Bio-inspirierte Polydopamine Oberflächenmodifizierung von Nano-Diamanten und der Reduktion von Silber-Nanopartikeln
Summary
Eine einfache Protokoll wird präsentiert, um die Oberflächen von Nano-Diamanten mit Polydopamine zu funktionalisieren.
Abstract
Oberfläche Funktionalisierung von Nano-Diamanten (NDs) ist immer noch schwierig aufgrund der Vielfalt an funktionellen Gruppen auf den ND-Oberflächen. Hier zeigen wir ein einfaches Protokoll für die multifunktionale Oberflächenmodifizierung von NDs mit Muschel-inspirierten Polydopamine (PDA) Beschichtung. Darüber hinaus könnte die Funktionsschicht PDA auf NDs dienen als Reduktionsmittel zu synthetisieren und Metall-Nanopartikeln zu stabilisieren. Dopamin (DA) kann selbst polymerisieren und spontan PDA Schichten auf ND Oberflächen bilden, wenn die NDs und Dopamin einfach miteinander vermischt sind. Die Dicke der Schicht PDA wird gesteuert durch die Variation der Konzentration der DA. Ein typisches Ergebnis zeigt, dass eine Dicke von ~ 5 bis ~ 15 nm der PDA Schicht erreicht werden kann, indem Sie 50 bis 100 µg/mL DA zu 100 nm ND Suspensionen. Darüber hinaus sind die PDA-NDs als Substrat verwendet, um Metall-Ionen, wie z. B. Ag zu reduzieren [(NH3)2]+, Silber-Nanopartikel (AgNPs). Die Größen der AgNPs verlassen sich auf die anfängliche Konzentrationen von Ag [(NH3)2]+. Zusammen mit einer Erhöhung der Konzentration der Ag [(NH3)2]+, die Anzahl der NPs erhöht sowie die Durchmesser der NPS. Zusammenfassend lässt sich sagen diese Studie nicht nur stellt eine einfache Methode zum Ändern der Oberflächen von NDs mit PDA, sondern zeigt auch die erweiterte Funktionalität des NDs durch Verankerung der verschiedenen Arten von Interesse (z. B. AgNPs) für anspruchsvolle Anwendungen.
Introduction
Nano-Diamanten (NDs), ein Roman auf Kohlenstoff basierende Material, haben in den letzten Jahren für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen1,2großes Aufsehen. Beispielsweise unterstützen die hohe Flächen von NDs ausgezeichnete Katalysator für Metall-Nanopartikeln (NPs) wegen ihrer super-chemische Stabilität und thermische Leitfähigkeit3. Darüber hinaus spielen NDs bedeutende Rollen in Bio-Imaging, Bio-sensing und Drug-Delivery aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität und Nontoxicity4,–5.
Um effizient ihre Fähigkeiten erweitern, ist es wertvoll, funktionelle Arten auf den Oberflächen von NDs, wie Proteinen, Nukleinsäuren und Nanopartikel6konjugieren. Obwohl eine Vielzahl von funktionellen Gruppen (zB., Hydroxyl, Carboxylgruppen, Lacton, etc.) entstehen auf den Oberflächen der NDs während ihrer Reinigung, Konjugation Erträge der funktionellen Gruppen sind immer noch sehr gering wegen der geringen Dichte der einzelnen aktive chemische Gruppe7. Dies führt zu instabilen NDs, die tendenziell Aggregat, Begrenzung weiter Anwendung8.
Die am häufigsten verwendeten Methoden zur NDs, funktionalisieren derzeit kovalente Konjugation mithilfe kupferfreie Klick Chemie9, kovalente Verknüpfung von Peptid-Nukleinsäuren (PNA)-10und selbst-zusammengebauten DNA-11. Die nicht-kovalente Verhüllung des NDs ist auch vorgeschlagen worden, darunter Kohlenhydrat-modifizierte BSA4und HSA12Beschichtung. Da diese Methoden zeitaufwändig und ineffizient sind, ist es jedoch wünschenswert, dass eine einfache und allgemeingültige Methode entwickelt werden kann, um die Oberflächen von NDs zu ändern.
Dopamin (DA)13, bekannt als natürlichen Neurotransmitter im Gehirn, war am meisten benutzt für die Einhaltung und Funktionalisierung von Nanopartikeln, wie gold-Nanopartikeln (AuNPs)14, Fe2O315und SiO216 . Selbst polymerisierte PDA Schichten bereichern Amino- und phenolische Gruppen, die weitere direkt metallische Nanopartikeln mindern oder Thiol/Amin-haltigen Biomoleküle in einer wässrigen Lösung leicht zu immobilisieren genutzt werden können. Dieser einfache Ansatz wurde vor kurzem angewandt, um NDs funktionalisieren von Qin Et Al. und unser Labor17,18, obwohl DA Derivate beschäftigt waren, NDs über klicken Sie auf Chemie in früheren Studien19,20ändern.
Hier beschreiben wir eine einfache PDA-basierte Oberflächenmodifizierung-Methode, die effizient NDs functionalizes. Durch die Variation der Konzentration von DA, können wir die Dicke der Schicht PDA von wenigen Nanometern bis zu zehn Nanometern steuern. Darüber hinaus sind die Metall-Nanopartikeln direkt reduziert und stabilisiert auf der PDA-Oberfläche ohne die Notwendigkeit für zusätzliche toxische Reduktionsmittel. Die Größen von silbernen-Nanopartikeln hängen die anfängliche Konzentrationen von Ag [(NH3)2]+. Diese Methode ermöglicht die kontrollierte Ablagerung von PDA auf den Oberflächen der NDs und die Synthese von ND konjugiert AgNPs, , die drastisch die Funktionalität des NDs erstreckt, wie ausgezeichnete Nano-Plattformen des Katalysators unterstützt, Bio-Imaging und Bio-Sensoren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Artikel enthält ein detailliertes Protokoll der Oberfläche Funktionalisierung von NDs mit Self polymerisierten DA Beschichtung und zur Verringerung der Ag [(NH3)2]+ , AgNPs auf PDA Schichten (Abbildung 3). Die Strategie ist in der Lage, verschiedene dicken von PDA-Schichten zu produzieren, indem Sie einfach die Konzentration der DA. Die Größe der AgNPs kann auch gesteuert werden, durch Veränderung der ursprünglichen Konzentration der Metallionen …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (CCF-1814797) und University of Missouri Research Board, Material Research Center, und der Hochschule der Künste und Wissenschaft am Missouri University of Science and Technology
Materials
| Nanodiamond | FND Biotech, Inc. | brFND-100 | dispersed in water, and used without further purification |
| Dopamine hydrochloride | Sigma | H8502-25G | prepare freshly |
| Silver Nitrate | Fisher | S181-25 | |
| Ammonium Hydroxide | Fisher | A669S-500 | highly toxic |
| Tris Hydrochloride | Fisher | BP153-500 | |
| TEM grid carbon film | Ted Pella | 01843-F | 300 mesh copper |
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