שינוי בהשראה ביו השטח Polydopamine של Nanodiamonds והצמצום שלה של סילבר חלקיקים
Summary
פרוטוקול נתיישב מוצג functionalize המשטחים של nanodiamonds עם polydopamine.
Abstract
Functionalization פני השטח של nanodiamonds (NDs) הוא עדיין מאתגר בשל המגוון של קבוצות פונקציונליות על משטחים ND. . הנה, נדגים פרוטוקול פשוט עבור שינוי פני השטח רב תכליתיים של NDs באמצעות ציפוי polydopamine בהשראה מאסל (PDA). בנוסף, השכבה פונקציונלי של כף היד על NDs יכול לשמש סוכן צמצום כדי לסנתז ולייצב את חלקיקי מתכת. דופמין (DA) ניתן עצמית פולימריזציה, באופן ספונטני בצורת כף יד שכבות על משטחים ND אם NDs ודופמין ביחד פשוט מעורבבים. העובי של שכבה PDA נשלטת על ידי משתנה הריכוז של המחוזי. תוצאה מראה כי עובי של ~ 5 ~ 15 ננומטר של השכבה מחשב כף יד ניתן להגיע על-ידי הוספת 50 ל- 100 µg/mL של DA 100 ננומטר ND המתלים. יתר על כן, כף היד-NDs משמשים כמו מצע להקטנת יונים מתכתיים, כגון Ag [(NH3)2]+, מכסף חלקיקים (AgNPs). הגדלים של AgNPs להסתמך על הריכוזים הראשונית של Ag [(NH3)2]+. יחד עם הגברת הריכוז של Ag [(NH3)2]+, גדל המספר של NPs, כמו גם הקוטר של NPs. לסיכום, במחקר זה לא רק מציג שיטה נתיישב שינוי המשטחים של NDs עם כף היד, אלא גם מדגים את הפונקציונליות המשופרת של NDs על ידי עיגון מינים שונים עניין (כגון AgNPs) עבור יישומים מתקדמים.
Introduction
Nanodiamonds (NDs), חומר פחמני הרומן, משכו תשומת לב רבה בשנים האחרונות לשימוש ביישומים שונים1,2. למשל, פני שטחים גבוהה של NDs מספקות תמיכה זרז מצוין עבור חלקיקי מתכת (NPs) בגלל שלהם סופר לשחיקה, מוליכות חום3. יתר על כן, NDs לשחק תפקידים משמעותיים בהדמיה, חישה ביו ומסירת סמים עקב שלהם מצטיינים הביו ו- nontoxicity4,5.
להאריך ביעילות היכולות שלהם, זה חשוב נזווג מינים פונקציונלי על המשטחים של NDs, כגון חלבונים, חומצות גרעין, חלקיקים6. למרות מגוון רחב של קבוצות פונקציונליות (למשל., הידרוקסיל, carboxyl, לקטון, וכו ‘) נוצרים על פני השטח של NDs במהלך טיהור שלהם, התשואות ההטיה של קבוצות פונקציונליות הם עדיין נמוך מאוד בגלל צפיפות נמוכה של כל אחד קבוצה כימית פעיל7. התוצאה היא NDs לא יציב, אשר נוטים הצבירה, הגבלת בהמשך יישום8.
כיום, שיטות הנפוצות ביותר נהגה functionalize NDs, הם ההטיה קוולנטיות באמצעות לחץ ללא נחושת כימיה9, הצמדה קוולנטיות של פפטיד חומצות גרעין (הרשות)10ו- DNA עצמית שהורכב11. העטיפה קשרי ערכיות של NDs גם הוצע, לרבות פחמימות-השתנה BSA4ו ציפוי12HSA. עם זאת, מאחר ששיטות אלה הם זמן רב ולא יעיל, רצוי כי ניתן לפתח שיטה פשוטה חלים באופן כללי כדי לשנות המשטחים של NDs.
דופמין (DA)13, המכונה נוירוטרנסמיטר טבעי במוח, היה בשימוש נרחב עבור שמירה, functionalizing חלקיקים, כמו חלקיקי זהב (AuNPs)14, Fe2O315SiO216 . שכבות PDA polymerized עצמית להעשיר אמינו בעל תאים פנוליים קבוצות, אשר יכול להיות עוד יותר מנוצל ישירות להפחית חלקיקי מתכת או בקלות לשתק תיול/אמין-המכילה מולקולות על פתרון מימית. גישה פשוטה זו הוחל לאחרונה על functionalize NDs מאת צ’ין ואח. ו שלנו17,מעבדה18, למרות DA נגזרים הועסקו לשינוי NDs באמצעות לחץ על כימיה מחקרים קודמת19,20.
כאן, אנו מתארים שיטה שינוי פני השטח מבוססת-מחשב כף יד פשוט כי ביעילות functionalizes NDs. על ידי שינוי הריכוז של אבא, אנחנו יכולים לשלוט העובי של שכבה PDA של ננומטר כמה עשרות ננומטר. בנוסף, חלקיקי מתכת ישירות מופחתת, התייצב על פני כף היד ללא צורך סוכני הפחתת רעילים נוספים. הגדלים של סילבר חלקיקים תלויים הריכוזים הראשונית של Ag [(NH3)2]+. שיטה זו מאפשרת בתצהיר ומבוקרות היטב של כף היד על פני השטח של NDs, הסינתזה של ND מצומדת AgNPs, אשר מרחיב באופן דרמטי את הפונקציונליות של NDs כמו ננו-פלטפורמות מעולה של זרז תומך, הדמיה, ו ביו-חיישנים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מספק נוהל מפורט של functionalization משטח של NDs עם ציפוי DA polymerized עצמית, ההפחתה של Ag [(NH3)2]+ כדי AgNPs בשכבות PDA (איור 3). האסטרטגיה הוא מסוגל לייצר חומרי גלם בעוביים שונים של כף היד שכבות פשוט על ידי שינוי הריכוז של המחוזי. גודל AgNPs יכולים גם להיות נשלט על ידי שינוי ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (CCF 1814797) ומחקר אוניברסיטת מיזורי הלוח, חומר מרכז המחקר, ואת המכללה לאמנויות מדע ב אוניברסיטת מיזורי למדעים וטכנולוגיה
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 |
References
- Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. The properties and applications of nanodiamonds. Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).
- Kucsko, G., et al. Nanometre-scale thermometry in a living cell. Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).
- Liu, J., et al. Origin of the Robust Catalytic Performance of Nanodiamond-Graphene-Supported Pt Nanoparticles Used in the Propane Dehydrogenation Reaction. ACS Catalysis. 7 (5), 3349-3355 (2017).
- Chang, B. -. M., et al. Highly Fluorescent Nanodiamonds Protein-Functionalized for Cell Labeling and Targeting. Advanced Functional Materials. 23 (46), 5737-5745 (2013).
- Ho, D., Wang, C. H., Chow, E. K. Nanodiamonds: The intersection of nanotechnology, drug development, and personalized medicine. Science Advances. 1 (7), 1500439 (2015).
- Hsu, M. H., et al. Directly thiolated modification onto the surface of detonation nanodiamonds. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7198-7203 (2014).
- Krueger, A. Diamond Nanoparticles: Jewels for Chemistry and Physics. Advanced Materials. 20 (12), 2445-2449 (2008).
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., Mochalin, V. N. Salt-assisted ultrasonic deaggregation of nanodiamond. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (38), 25461-25468 (2016).
- Akiel, R. D., Zhang, X., Abeywardana, C., Stepanov, V., Qin, P. Z., Takahashi, S. Investigating Functional DNA Grafted on Nanodiamond Surface Using Site-Directed Spin Labeling and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry B. 120 (17), 4003-4008 (2016).
- Gaillard, C., et al. Peptide nucleic acid-nanodiamonds: covalent and stable conjugates for DNA targeting. RSC Advances. 4 (7), 3566-3572 (2014).
- Zhang, T., et al. DNA-based self-assembly of fluorescent nanodiamonds. Journal of the American Chemical Society. 137 (31), 9776-9779 (2015).
- Liu, W., et al. Fluorescent Nanodiamond-Gold Hybrid Particles for Multimodal Optical and Electron Microscopy Cellular Imaging. Nano Letters. 16 (10), 6236-6244 (2016).
- Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318 (5849), 426-430 (2007).
- Wang, C., Zhou, J., Wang, P., He, W., Duan, H. Robust Nanoparticle-DNA Conjugates Based on Mussel-Inspired Polydopamine Coating for Cell Imaging and Tailored Self-Assembly. Bioconjugate Chemistry. 27 (3), 815-823 (2016).
- Liu, R., Guo, Y., Odusote, G., Qu, F., Priestley, R. D. Core-shell Fe3O4 polydopamine nanoparticles serve multipurpose as drug carrier, catalyst support and carbon adsorbent. ACS Applied Materials and Interfaces. 5 (18), 9167-9171 (2013).
- Liu, R., et al. Dopamine as a Carbon Source: The Controlled Synthesis of Hollow Carbon Spheres and Yolk-Structured Carbon Nanocomposites. Angewandte Chemie International Edition. 50 (30), 6799-6802 (2011).
- Zeng, Y., Liu, W., Wang, Z., Singamaneni, S., Wang, R. Multifunctional surface modification of nanodiamonds based on dopamine polymerization. Langmuir. 34 (13), 4036-4042 (2018).
- Qin, S., et al. Dopamine@Nanodiamond as novel reinforcing nanofillers for polyimide with enhanced thermal, mechanical and wear resistance performance. RSC Advances. 8 (7), 3694-3704 (2018).
- Barras, A., Lyskawa, J., Szunerits, S., Woisel, P., Boukherroub, R. Direct functionalization of nanodiamond particles using dopamine derivatives. Langmuir. 27 (20), 12451-12557 (2011).
- Khanal, M., et al. Toward Multifunctional “Clickable” Diamond Nanoparticles. Langmuir. 31 (13), 3926-3933 (2015).
- Rad, M. H., Zamanian, A., Hadavi, S. M. M., Khanlarkhani, A. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. Macromolecular Chemistry and Physics. , 1700505 (2018).
- Ball, V., Frari, D. D., Toniazzo, V., Ruch, D. Kinetics of polydopamine film deposition as a function of pH and dopamine concentration: Insights in the polydopamine deposition mechanism. Journal of Colloid and Interface Science. 386 (1), 366-372 (2012).
- Liu, Y., Ai, K., Lu, L. Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields. Chemical Reviews. 114 (9), 5057-5115 (2014).
- Hu, J., Wu, S., Cao, Q., Zhang, W. Synthesis of core-shell structured alumina/Cu microspheres using activation by silver nanoparticles deposited on polydopamine-coated surfaces. RSC Advances. 6 (85), 81767-81773 (2016).
- Orishchin, N., et al. Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness. Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).
- González, A. L., Noguez, C., Beránek, J., Barnard, A. S. Size, Shape, Stability, and Color of Plasmonic Silver Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry C. 118 (17), 9128-9136 (2014).
- Muthuchamy, N., Gopalan, A., Lee, K. -. P. A new facile strategy for higher loading of silver nanoparticles onto silica for efficient catalytic reduction of 4-nitrophenol. RSC Advances. 5 (93), 76170-76181 (2015).
- Bastus, N. G., Comenge, J., Puntes, V. Kinetically Controlled Seeded Growth Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles of up to 200 nm: Size Focusing versus Ostwald Ripening. Langmuir. 27 (17), 11098-11105 (2011).
- Jana, J., Gauri, S. S., Ganguly, M., Dey, S., Pal, T. Silver nanoparticle anchored carbon dots for improved sensing, catalytic and intriguing antimicrobial activity. Dalton Transactions. 44 (47), 20692-20707 (2015).
- Zamudio, A., et al. Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes. Small. 2 (3), 346-350 (2006).
- Chen, K., Li, T. Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , (2016).
