von organischen Lösungsmitteln, sollte alle Vorgänge in einem chemischen Abzug erfolgen. Vermeiden Sie durch den Einsatz hoher elektrischer Spannung Körperkontakt mit dem Apparat, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist. Verwenden Sie alle entsprechenden Sicherheits-Praktiken wie die Verwendung von persönlichen Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Laborkittel, lange Hosen und geschlossene Schuhe). Finden Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB).
1. Aufbau der Materialien
- Zur Vorbereitung von QD Lösung auflösen 10 mg hydrophobe QDs (Fluoreszenz Emission Spitzenwellenlänge = 605 nm, als das Modell Nanokristalle hier verwendet) in 20 mL organische Lösungsmittel (Chloroform zur Herstellung von sphärischen Micelle Form oder THF für die Herstellung von Wurm-ähnliche Micelle Form) und Wirbel für 20 s.
- PS-PEG-Lösung vorzubereiten, auflösen 100 mg PS-PEG (amphiphile Block-Copolymer, mit 9,5 kDA PS-Segment und 18,0 kDA PEG segment) in 10 mL organische Lösungsmittel (Chloroform zur Herstellung von sphärischen Micelle Form oder THF für die Herstellung von Wurm-ähnliche Micelle Form). Mix die Lösung durch Vortexen für 1 min (Chloroform) oder Bad beschallen für 2 min (THF).
- Mix 1 mL QD Lösung und 1 mL PS-PEG-Lösung und Wirbel für 1 min. Spritze A. der Mischung hinzufügen. Die Spritze besteht aus PTFE.
- Um PVA Lösung vorzubereiten, lösen sich 400 mg PVA (13-23 kDa, 87-89 % hydrolysiert) in 10 mL Wasser in einem beheizten Wasserbad bei 60 – 80 ° C für 4 – 5 h zulassen die PVA-Lösung vor Gebrauch auf Raumtemperatur abkühlen lassen.
- B. Spritze 5 mL PVA-Lösung hinzufügen Die Spritze besteht aus PTFE.
2. Einstellung der Geräte
- Legen Sie die innere Kapillare in die äußeren Kapillaren Baugruppe und Schrauben Sie vorsichtig in Position. Nicht überdrehen. Abbildung 2 zeigt den Gesamtaufbau des koaxialen Elektrospray-Systems. Die innere Kapillare Nadel ist eine Kapillare 27 G (Außendurchmesser 500 µm; Innendurchmesser 300 µm) aus rostfreiem Stahl, und die äußere Nadel ist ein 20 G (Außendurchmesser 1.000 µm; Innendurchmesser 500 µm) Edelstahl-Dreiwege Stecker. Die PTEE Schläuche verwendet hat einen Innendurchmesser von 1,8 mm.
- Laden Sie Spritze A Spritze Pumpe a, wie in Abbildung 2dargestellt. Schließen Sie die Spritze A an der inneren Edelstahl-Kapillare der Elektrospray Koaxial Düse mit PTFE-Schläuche.
- Laden Sie Spritze B Spritze Pumpe b, wie in Abbildung 2dargestellt. Schließen Sie die Spritze B an der äußeren Edelstahl-Kapillare der Elektrospray Koaxial Düse mit PTFE-Schläuche.
- Position der Elektrospray-Koaxial-Düse Tipp ca. 0,8 cm über einem geerdeten Stahlring (Durchmesser 1,5 cm).
- Ort eine Glassammlung Teller ca. 10 cm unterhalb der koaxialen Düse.
- Schließen Sie mit dem Netzteil ausgeschaltet das Massekabel (schwarzes Kabel in Abbildung 2) an den geerdeten Stahlring.
- Schließen Sie mit dem Netzteil ausgeschaltet den Pluspol (rote Leitung in Abbildung 2) des Netzteils an die innere Nadel der koaxialen Düse mit einem Metall Krokodilklemme.
3. Herstellung von Mizellen Nanokristallen
- Stellen Sie die Geschwindigkeit der Spritze Pumpe A bis 0,6 mL/h.
- Stellen Sie die Geschwindigkeit der Spritze Pumpe B bis 1,5 mL/h.
- Starten beide Spritzenpumpen und warten auf ihre jeweiligen Durchflussmengen zu stabilisieren. Tropfen bilden an der Düse mit einer konstanten Rate geben eine stabile Durchflussmenge. Dies geschieht in der Regel innerhalb von 60 s nach dem Start Spritzenpumpen.
Hinweis: Es sollte keine Luftblasen im Schlauch und Tröpfchen an der Elektrospray-Koaxial-Düse bilden sollte. - Schalten Sie die Stromversorgung der Elektrospray-Koaxial-Düse eine positive Hochspannung zuweisen. Stellen Sie die angelegte Spannung im Bereich von 5 – 9 kV, bis ein konkaves Kegel-Jet (d.h. eine konvergente Jet, allgemein bekannt als "Taylor Kegel") wird an der Spitze der koaxialen Düse (siehe Einschub der Abbildung 3a) beobachtet.
Achtung: Achten Sie nicht darauf, Elektrospray-Düse zu berühren, wenn hohe Spannung angelegt wird. Sicherheitsvorkehrungen zu folgen.
Hinweis: Nicht genügend Spannung wird in Tröpfchen bilden an der Spitze der Düse (siehe Einschub von Abb. 3 b) führen, während zu hohe Spannung bewirkt, dass einen elektrischen Lichtbogen zwischen der Düse und dem geerdeten Stahlring. - Nach ein stabiler Taylor Kegel (Abbildung 3a) erhalten hat, fügen Sie 10 mL entionisiertem Wasser in eine saubere Sammlung geben und ersetzen die Glasschale Sammlung im Setup. Das neue Gericht werden die Mizellen Nanocrystal Produkt sammeln.
- Führen Sie die Mizellen Nanocrystal Produktionsprozess für eine bestimmte Zeitdauer (für ca. 40 min zur Herstellung von sphärischen Micelle Form oder ca. 90 min. für die Herstellung von Wurm-ähnliche Micelle Form). Entfernen Sie dann die Sammlung Schale von unterhalb der Elektrospray-Düse.
- Stoppen Sie Spritzenpumpe A und B.
- Die Hochspannungs-Stromversorgung ausschalten.
- Ermöglichen Sie das organische Lösungsmittel verdunsten (in einer Dampfhaube) aus der ungedeckten Sammlung Schale über Nacht.
Hinweis: Ausgehend von der Charakterisierung Ergebnisse der Mizellen Nanocrystal Produkte, reicht Verdunstung über Nacht zum Entfernen von organischen Lösungsmittel um Produkte mit guter Qualität zu erhalten. - Zu guter Letzt übertragen Sie die Mizellen Nanocrystal Produkt auf eine 15 mL Zentrifugenröhrchen für Charakterisierung (z.B.Fluoreszenz-Spektroskopie, dynamische Lichtstreuung, Transmissions-Elektronenmikroskopie und thermische Analyse), Anwendung oder Lagerung. Lagern Sie das endgültige Mizellen Nanocrystal Produkt im Kühlschrank bei 4 ° C.
Hinweis: Das Produkt kann unter dieser Lagerbedingung für mindestens einen Monat stabil bleiben.
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Representative Results
Abbildung 1 zeigt eine schematische Zusammenfassung der Kontrolle der Strukturen (Form und Kapselung) von Mizellen Nanokristallen durch das organische Lösungsmittel in der Produktion eingesetzt. Kurz, führt Dichlormethan zu sphärischen Micellen mit keine Kapselung von Nanokristallen; Chloroform führt zu sphärischen Micellen mit einer niedrigen Kapselung Reihe von Nanokristallen; THF führt kugelförmige Micellen mit einer hohen Kapselung Reihe von Nanokristallen in eine kurze Reaktionszeit und Wurm-förmigen Micellen mit einer hohen Kapselung Reihe von Nanokristallen auf eine lange Reaktionszeit.
Die Mizellen Nanokristalle mit Kugelform mit Chloroform als organische Lösungsmittel hergestellt haben eine Korngröße von ~ 35 nm (von Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM); ( Abb. 3a). Eine wichtige Qualitätskontrolle-Methode für eine erfolgreiche Produktion nutzt die Taylor-Kegel: Einstellung der Spannung im Bereich von 5 – 9 kV, bis ein konkaver Kegel-Jet (Taylor-Konus) gebildet wird, sorgt so für Bildung der Mikro-Reaktoren, die Selbstmontage " Reaktion "auftritt (Abb. 3a). Als Vergleich zeigt Abbildung 3 b ein Foto von das Aussehen der Flüssigkeitsstrom an der Düsenspitze und einer TEM-Bild der Produkte, wenn Taylor Kegel nicht richtig gebildet wird.
Wurm-ähnliche Micelle Form entsteht durch mit Wasser mischbar THF als organische Lösungsmittel. THF kann induzieren/die Fusion von sphärischen Micellen erleichtern bilden ein Wurm-ähnliche Form (Abbildung 4)13. Abbildung 4a, Abbildung 4 bund Abbildung 4 c zeigen die TEM-Bilder der Produkte bzw. bei Produktionszeiten von 30 min, 60 min und 90 min. Es ist in Abbildung 4 ersichtlich, dass erhöhte Produktionszeit führt zu immer mehr Wurm-förmigen Mizellen Nanokristallen und von 90 min praktisch alle Mizellen Nanokristalle Endlosschraube-wie fit sind. Nanocrystal Kapselung in Micelle ist darüber hinaus auch verbessert mithilfe von THF als organische Lösungsmittel.
Abbildung 1: Schematische des Produktionsprozesses von Mizellen Nanokristallen Kombination von Top-Down-Elektrospray, Bottom-Up-Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle. Einsatz von Dichlormethan führt zu leeren kugelförmige Micellen (kugelförmige Micellen mit keine Kapselung von Nanokristallen); mit Chloroform führt zu sphärischen Micellen mit niedrigen Kapselung Reihe von Nanokristallen; THF führt zu sphärischen Micellen mit hohen Kapselung Reihe von Nanokristallen in eine kurze Reaktionszeit und Wurm-förmigen Micellen mit hohen Kapselung Reihe von Nanokristallen auf eine lange Reaktionszeit, beziehungsweise. Diese Zahl wurde von Ding Et Al. modifiziert 13 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Schematische Herstellung Vorrichtung Mizellen Nanokristalle. Der Schaltplan zeigt den Gesamtaufbau des koaxialen Elektrospray-Systems, das hauptsächlich aus vier Teilen besteht: (1) koaxial Düse und Stahlring, (2) Sammlung Glasschale, Spritze (3) Pumpe A und Spritzenpumpe B und 4) Hochspannungsversorgung. (1) die Elektrospray Koaxial Düsenspitze ist ca. 0,8 cm über einem geerdeten Stahlring platziert. (2) die Glasschale Sammlung befindet sich ca. 10 cm unterhalb der koaxialen Düse. (3) auf Spritzenpumpe A ist die innere Edelstahl-Kapillare der Elektrospray Koaxial Düse mit PTFE Schlauch QD und PS-PEG-Lösung anwenden Spritze A verbunden. Auf Spritzenpumpe B ist die äußere Edelstahl-Kapillare der Elektrospray Koaxial Düse mit PTFE Schlauch PVA Lösung anwenden Spritze B verbunden. (4) der Pluspol der Spannungsversorgung (rote Leitung) ist die innere Nadel der koaxialen Düse verbunden, während die Masseleitung (schwarzes Kabel) mit dem geerdeten Stahlring verbunden ist, und der Bereich der Spannung zwischen + 5 liegt-9 kV. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Mizellen Nanokristalle mit Kugelform hergestellt durch Kombination von Elektrospray, Selbstmontage und Chloroform als organische Lösungsmittel, mit richtigen Taylor Kegel Bildung an den koaxialen Düsenspitze als zentrale Qualitätskontrollmethode. (ein) TEM Bild des Produktes nach einem erfolgreichen Produktionsprozess. Einschub: Darstellung der korrekt gebildet Taylor Kegel an den koaxialen Düsenspitze. (b) TEM Bild des Produktes nach einem erfolglosen Produktionsprozess. Einschub: Darstellung der falsch gebildet Taylor Kegel an den koaxialen Düsenspitze. Diese Zahl wurde von Ding Et Al. modifiziert 13 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: Mizellen Nanokristalle mit Wurm-ähnliche Form produziert durch die Kombination Elektrospray, Selbstmontage und THF als organisches Lösungsmittel. (ein) TEM Bild des Produkts nach Reaktion für 30 min. (b) TEM Bild des Produkts nach Reaktion für 60 min. (c) TEM Bild des Produkts nach Reaktion für 90 min. (d) Schaltplan zeigt den Mechanismus der Bildung von Wurm-förmigen Micellen von THF. Diese Zahl wurde von Ding Et Al. reproduziert 13 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Das Herstellungsverfahren von Mizellen Nanokristallen beschrieben in der vorliegenden Arbeit kombiniert Top-Down-Elektrospray Bottom-up-Selbstmontage und Lösungsmittel basierende Struktur steuern. Eine effektive und bequeme Qualitätskontrolle-Methode soll den Taylor Kegel an die koaxiale Düsenspitze gebildet. Dies ist da ein richtig geformte Taylor Kegel Gleichgewicht angibt (oder in der Nähe von Gleichgewicht) zwischen elektrische Kraft und Oberflächenspannung, die wiederum erfolgreiche Bildung von Mikroreaktoren (einheitliche ultrafeine Tröpfchen) zeigt für die Selbstmontage Reaktion auftreten spontan. Den Fall, dass die Taylor-Konus nicht richtig gebildet wird, sollte man einstellen der Spannung des Netzteils und die Durchflussmengen von Spritzenpumpen, während den Abstand zwischen den koaxialen Düsenspitze und geerdeten Stahlring gewährleistet, bis eine richtig geformte eignet Taylor-Kegel wird beobachtet. Ein Ansatz für den Erhalt eines stabilen Taylor Kegels ist die hohe Spannung erhöhen, bis die Elektronen beginnen Lichtbögen zwischen der Elektrospray-Düsenspitze und geerdeten Stahlring. Zu diesem Zeitpunkt die Elektrospray-Spannung zu reduzieren durch 0,5 – 1,5 kV und keine Funkenbildung entsteht. Wenn ein stabile Taylor Kegel noch nicht gebildet wird, beobachten Sie die Flüssigkeit entstehende der Düsenspitze sorgfältig. Wenn Tropfen Flüssigkeit sporadisch erscheinen, systematisch reduzieren Sie die Spritze Pumpe Durchflussmengen, bis ein stabile Taylor Kegel beobachtet wird. Wenn kein Tropfen an der Düsenspitze beobachtet werden, systematisch erhöhen Sie die Durchflussmengen der Spritzenpumpen, bis ein stabile Taylor Kegel beobachtet wird. Darüber hinaus sollte der Abstand zwischen den koaxialen Düsenspitze und das Produkt Sammlung Gericht auf einen geeigneten Wert gehalten werden. Wenn der Abstand zu klein ist, die Verdunstung des organischen Lösungsmittel zu langsam sein und die Mizellen Nanocrystal Entstehungsprozess negativ betroffen sein könnten; auf der anderen Seite, wenn der Abstand zu groß ist, könnte eine große Menge an Materialien in Form von Aerosol während des Produktionsprozesses verloren. Schließlich sollten die Konzentrationen von Polymeren und QDs am richtigen Werte beibehalten werden. Wenn die Polymer-Konzentration zu niedrig ist, kann Micelle nicht bilden, weil eine kritische Polymer-Konzentration muss für Micelle Bildung erreicht werden; Wenn die Polymer-Konzentration zu hoch ist, wäre fast alle Micellen gebildet leer Micellen. Wenn die QD-Konzentration zu niedrig ist, wäre fast alle Micellen gebildet ebenso leer Micellen. Wenn die QD-Konzentration zu hoch ist, würden viele QDs nicht in Mizellen gekapselt werden.
Die Mizellen Nanokristalle produziert mehrere Nanokristallen in jede Micelle, schönem multifunktionale haben kann (z.B., Fluoreszenz und Magnetismus wenn QDs und Mondfotos Co gekapselt sind) oder synergistische Effekte (z.B., Farbwechsel zusammengesetzte Nanopartikel durch Verkapselung Co QDs mit zwei verschiedenen fluoreszierenden Farben gebildet)8,9,10,14,15,16,17 ,18. Die Produktionsmethode könnte auch angewendet werden, um andere nanoskalige Materialien wie Carbonnanotubes und gold Laptops zu Kapseln. Die Wurm-förmigen Micellen bieten minimierte unspezifische zelluläre Aufnahme, wodurch biologische Ausrichtung auf13. Die Mizellen Nanocrystal Produkte können ohne weiteres mit einer Vielzahl von Biomolekülen mit etablierten Biokonjugaten Techniken konjugiert werden und für biologische Bildgebung, Erkennung, Manipulation und Therapie angewendet werden.
Der vorliegenden Fertigungsprozess ermöglicht die Herstellung von sphärischen und Wurm-förmigen Mizellen Nanokristallen. Wurm-Form kann durch die Verwendung von THF als dem organischen Lösungsmittel und eine lange Reaktionszeit erreicht werden. Darüber hinaus wurde auch festgestellt, dass wenn eine hochpolymeren Konzentration (z.B. 20 mg/mL in das obige Protokoll) verwendet wurde, auch bei kurzer Einwirkzeit (mit THF als organische Lösungsmittel), einige Wurm geformten Micellen gebildet werden könnte. Mit solch einer hochpolymeren Konzentration kann jedoch leicht Aggregation führen.
Eine Einschränkung der vorliegenden Fertigungsprozess ist, dass die Nanocrystal Kapselung in Micelle noch begrenzt (mit THF als organische Lösungsmittel ist der Prozentsatz der leeren Micellen ~ 50 % und der Anteil der Micellen mit zwei oder mehr Nanokristalle gekapselt ist ~ 20 %, und mit Chloroform als organische Lösungsmittel ist der Prozentsatz der leeren Micellen ~ 80 % und der Anteil der Micellen mit zwei oder mehr Nanokristalle gekapselt ist ~ 10 %)13, obwohl es in der Regel verbesserte Nanocrystal Kapselung Effekte vermittelt im Vergleich zur konventionellen Film Flüssigkeitszufuhr Methode (mit > 80 % leer Micellen mit ähnlichen materiellen Bedingungen in Tests in unserem Labor durchgeführt). Grundsätzlich diese Einschränkung ist aufgrund der Tatsache, die, verglichen mit kleines Molekül Farbstoffe, und Drogen, Nanokristalle sind viel dicker und sind somit in der Förderleistung begrenzt. In anderen Worten, ist die Nanocrystal Kapselung durch Kinetik anstatt Thermodynamik13begrenzt. Die Begrenzung der Transport Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn große Objekte (in diesem Fall Nanokristalle mit wenigen Nanometern Durchmesser) in kleinen Kapseln gekapselt sind (in diesem Fall Micellen mit ~ 35 nm im Durchmesser). So werden weitere Verbesserung Nanocrystal Kapselung ein wichtiges Ziel der künftigen Arbeit. Eine weitere Einschränkung des erfindungsgemässen Verfahrens Fertigung ist, dass es nicht noch völlig kontinuierlich. Dies ist vor allem, weil das Produkt Sammlung des Prozesses noch ein Batch-Prozess in der Natur gehört, die in der verbesserten Version des Prozesses in Angriff genommen werden.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Autoren erkennen dankbar die finanzielle Unterstützung eines "Tausend Young Global Talents" Award von der chinesischen Zentralregierung, eine "Shuang Chuang" Award von der Provinzregierung Jiangsu, Gründerfonds vom College of Engineering and Applied Wissenschaften, Universität Nanjing, China, Förderpreis "Tian Di" Stiftung, Stipendium von der Priorität akademischen Programm Entwicklung Fonds von Jiangsu Hochschulbildung Institutionen (PAPD), Stipendium der Jiangsu Provinz Natural Science Fonds.
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). |
References
- Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
- 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).
- Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
- Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
- Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
- 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).
- Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
- 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).
- 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).
- Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
- 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).
- Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
- Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
- Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).
