Altın nanorods hidrokinon Esaslı Sentezi

Özet

Bu çalışma, indirgeyici ajan olarak hidrokinon kullanımına göre altın nanoçubuklar sentezi için bir protokol, artı boyutlarını ve en boy oranının kontrol edilmesi için farklı mekanizmaları tarif eder.

Özet

Altın nanoçubuklar, kendine özgü plazmonik özelliklerle karakterize edilen önemli bir nanoparçacık türüdür. Nanoteknolojideki yaygın kullanımlarına rağmen, altın nanoçubukların hazırlanması için sentetik yöntemler hala tam olarak optimize edilmemiştir. Bu yazıda, hafif bir indirgeyici ajan olarak hidrokinon kullanımına dayanan yeni, yüksek verimli, iki aşamalı bir protokolü açıklıyoruz. Yaklaşımımız, "büyüme çözeltisinde" bulunan heksadesil trimetilamonyum bromür (CTAB) ve gümüş iyonlarının ^(Ag+) miktarını basitçe değiştirerek iyi bir boyut ve en-boy oranı (AR) kontrolü ile nanoçubukların hazırlanmasına izin verir. Bu yöntemi kullanarak, uzun şekli elde etmek için gerekli olan pahalı ve sitotoksik bir reaktif olan CTAB miktarını belirgin şekilde azaltmak mümkündür. Yaklaşık 3 en-boy oranına sahip altın nanoçubuklar, sadece 50 mM CTAB varlığında (askorbik asit kullanımına dayanan standart protokolde kullanılan 100 mM'ye karşı) elde edilebilirken, daha kısa altın nanoçubuklar 10 mM kadar düşük bir konsantrasyon kullanılarak elde edilir.

Giriş

Altın nanopartiküller (AuNPs) biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere en yaygın ve gelecek vaat eden nano bulunmaktadır. Bunların kullanımı vitro teşhis ürünlerinde nokta-bakım birçok esastır ^1. Başka farklı bir dizi uygulamalar için etkin bir araç olarak önerilmiştir. Görüntüleme çalışmaları bir kontrast maddesi olarak, ^2, bir ilaç verme sistemi olarak ³ gibi ışık kaynaklı termoterapinin (veya fototermal terapi) için ilaçlar. ^4. AuNPs büyük potansiyel son yirmi yılda, tahrik vardır, büyüklüğüne kontrolünü arttırmak ve elde edilen şekil yapabiliyor yeni sentez geliştirme yoğun araştırmalar. ⁵ AuNPs çeşitleri özel uygulamalar için diğerlerine göre daha uygundur, aslında olmasıdır.

Farklı altın nano arasında, altın nanorods (AuNRs) en ilginç sistemlerinden biri olarak ortaya çıkmıştır. AuNRs iki plasmo ile karakterize edilirboyuna ve enine eksen boyunca elektronların salınım ile ilişkili nic dorukları sırasıyla. ^6. çubuklar boy oranına bağlı olarak, en yoğun uzunlamasına tepe pozisyonu tam 620 ila 800 nm ayarlı olabilir özellikle önemlidir . Bu bölge insan dokuları neredeyse AuNPs içeren in vivo fotonik uygulamaları bir dizi gelişimini sağlayan, ışığı absorbe yoktur biyolojik pencere, ⁷ eşleşir.

Nanoyapıların bu tür büyük bir ilgi olmasına rağmen, AuNRs hazırlanması için sentetik protokoller çeşitli sınırlamalar muzdarip. Pek çok durumda, nanorods Sau ve çalışma arkadaşları tarafından geliştirilen iki aşamalı bir yönteme uygun olarak hazırlanır. ⁸ kendi protokol, nanorods önceden oluşturulmuş altın tohumu, gümüş iyonları ve büyük bir miktarının varlığında, askorbik asit, altın iyonları indirgeyici sentezlenir heksadesil-trimetilamonyum bromür (CTAB), ACationic lineer yüzey aktif madde.

Bu protokolün dezavantajı altın iyonları azaltma verimi görece düşük olduğu (yaklaşık% 20) ⁹ ve olduğunu CTAB, sentez reaktifler için toplam maliyetin yarısından fazlasını oluşturan pahalı bir reaktif yüksek miktarda olduğunu, gereklidir. yeni ve daha etkili bir sentetik yol gelişimi AuNRs göre biyomedikal yaklaşımlar yayılmasını sağlayan önemli bir ihtiyaç olduğu oradan kabul edilir.

Bu yazının ilk bölümünde, yaklaşık üç boy oranına sahip AuNR hazırlanması için optimize edilmiş bir protokol mevcut. Sentez hafif indirgeme maddesi olarak hidrokinon kullanımına dayanmaktadır ve CTAB azaltılmış miktarda kullanarak, altın iyonları neredeyse niceliksel azalma AuNR hazırlanmasına olanak vermektedir. ¹⁰ AuNRs hazırlanması için bu protokol, temel almaktadır altın tohumları "büyüme, sol içinde kullanılan iki basamaklı bir yaklaşımıKatkı ".

İkinci bölümde ise, biz iki şekilde ayar elde AuNR boyutu ve boy oranı ince nasıl gösterir. askorbik asit dayalı standart protokole benzer ilk yolu, "büyüme çözüm" mevcut gümüş iyonları miktarı değişir etmektir. İkinci yol, iyi tanımlanmış, kısa nanorods elde etmek üzere (firma tarafından, kritik misel konsantrasyonuna yakın) 10 mM'lik bir konsantrasyona kadar düşürülebilir CTAB miktarının değişimi dayanır.

Protokol

Altın nanorods 1. sentezi

Not: boyunca yüksek düzeyde saflaştırılmış su kullanın.

1. Altın tohumların hazırlanması
   1. Çözelti berrak hale gelinceye kadar 40 ° C 'de ultrasonikasyon altında 5 ml su içinde heksadesiltrimetilamonyum bromit (CTAB) ve 364,4 mg çözülür. CTAB Çözelti oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
   2. Ayrıca, su (0.5 mm) içinde tetrakloro asit (HAuCl ₄₎ 5 ml hazırlar.
   3. 27 ° C sıcaklık sabit tutularak kuvvetlice manyetik karıştırma altında CTAB çözeltisine HAuCl ₄ solüsyonu ekleyin.
   4. Sodyum borohidrid, 600 ul _(NaBH4), 4 ° C 'de su (10 mM)' de çözelti hazırlayın. kuvvetlice karıştırarak karışıma Bu çözüm ekleyin. Solüsyonun renk hemen kahverengimsi sarıdan değişir olmadığını kontrol edin.
   5. Kullanmadan önce süspansiyonu 20 dakika boyunca karıştırın. Oda sıcaklışında artık 24 den saat tohumları süspansiyon MağazaTure.
   6. UV-Vis spektrofotometre kullanılarak tohum boyutlarını kontrol edin. Tohumlar kadar (yaklaşık 2 nm) küçük UV-görünür spektroskopi ile altın nanoçubuklar hazırlanmasında kullanılmak üzere emin olun.
      Not: Spektrum Şekil 1 'de bildirilmiştir ne benzer olmalıdır kullanılmamalıdır 505-520 nm civarında plasmonik tepe varlığı ile tanımlanan daha büyük tohumlar, küresel nanopartiküller üretmek için muhtemeldir..
2. Altın nanoçubuklar ve "büyüme çözüm" hazırlanması.
   1. ultrasonikasyon kullanılarak 40 ° C de, 5 ml su içinde 22 mg hidrokinon ile birlikte 182.2 mg CTAB eritin. 27 ° C'ye kadar çözüm serinleyin.
   2. 4 mM gümüş nitrat (iyodinin ₃₎ çözeltisi 200 ul hazırlayın.
   3. Ayrıca, tetrakloro asit, 1 mM çözeltisinin 5 ml (HAuCl ₄₎ maddesinin hazırlanması.
   4. İlk adımda 1.2.2 hazırlanan gümüş nitrat çözeltisi ekleyin. Daha sonra, HAuC eklemel ₄ çözüm manyetik karıştırma altında adım 1.2.1 hazırlanan CTAB ve hidrokinon çözümü için adım 1.2.3 hazırladı.
   5. Hemen sonra, daha önce protokole göre hazırlandı tohum süspansiyonu 12 ul adım 1.1 rapor manyetik karıştırma altında ilave edin ve reaksiyonu başlangıç ​​sağlar. Süspansiyon yaklaşık 30 dakika içinde renk değiştiren olmadığını kontrol edin.
   6. , 4. bölümde her 5 dakikada anlatıldığı gibi, süspansiyonun UV-görünür spektrum kontrol ederek nanoçubuklar oluşumunu kontrol eder. spektrum stabil olana kadar devam edin. Nanoçubuklar tam oluşumuna izin vermek için, 30 dakika daha (Şekil 2) için karıştırma altında süspansiyon bırakın.
   7. 10 dakika için 10,000 x g'de tüpler içinde süspansiyonu (her bir tüp için süspansiyon 1 mi) ve santrifüj bölün. Altın nanorods tüpün altındaki koyu bir çökelti oluşturur.
   8. 1 ml su, her tüp bir çökelti yeniden süspanse edin. tüplerin içeriği karıştırın ve susp saklamakOda sıcaklığında altın nanoçubuklar bir ension.
   9. Bölüm 4 (Şekil 3) açıklandığı gibi UV-görünür bölge spektroskopisi ve transmisyon elektron mikroskobu ile elde edilen nanorods karakterize.

Ag ⁺ iyonlarının konsantrasyonu değiştirilerek nanorods 2. Tuning Boy Oranı

1. 3.4 mg agno su ₃ 5 ml eritilmesi, 4 mM konsantrasyonda bir gümüş nitrat solüsyonu hazırlayın.
2. bölüm 1.2.1'de tarif edildiği gibi, üç farklı şişeler CTAB ile çözeltisi ve hidrokinon içinde hazırlanması ve sırasıyla, 100 ul, 150 ul veya gümüş nitrat çözeltisi 200 ul ekle.
3. 1.2.3 adıma ve nokta 1.2.5 den açıklandığı gibi altın nanoçubuklar hazırlanmasına devam etmek HAuCl ₄ çözeltisi hazırlanmıştır Kullanıma göre ekleyin.
4. UV-görünür spektroskopi ve transmisyon elektron mikroskobu ile elde edilen nanorods karakterize. Ag ⁺ alt miktarda küçük şişeler tekrar edecektirkısa nanoçubuklar lara yol (2 ve 2.2 arasında en-boy oranı, sırasıyla) (Şekil 4).

3. CTAB konsantrasyonu değiştirilerek nanorods Aspect Oranı Tuning

1. "Büyüme çözüm" de CTAB farklı konsantrasyonları ile altın nanoçubuklar farklı gruplar hazırlayın. 100 mM ila 10 mM arasında kullanımlar konsantrasyonları farklı boyut ve en boy oranına sahip olan, altın nanorods üretmek. Her bir deneyde kullanılan CTAB konsantrasyonları kullanılan miligram karşılık gelen miktarı ile Tablo 1 'de özetlenmiştir. 5 ml su içindeki hidrokuinonun 22 mg zaman CTAB farklı miktarlarda eritin.
2. Gümüş nitrat çözeltisi 200 ul ekle (hazır 1.2.2 aşamasına göre) ve manyetik çalkalama altına her şişede (adım 1.2.3 tarif kadar göre hazırlandı) HAuCl ₄ çözeltisi 5 mi.
3. tohum süspansiyonu 12 ul ekle ve son karışımın renk değişimi dikkate alınmalıdır.
4. Durtakım, renk ve UV-görünür spektrum stabilize edilmektedir karıştırma işlemi; tepkime süresi büyüme çözeltisi içinde CTAB konsantrasyonuna bağlıdır.
5. su içinde, 10 dakika ve tekrar süspansiyon için 10,000 x g'de santrifüjleyin.
6. UV-görünür spektroskopi ve transmisyon elektron mikroskobu ile elde edilen nanorods karakterize. daha yüksek bir konsantrasyonu uzun ancak daha büyük nanorods verecek süre CTAB daha düşük bir konsantrasyonu, daha kısa nanoçubuklar neden olur. Aksine nanoçubuklar en-boy oranı 40-50 mm civarında aralığında daha yüksek olacaktır ve daha düşük ve daha yüksek konsantrasyonlarda (Şekil 5 ve Şekil 6) her iki azalır.

Altın nanorods 4. Karakterizasyonu

1. UV-görünür spektroskopisi
   1. Plastik mikro-küvete su 400 ul nanorods çözeltisi 100 ul seyreltilir ve UV-görünür bölge spektrum elde (dalga boyu aralığı 400 nm ila 840)üreticinin protokolüne göre yöntem.
   2. reaksiyonun kinetiğini incelemek amacıyla büyüme solüsyonu her 5 dk UV-görünür spektrumları (dalga boyu aralığı 400 ile 840 nm) toplayın.
2. Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM)
   1. boyut ölçümü için, elde edilen nanoçubuklar en-boy oranı, nanoçubuklar her numunenin TEM görüntüleri toplayın. ultra ince Formvar kaplı 200 meşlik bakır ızgaralar üzerine süspansiyon (4 ul), bir damla yerleştirerek örnekleri hazırlamak ve 4 ° C 'de hava içinde kurumaya bırakın. üreticinin protokolüne göre 200 kV bir hızlandırma gerilimi kullanarak TEM de örnek analiz edin.

Sonuçlar

Altın tohumları Görülür UV spektrumu Şekil 1 'de görülebilir. Altın tohumları enjeksiyondan sonra farklı zamanlarda elde edilen UV-görünür spektrumu aşağıda Şekil sunulmuştur 2. Görülür UV spektrumlan ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntüleri elde altın nanoçubuklar arasında Şekilde gösterilmiştir 3., gümüş iyonları miktarı değiştirilerek elde edilen farklı boy oranına sahip, altın nanoçub...

Tartışma

Burada sunulan protokol altın nanorods üretmek için hidrokinon, zayıf bir azalma potansiyeli ile karakterize bir aromatik molekülü geçerlidir. Askorbik asit kullanımına dayalı en yaygın kullanılan sentetik rota doğru mevcut protokolün iki ana avantajı vardır: İlk hidrokinon hemen hemen kantitatif altın nanoçubuklar yüksek miktarda üretim sağlayan altın iyonlarını azaltmak mümkün olmasıdır ¹¹ BS. Radikaller, CTAB daha düşük bir miktarda ve maliyetlerin daha sonra önemli bir azalma gerektirmesi ile verilir. Mev...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Altın (III) klorür trihidrat	Sigma Aldrich	520918
Hidrokinon	Sigma Aldrich	H17902
Gümüş Nitrat	Sigma Aldrich	209139	toksik
Sodyum Borhidrür	Sigma Aldrich	480886
Hekzadesiltrimetilamonyum bromür (CTAB)	Sigma Aldrich	H5882	Akut Toksin. (sözlü). Bu çalışmada, Sigma Aldrich'ten üç farklı CTAB (H5882) grubunu test ettik. Bunlardan ikisi Çin'de üretildi, biri ise Hindistan'da üretildi olarak işaretlendi. Deneyimlerimize göre, AuNR'nin hazırlanması için yalnızca Made in China olarak işaretlenen partiler etkili oldu.
Spektrofotometre	Termo bilimsel	Nanodrop 2000C
TEM	JEOL	2100