Yöntem makalesi

Küresel ve solucan şeklinde Micellar Nanocrystals Electrospray, kendinden montajlı birleştirerek ve Solvent Bazlı Yapı Denetim imalatı

20.8K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/56657

⸱

11 Şubat 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 2Institute of Materials Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, 3Collaborative Innovation Center of Chemistry for Life Sciences, Nanjing University, 4Department of Chemistry, Western Washington University

Bu makalede

Özet

Mevcut çalışma yöntemi micellar nanocrystals, nanobiomaterials, gelişmekte olan bir büyük sınıf imal açıklanır. Bu yöntem yukarıdan aşağıya electrospray, aşağıdan yukarıya kendinden montajlı birleştirir ve solvent bazlı yapı denetim. İmalat yöntemi büyük ölçüde süreklidir, yüksek kaliteli ürünler üretmek ve Yapı Denetim ucuz bir yol sahiptir.

Özet

Micellar nanocrystals (micelles kapsüllenmiş nanocrystals ile) nanobiomaterials ortaya çıkan bir büyük sınıf haline gelmiştir. Biz micellar nanocrystals yukarıdan aşağıya electrospray, aşağıdan yukarıya kendinden montajlı birleştiren ve solvent bazlı Yapı Denetim göre imalatı yöntemi açıklanmaktadır. Bu yöntem ilk içerir Tekdüzen süper ince sıvı damlacıkları üretmek için electrospray kullanarak, her biri bir mikro-reaktör kendinden montajlı tepki oluşmasına neden olan (micelle şekli ve nanocrystal yapıları ile şekillendirme micellar nanocrystals görür kapsülleme) kullanılan organik çözücü tarafından kontrol. Bu yöntem büyük ölçüde süreklidir ve ucuz Yapı Denetim yaklaşımı ile yüksek kaliteli micellar nanocrystal ürünler üretir. Bir su karışan organik çözücü tetrahydrofuran (THF) kullanarak, solucan şeklinde micellar nanocrystals nedeniyle çözücü-indüklenen/kolaylaştırdı micelle füzyon üretilebilir. Ortak küresel micellar nanocrystals ile karşılaştırıldığında, micellar nanocrystals solucan şeklindeki simge durumuna küçültülmüş non-spesifik hücresel alımı, böylece biyolojik hedefleme arttırmak sunabilir. Birden çok nanocrystals her micelle co Kapsüllenen tarafından çok fonksiyonlu ya da sinerjik etkileri elde edilebilir. Gelecekteki iş parçası olacak, bu üretim yöntemin mevcut kısıtlamaları öncelikle micellar nanocrystal ürün ve süreç eksik olarak sürekli doğası kusurlu kapsülleme içerir.

Giriş

Nanocrystals yarı iletken kuantum nokta (QDs) ve superparamagnetic demir oksit nano tanecikleri (SPIONs) gibi biyolojik algılama, görüntüleme, düzenleme ve terapi1,2, için büyük bir potansiyel göstermiştir 3,4,5,6. Bir veya daha fazla nanocrystals bir micelle Kapsüllenen arabirimi nanocrystals biyolojik ortamlar3,6için yaygın olarak kullanılan bir yöntem olmuştur. Böylece oluşan micellar nanocrystals (micelles ile kapsüllü nanocrystals) nanobiomaterials7,8,9,10gelişmekte olan bir sınıf haline gelmiştir. Çeşitli malzemelerin (örneğin, nanocrystals, küçük molekül uyuşturucu ve boyalar) saklanması micelles imal etmek yaygın olarak kullanılan yöntemler dahil film nemlendirme, diyaliz ve diğer bazı kişilerin7,11.

Mevcut çalışma micellar nanocrystals yukarıdan aşağıya electrospray, aşağıdan yukarıya kendinden montajlı birleştiren ve yapısal denetim çözücü-aracılı göre imalatı yöntemi açıklar. Micellar nanocrystals diğer imalat yöntemleri ile karşılaştırıldığında, bizim yöntem birçok yararlı özellik sağlar: (1) bu büyük ölçüde sürekli üretim bir süreçtir. Gerçeğini electrospray emülsiyon damlacıkları oluşturmak için bizim yönteminde esas olarak kullanılır nedeniyle bu özelliktir. Buna ek olarak, bazı diğer yöntemler vortexing veya sonication emülsiyon damlacıkları, dolayısıyla bu yöntemleri toplu işlemler doğa12' hale oluşturmak için kullanın. (2) bu ürünleri yüksek su-reinforcing, mükemmel kolloidal kararlılık ve kapsüllenmiş nanocrystals olduğu gibi fiziksel fonksiyonları ile sonuçlanır. Bu işlem kez electrospray süper ince ve düzgün emülsiyon damlacıkları oluşturabilir çünkü büyük ölçüde diğer micelle saklama yöntemleri ile karşılaştırıldığında üstün kaliteli ürünler verebilir. (3 yapıları micelle şekli ve kapsüllenmiş nanocrystals, sayısı da dahil olmak üzere ürünlerin denetimi kullanılan amfifilik polimerler değiştirmek gibi diğer yolları ile karşılaştırıldığında çok daha ucuzdur, Çözücü tarafından kontrol edilebilir ve üretebilir sadece yaygın olarak bulunan küresel micelle şekli ama solucan benzeri micelle şekil yolu ile micelle füzyon13. Böylece oluşan solucan şeklinde micellar nanocrystals büyük ölçüde sunmak için non-spesifik hücresel alımını küresel karşıtları13daha düşük bulunmuştur. Öte yandan, o bu yöntem biraz daha teknik olarak (uzak olsa da engelleyici) zorlu bir electrospray Aygıt Kurulumu gerektirir araçları diğer yöntemleri ihtiyacı daha işaret değer.

İlk electrospray, micellar nanocrystals (Resim 1 oluşturmak için kendinden montajlı sonuçlanan organik çözücü buharlaşma tarafından takip tarafından süper ince sıvı (genellikle yağ-içinde-su emülsiyon) damlacıkları Tekdüzen boyutları ile üreten imalat yöntemi içerir ). Electrospray kurulum konsantrik iğne kullanarak bir koaksiyel yapılandırmasına sahip: amfifilik blok kopolimerler ve hidrofobik nanocrystals Çözünmüş organik çözücü içerir, petrol faz iç iğne (27 G paslanmaz çelik kılcal teslim edilir ) ile bir şırınga pompa; suda bir yüzey aktif içerir, su faz dış iğne (20 G paslanmaz çelik üç yönlü konnektör) ikinci bir şırınga pompa ile teslim edilir. Yüksek gerilim koaksiyel meme için uygulanır. Tek tip boyutları ile süper ince damlacıkları elektrodinamik kuvvet üstesinden yüzey gerilimi ve sıvı atalet stres nedeniyle oluşturulur. Her damlacık aslında bir 'mikro-reaktör', hangi, organik çözücü buharlaşma tarafından kaldırılması üzerine işlevi gören kendinden montajlı 'tepki' kendiliğinden hidrofobik etkileşimler nedeniyle oluşur. Farklı organik çözücüler kullanılarak yol micellar nanocrystals farklı yapıları için: su-immiscible organik çözücü kloroform uzun tepki süresi ile THF neden solucan benzeri bir su karışan organik çözücü ise küresel micelle şekil yol açar Gelişmiş nanocrystal kapsülleme birlikte Micelle şekli.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Dikkat: organik çözücüler kullanımı nedeniyle, bir kimyasal duman mahallede tüm işlemleri yapılmalıdır. Güç kaynağı açık olduğunda yüksek gerilim elektrik kullanımı nedeniyle aparatı ile vücut temasından kaçının. Kişisel koruyucu donanım (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, tam uzunlukta pantolon ve kapalı-toe ayakkabı) kullanma gibi tüm uygun güvenlik yöntemleri kullanın. Tüm ilgili malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) başvurun.

1. Kurulum malzemelerin

  1. QD çözüm hazırlamak için 10 mg dağıtılması hidrofobik QDs (floresan emisyon en yüksek dalga boyu 605 = nm, burada model nanocrystals kullanılan) 20 mL organik çözücü (solucan benzeri micelle şekil üretmek için küresel micelle şekli veya THF üretmek için kloroform) içinde ve girdap 20 s.
  2. PS-PEG çözüm hazırlamak için 100 mg PS-PEG dağıtılması (9,5 kDA PS kesimi ile amfifilik blok kopolimer ve 18,0 kDA PEG segment) 10 mL organik çözücü (solucan benzeri micelle şekil üretmek için küresel micelle şekli veya THF üretmek için kloroform) içinde. Mix 1 dk (kloroform) veya banyo için vortexing tarafından çözüm 2 dk (THF) için solüsyon içeren temizleyicide.
  3. QD çözüm ve 1 mL PS-PEG çözüm ve 1 dk. için girdap Mix 1 mL şırınga A. karışımı ekleyin Şırınga PTFE yapılır.
  4. PVA çözüm hazırlamak için 4 – 5 h. izin ver oda sıcaklığında kullanmadan önce soğumasını PVA çözüm için 60 – 80 ° C'de ısıtılmış su banyosunda 10 mL suda 400 mg PVA (13-23 kDa, hidrolize % 87-89) geçiyoruz.
  5. 5 mL PVA çözeltisi şırınga b için ekleyin. Şırınga PTFE yapılır.

2. Kur donatım

  1. İç kılcal dış kapiller derleme içine yerleştirin ve nazikçe pozisyona vida. Üzerinde sıkın değil. Şekil 2 koaksiyel electrospray sistemi genel kurulumu gösterir. İç kapiller iğne 27 G (dış çapı 500 µm; iç çapı 300 µm) paslanmaz çelik kılcal ve dış iğne bir 20 G (dış çap 1000 µm; iç çapı 500 µm) paslanmaz çelik üçlü bağlayıcı. Kullanılan PTEE boru bir 1.8 mm iç çapında.
  2. Şırınga A şırınga pompa a Şekil 2' de gösterildiği gibi yerleştirin. Şırınga A PTFE boru kullanarak electrospray koaksiyel meme iç paslanmaz çelik kılcal için bağlayın.
  3. Şırınga B şırınga pompa b Şekil 2' de gösterildiği gibi yerleştirin. Şırınga B PTFE boru kullanarak electrospray koaksiyel meme dış paslanmaz çelik kılcal için bağlayın.
  4. Pozisyon electrospray koaksiyel meme ipucu yaklaşık 0,8 cm topraklı çelik yüzük (1.5 cm çapında) yukarıda.
  5. Yerde cam koleksiyonu yaklaşık 10 cm eşeksenli başlığı altında çanağı.
  6. Devre dışı bırakılmış güç kaynağı ile zemin tel ( Şekil 2' deki siyah tel) topraklı çelik Yüzük'e bağlanın.
  7. Güç kaynağı devre dışı güç kaynağının pozitif terminal ( Şekil 2kırmızı tel) bir metal timsah klip kullanarak koaksiyel meme iç iğneye takın.

3. Micellar Nanocrystals imalatı

  1. A şırınga pompa hızını 0.6 mL/h için ayarlar.
  2. Enjektör pompa B hızını 1,5 mL/h için ayarlayın.
  3. Her iki şırınga pompa başlatın ve onların anılan sıraya göre akış oranları stabilize etmek bekleyin. Başlık sabit bir hızda, şekillendirme damla bir kararlı akış hızı gösterir. Bu, genellikle 60 içinde çıkar şırınga pompalar başladıktan sonra s.
    Not: Hava kabarcığı yok boru içinde ve olmalıdır damlacıkları electrospray koaksiyel meme oluşturmalıdır.
  4. Olumlu bir yüksek gerilim electrospray koaksiyel meme uygulamak için güç kaynağı açın. 5 – 9 kV aralığında uygulanan gerilim bir içbükey kadar ayarlamak koni-jet (Yani, bir 'Taylor koni' bilinen bir yakınsak jet) koaksiyel meme ucunda görülmektedir ( şekil 3ailave gösterildiği gibi).
    Uyarı: yüksek gerilim uygulandığında electrospray meme dokunmak emin olun. Uygun güvenlik önlemleri izleyin.
    Not: Yetersiz uygulanan gerilim ( şekil 3bilave gösterildiği) meme ucunda şekillendirme damlacıkları neden olur, uygulanan gerilim çok yüksek bir elektrik ark meme ve topraklı çelik yüzük arasında neden olur.
  5. İstikrarlı bir Taylor Koni (şekil 3a) elde ettikten sonra 10 mL deiyonize su temiz koleksiyonu çanak ve cam koleksiyonu çanak kurulum yerine ekleyin. Yeni çanak micellar nanocrystal ürün toplayacaktır.
  6. (Küresel micelle şekli veya solucan benzeri micelle şekil üretimi için yaklaşık 90 dk üretimi için yaklaşık 40 dk için) belirli bir saat süre micellar nanocrystal üretim işlemini çalıştırın. Electrospray başlığı altında toplama yemek kaldır.
  7. Enjektör pompa A ve b durdur
  8. Yüksek gerilim güç kaynağını kapatmak.
  9. (Bir duman mahallede) buharlaşır organik çözücü ele geçen koleksiyonu çanak gecede izin.
    Not: micellar nanocrystal ürünleri karakterizasyonu sonuçlarından bakılırsa, buharlaşma gecede kaliteli ürünler elde etmek için organik çözücü kaldırmak için yeterli olur.
  10. Son olarak, micellar nanocrystal ürün 15 mL santrifüj tüpü karakterizasyonu (örneğin, floresan spektroskopisi, dinamik ışık saçılma, transmisyon elektron mikroskobu ve termal analiz), uygulama veya depolama için transfer. Son micellar nanocrystal ürün bir buzdolabı 4 ° C'de depolayın
    Not: Ürün kararlı en az bir ay için bu saklama koşulu altında kalabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Şekil 1 bir şematik üretim sürecinde kullanılan organik çözücü tarafından yapıları (şekil ve encapsulation) micellar nanocrystals kontrolünü özetleme gösterir. Kısaca, diklorometan nanocrystals yok encapsulation ile küresel micelles yol açar; Kloroform nanocrystals düşük kapsülleme sayıda küresel micelles yol açar; THF nanocrystals kısa tepki süresi, yüksek kapsülleme sayıda küresel micelles ve solucan şeklinde micelles nanocrystals uzun bir reaksiyon süresi,...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Micellar nanocrystals imalat yöntemi mevcut iş birleştiren tepeden electrospray içinde açıklanan kendinden montajlı aşağıdan yukarıya ve solvent bazlı yapısı kontrol. Bir etkili ve uygun kalite kontrol yöntemi koaksiyel meme ucunda kurulmuş Taylor koni kullanmaktır. Bu denge uygun şekilde oluşturulmuş Taylor koni gösterir çünkü (dengesi) elektrik kuvvet ve yüzey gerilimi, sırayla başarılı mikro-reaktörler (Tekdüzen süper ince damlacıkları) oluşumu gösteren arasında için yakınsa kendinden montajlı tepki oluşmaya kendiliği...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Yazarlar, minnetle mali destek "Bin genç küresel yetenekleri" ödülü gelen Çin merkezi hükümet, Jiangsu eyalet hükümeti, mühendislik ve uygulamalı start-up fonundan bir "Shuang Chuang" ödülü kabul Bilimler, üniversite Nanjing, Çin, Ödülü "Tian Di" dan vakıf, hibe düşük öncelik akademik Program Geliştirme Fonu, Jiangsu yükseköğretim kurumları (PAPD), Jiangsu Province Doğa Bilimleri fonundan verin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Hidrofobik kuantum noktaları,Ocean NanotechQSP,Katı, hidrofobik CdSe/ZnS kuantum noktaları. En yüksek floresan emisyon dalga boyu 605 nm'dir.
Poli (stiren) -b-poli (etilen glikol) (PS-PEG)Sigma-Aldrich666476-500MGPS segmentinin moleküler ağırlığı 9.5 kDa ve PEG segmentinin moleküler ağırlığı 18.0 kDa'dır.
Poli (vinil alkol) (PVA)Sigma-Aldrich363170-500GMolekül ağırlığı 13– 23 kDa, 87– %89'u hidrolize edilmiştir.
Tetrahidrofuran (THF)Sinopharma Kimyasal Reaktif80124418
KloroformSinopharma Kimyasal Reaktif40007960
Şırınga pompalarıBao Ding Shen ChenSPLab01
BoruShanghei Lai Xing2 mm dış çap ve 1.8 mm iç çap PTFE boru.
ŞırıngalarYi Ming5.CCPTFE'den yapılmış 5 mL tek kullanımlık şırınga.
Yüksek voltajlı güç kaynağıDong WenDW SerisiDoğru akım güç kaynağı (0– 50 kV aralığında).
Elektrosprey koaksiyel nozulHunan Chang Sha Na YiPaslanmaz çelik montaj. İç kılcal iğne 27 gauge idi (dış çap 500 μ m; iç çap 300 μ Dış kılcal damar 20 gauge idi (dış çap 1.000 μ m; iç çap 500 μ m).
VortexerXi'an HEB Biotechnology Co., Ltd. ÇinMX-SMX-S, 0&ndash geniş hız aralığına sahip; 2.500 rpm, kademesiz hız ayarı, dokunmatik ve sürekli çalışma.
Çelik halkaYiwu Wan TuYüzükler çeşitli çaplarda (0.8 – 1.8 cm) inşa edilebilir. Örneğin, yaklaşık 25 cm (uzunluk) 0,5 mm çapında (24 gauge, AWG) bir çelik telin kıvrılmasıyla 1,3 cm çapında bir halka yapılmıştır.
Cam toplama kabıGrainger1u508425 mm yükseklik ve 120 mm çapında cam tabak.
15 mL santrifüj tüpüJiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd.X-407Santrifüj tüpü şeffaf polipropilenden (PP) yapılmıştır.
,

Kaynaklar

  1. Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
  2. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  3. Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
  4. Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
  5. Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
  6. Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
  7. Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
  8. Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
  9. Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
  10. Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
  11. Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
  12. Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434(2017).
  13. Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
  14. Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
  15. Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
  16. Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
  17. Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
  18. Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Elektrosprey Tekni iKendi Kendine D zenlenme S reciSolvent Tabanl KontrolTetrahidrofuran THFSolucan ekilli MisellerK resel MisellerNanokristal Kaps llemeKoaksiyel NozulGe irimli Elektron Mikroskobisi

İlgili makaleler