JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemistry

Nanodiamonds ve gümüş nano tanecikleri onun azaltılması biyo-ilham Polydopamine yüzey modifikasyonu

Published: November 14, 2018
doi:
10.3791/58458
, ,
1Department of Chemistry,Missouri University of Science and Technology, 2Center for Research in Energy and Environment, Department of Chemistry,Missouri University of Science and Technology

Summary

Facile bir protokol nanodiamonds polydopamine ile yüzeyleri functionalize için sunulmuştur.

Abstract

Nanodiamonds (NDs) yüzey functionalization hala fonksiyonel grupların ND yüzeylerde çeşitliliği nedeniyle zordur. Burada, biz NDs çok fonksiyonlu yüzey modifikasyonu için basit bir protokol midye ilham kaynağı polydopamine (PDA) kaplama kullanarak göstermek. Buna ek olarak, NDs PDA’da fonksiyonel tabakasının sentez ve metal nano tanecikleri stabilize etmek üzere bir indirgeyici hizmet verebilir. Dopamin (DA) kendi kendine polimerize ve NDs ve dopamin sadece birlikte karıştırılır kendiliğinden PDA katmanları ND yüzeylerde kopyalarsınız. Bir PDA katman kalınlığı da konsantrasyon değişen tarafından kontrol edilir Tipik bir sonucu bu kalınlığı, ~ 5 ~ nm PDA tabakasının 100 nm ND süspansiyonlar için 50-100 µg/mL DA ekleyerek ulaşılabilir-15 gösterir. Ayrıca, PDA-NDs bir substrat Ag gibi metal iyonlarının azaltmak için kullanılan [(NH3)2]+ silver nano tanecikleri (AgNPs),. Ag ilk konsantrasyonları AgNPs boyutlarda itimat [(NH3)2]+. Ag konsantrasyon artışı ile birlikte [(NH3)2]+, NPs sayısını artırır, NPs çapları yanı sıra. Özet olarak, bu çalışmada sadece PDA ile NDs yüzeylerin değiştirmek için facile bir yöntem sunuyor ama aynı zamanda gelişmiş uygulamalar için çeşitli türler (AgNPs gibi) ilgi ankraj tarafından NDs gelişmiş işlevselliğini gösterir.

Introduction

Nanodiamonds (NDs), karbon bazlı bir roman malzeme kullanmak üzere çeşitli uygulamalar1,2son yıllarda büyük ilgi gördü. Örneğin, yüksek yüzey alanları NDS mükemmel katalizör destek metal nano tanecikleri (NPs) için kendi süper kimyasal kararlılık ve ısı iletkenlik3nedeniyle sağlar. Ayrıca, biyo-görüntülemede önemli roller, biyo-algılama ve ilaç dağıtım5onların üstün biyouyumluluk ve nontoxicity4,nedeniyle NDs oynamak.

Verimli yeteneklerini genişletmek için fonksiyonel gibi türlerin yüzeylerde NDS, proteinler, nükleik asitler ve nano tanecikleri6eşlenik için değerlidir. Fonksiyonel grupların çeşitli rağmen (Örn., hidroksil, karboksil, lactone, vb) oluşturulur onların arıtma sırasında NDs yüzeyler üzerinde fonksiyonel grupların konjugasyon verimi hala her düşük yoğunluk nedeniyle çok düşüktür aktif kimyasal grup7. Bu eğilimi kararsız NDs sonuçlar toplamak, daha fazla uygulama8sınırlama.

Şu anda, NDs, functionalize için kullanılan en yaygın yöntemleri yanında istimal bakır ücretsiz tıklayın Kimya9, Peptit nükleik asitler (PNA)10ve kendi kendine monte DNA11kovalent bağ kovalent konjugasyon vardır. NDs kovalent olmayan kaydırma Ayrıca, karbonhidrat-modified BSA4ve HSA12kaplama dahil olmak üzere teklif edildi. Ancak, bu yöntemler zaman alıcı ve verimsiz olduğu için basit ve genel olarak uygulanabilir bir yöntem NDs yüzeylerin değiştirmek için geliştirilebilir tercih edilir.

Dopamin (DA)13beyindeki doğal bir nörotransmitter olarak bilinen, yaygın kalarak ve nano tanecikleri altın nano tanecikleri (AuNPs)14, Fe2O315ve SiO216 gibi functionalizing için kullanılan . Kendi kendine polimerli PDA katmanları daha fazla doğrudan metal nano tanecikleri azaltmak veya kolayca thiol/Amin-içeren biomolecules sulu bir çözüm üzerinde hareketsiz için kullanılması gereken amino ve fenolik grupları zenginleştirmek. Bu basit yaklaşım son NDs functionalize Qin ve arktarafından uygulandı. ve bizim laboratuvar17,18, her ne kadar DA türevleri NDs ile Kimya tıklatın önceki çalışmalar19,20değiştirmek için istihdam edildi.

Burada, verimli bir şekilde NDs functionalizes bir PDA tabanlı basit yüzey modifikasyon yöntemi açıklanmaktadır. Konsantrasyonu DA değiştirerek, bir kaç nanometre PDA katmandan nanometre onlarca kalınlığı kontrol edebilirsiniz. Buna ek olarak, metal nano tanecikleri doğrudan azaltılmış ve ek toksik azaltma aracıları için gerek kalmadan PDA yüzeyinde stabilize. Gümüş nano tanecikleri boyutlar Ag ilk konsantrasyonları bağlıdır [(NH3)2]+. Bu yöntem, PDA iyi kontrollü birikimi NDs yüzeylerinde sağlar ve ND sentezi olarak katalizör mükemmel nano-platformları destekler, biyo-görüntüleme, hangi büyük ölçüde NDs işlevlerini genişleten AgNPs, Birleşik ve Biyo-sensörler.

Protocol

1. Reaktifler hazırlanması Dikkat: Lütfen okuyun ve ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce anlamak. Bazı kimyasalların toksik ve uçucu vardır. Lütfen özel işlem yordamlar ve depolama gereksinimleri izleyin. Deneysel işlem sırasında kişisel koruyucu donanımları, eldiven, koruyucu gözlük ve önlük gibi potansiyel tehlikeleri önlemek için kullanın. Tris-HCl tampon hazırlanması 30.29 g Tris tozu 100 ml deiyonize H2</sub…

Representative Results

PDA katmanları ND yüzeylerde oluşumu TEM (Şekil 1) tarafından analiz. PDA katmanların farklı kalınlıklarda DA daha kalın PDA katmanlara liderliğindeki daha yüksek konsantrasyonlarda olarak tespit edildi. Buna ek olarak, gelen ilevler reaksiyon NDs çözüm rengini değiştirdikten sonra DA başlangıç konsantrasyonu koyu, daha yüksek iken renksiz yapıldı, koyu çözüm oldu. <strong …

Discussion

Bu makalede NDs kendi kendine polimerli DA kaplama yüzey functionalization ve Ag azaltılması için detaylı bir protokol sağlar [(NH3)2]+ için AgNPs PDA katmanlardaki (Şekil 3). PDA tabakalarının çeşitli kalınlıklarda sadece da konsantrasyon değiştirerek üretebilen bir stratejidir AgNPs boyutunu da metal iyon eriyik orijinal konsantrasyon değiştirerek kontrol edilebilir. Şekil 1A TEM resimde han…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı (CCF 1814797) tarafından desteklenen ve University of Missouri Araştırma Kurulu, malzeme araştırma merkezi ve Koleji sanat ve bilim Missouri Üniversitesi bilim ve teknoloji

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. The properties and applications of nanodiamonds. Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).
  2. Kucsko, G., et al. Nanometre-scale thermometry in a living cell. Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).
  3. 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).
  4. Chang, B. -. M., et al. Highly Fluorescent Nanodiamonds Protein-Functionalized for Cell Labeling and Targeting. Advanced Functional Materials. 23 (46), 5737-5745 (2013).
  5. Ho, D., Wang, C. H., Chow, E. K. Nanodiamonds: The intersection of nanotechnology, drug development, and personalized medicine. Science Advances. 1 (7), 1500439 (2015).
  6. Hsu, M. H., et al. Directly thiolated modification onto the surface of detonation nanodiamonds. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7198-7203 (2014).
  7. Krueger, A. Diamond Nanoparticles: Jewels for Chemistry and Physics. Advanced Materials. 20 (12), 2445-2449 (2008).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Gaillard, C., et al. Peptide nucleic acid-nanodiamonds: covalent and stable conjugates for DNA targeting. RSC Advances. 4 (7), 3566-3572 (2014).
  11. Zhang, T., et al. DNA-based self-assembly of fluorescent nanodiamonds. Journal of the American Chemical Society. 137 (31), 9776-9779 (2015).
  12. Liu, W., et al. Fluorescent Nanodiamond-Gold Hybrid Particles for Multimodal Optical and Electron Microscopy Cellular Imaging. Nano Letters. 16 (10), 6236-6244 (2016).
  13. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318 (5849), 426-430 (2007).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Barras, A., Lyskawa, J., Szunerits, S., Woisel, P., Boukherroub, R. Direct functionalization of nanodiamond particles using dopamine derivatives. Langmuir. 27 (20), 12451-12557 (2011).
  20. Khanal, M., et al. Toward Multifunctional “Clickable” Diamond Nanoparticles. Langmuir. 31 (13), 3926-3933 (2015).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Orishchin, N., et al. Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness. Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Zamudio, A., et al. Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes. Small. 2 (3), 346-350 (2006).
  31. Chen, K., Li, T. Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , (2016).

Tags

Keywords: NanodiamondPolydopamineSurface ModificationMetal NanoparticlesMagnetic NanoparticlesBiopolymer CoatingTris HCl BufferPHDopamine HydrochlorideCentrifugationSonicationSurface Functionalization
check_url/58458?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Zeng, Y., Liu, W., Wang, R. Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles. J. Vis. Exp. (141), e58458, doi:10.3791/58458 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image