Био вдохновил Polydopamine поверхности модификация наноалмазов и его сокращение наночастиц серебра
Summary
Легковесные протокол представляется functionalize поверхности наноалмазов с polydopamine.
Abstract
Функционализация поверхности наноалмазов (NDs) по-прежнему сложной ввиду разнообразия функциональных групп на поверхностях ND. Здесь мы демонстрируем простой протокол для многофункциональных модификации поверхности NDs с помощью покрытия мидий вдохновил polydopamine (PDA). Кроме того функциональный слой КПК на NDs может служить восстанавливающего агента синтезировать и стабилизировать металлических наночастиц. Допамин (DA) могут самостоятельно полимеризоваться и спонтанно образуют слои КПК на поверхностях ND если NDs и допамина просто смешать. Толщина слоя КПК контролируется различной концентрации DA. Типичный результат показывает, что толщиной ~ 5 до ~ 15 Нм КПК слоя может быть достигнуто путем добавления 50-100 мкг/мл да 100 Нм ND суспензий. Кроме того, КПК-NDs используются как субстрат для уменьшения ионов металлов, таких как Ag [(NH3)2]+, серебряные наночастицы (AgNPs). Размеры AgNPs полагаются на начальных концентраций Ag [(NH3)2]+. Наряду с увеличением концентрации Ag [(NH3)2]+, увеличивает количество NPs, а также диаметры NPs. В целом это исследование не только представляет снисходительный метод для изменения поверхности NDs с КПК, но также демонстрирует расширение функциональности NDs, закрепления различных видов интерес (например, AgNPs) для сложных приложений.
Introduction
Наноалмазов (NDs), Роман материалов на основе углерода, привлекли большое внимание в последние годы для использования в различных приложениях1,2. Например высокие поверхности области NDs обеспечивают отличные катализатора поддержку металлических наночастиц (NPs) из-за их супер-химическая стабильность и теплопроводность3. Кроме того NDs играть значительную роль в био изображений, био зондирования и доставки лекарств из-за их выдающийся биосовместимость и нетоксичности4,5.
Эффективно расширить свои возможности, он ценен для конъюгата функциональных видов на поверхностях NDs, такие как белки, нуклеиновые кислоты и наночастиц6. Хотя целый ряд функциональных групп (например., гидроксил, карбоксильные, лактон, и т.д.), создаются на поверхностях NDs во время их очистки, доходности спряжение функциональных групп по-прежнему очень низки из-за низкой плотности каждого Активные химические группы7. Это приводит к нестабильной NDs, которые склонны агрегат, дальнейшего ограничения приложения8.
В настоящее время наиболее распространенные методы, используемые для functionalize NDs, являются ковалентных конъюгации с использованием меди бесплатно нажмите химия9, ковалентная связь пептид нуклеиновые кислоты (PNA)10, и собственн-собранные ДНК11. Также было предложено non ковалентные обтекания NDs, включая углеводы модифицированные BSA4и HSA12покрытие. Однако потому что эти методы являются неэффективными и занимают много времени, желательно разработать простой и общеприменимых метод для изменения поверхности NDs.
Допамин (DA)13, известный как естественных нейромедиаторов в головном мозге, широко используется для присоединения и functionalizing наночастиц, например наночастиц золота (AuNPs)14, Fe2O315и SiO216 . Самостоятельно полимеризованной КПК слои обогатить аминокислот и фенольных групп, которые могут быть далее использованы непосредственно сократить металлические наночастицы или легко иммобилизации биомолекул тиоловых/Амин содержащих на водный раствор. Этот простой подход был недавно применен к functionalize NDs Цинь и др. и наша лаборатория17,18, хотя да производные использовались для изменения NDs через нажмите химии в более ранних исследованиях19,20.
Здесь мы описываем метод простой модификации поверхности КПК, который эффективно functionalizes NDs. Варьируя концентрацию Да, мы можем контролировать толщину слоя КПК от нескольких нанометров до десятков нанометров. Кроме того металлические наночастицы непосредственно сократить и стабилизировался на поверхности КПК без необходимости в дополнительном сокращении токсичных агентов. Размеров наночастиц серебра зависят от начальной концентрации Ag [(NH3)2]+. Этот метод позволяет хорошо контролируемых осаждения КПК на поверхностях NDs и синтез ND проспряганное AgNPs, , который значительно расширяет функциональность NDs поддерживает отличные нано платформы катализатора, био изображений, как и Био датчики.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта статья предоставляет подробный протокол для поверхности функционализации NDs с самостоятельной полимеризованной да покрытием и сокращение Ag [(NH3)2]+ для AgNPs на КПК слоев (рис. 3). Стратегия способен производить различные толщины слоев КПК, просто измен?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Национальный научный фонд (ХДФ 1814797) и Университет Миссури исследования Совет, материалы научно-исследовательский центр и колледж искусств и науки в Миссури университета науки и технологии
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).
