Chemistry
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![Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril](https://cloudfront.jove.com/files/thumbs/61682_t.png)
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Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Gold-Nanopartikeln
Chapters
Summary July 2nd, 2019
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Amphiphile Gold-Nanopartikel können in vielen biologischen Anwendungen eingesetzt werden. Ein Protokoll zur Synthese von Gold-Nanopartikeln, die durch eine binäre Mischung von Liganden beschichtet sind, und eine detaillierte Charakterisierung dieser Partikel werden vorgestellt.
Transcript
Dieses Protokoll befasst sich mit der Batch-to-Batch-Reproduzierbarkeit von Sulfonat- und amphiphilen Gold-Nanopartikeln, die unser Labor in Experimenten mit Zellen, Viren und Proteinen verwendet. Diese Technik befasst sich mit den anorganischen Verunreinigungen, die dieser Art der Synthese gemeinsam sind. Außerdem werden nach jedem Schritt Kontrollmechanismen eingeführt, um die Reproduzierbarkeit von amphiphilen Gold-Nanopartikeln zu gewährleisten.
Diese Technik ist mühsam und erfordert Geduld. Der Schwierigkeitsgrad hängt von der Skalierung ab, also beginnen Sie in einem kleinen Maßstab, und machen Sie sich mit jedem Instrument und Schritt vertraut, bevor Sie hochskalieren. Zuerst 11-Brom-1-Undecen, Natriumsulfit und Benzyltriethylammoniumbromid zu 200 Milliliter Methanol und 450 Milliliter entionisiertem Wasser in einem einen Liter runden Bodenkolben hinzufügen.
Reflux das Reaktionsgemisch bei 102 Grad Celsius für 48 Stunden, bis die Lösung farblos wird. Nach dem Aufarbeiten das isolierte weiße Pulver in 400 Milliliter Methanol in einem runden Bodenkolben aussetzen. Filtern Sie mit einem Filterkolben und Borosilikatfilter die Lösung, um die methanolunlöslichen anorganischen Nebenprodukte zu entfernen.
Als nächstes etwa 30 Gramm Natrium undec-10-Enesulfonat in 500 Milliliter Methanol in einem ein Liter runden Bodenkolben auflösen. 2,6-mal mehr Thioessigsäure in die Lösung geben und über Nacht vor einer 250-Watt-UV-Lampe rühren. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, verdampfen Sie das Methanol vollständig.
Trocknen Sie das Pulver unter Vakuum, und dispergieren Sie es dann in der Ethylether. Filtern Sie das Gemisch und waschen Sie das feste Produkt mit dem Diethylether, um überschüssige Thioessigsäure zu entfernen, bis keine farbigen Substanzen mehr im Überstand des Diethylethers erscheinen. Nach dem Trocknen des Festkörpers unter Hochvakuum in Methanol auflösen und eine gelbe bis orange Lösung ergeben.
Als nächstes fügen Sie drei Gramm Ruß in die Lösung und mischen Sie kräftig. Filtern Sie dann die Mischung durch Celite und decken 2/3 eines geriffelten Filterpapiers ab. Um MUS zu synthetisieren, kombinieren Sie etwa 400 Milliliter einer molaren Salzsäure und 35 Gramm Natrium 11-Acetylthio-undecanesulfonat in einem einen Liter runden Bodenkolben.
Reflux die Mischung bei 102 Grad Celsius für 12 Stunden, um die Thioacetat-Gruppe zu spalten und ein Thiol zu erhalten. Am nächsten Tag das Produkt in einen zwei Liter runden Bodenkolben überführen. Um die Lösung sauer zu halten und die Kristallisation von anorganischen Salzen zu verhindern, fügen Sie 200 Milliliter eines Mol-Natriumhydroxids und 400 Milliliter entionisiertes Wasser in den Kolben, um ein endgültiges Volumen von einem Liter zu geben.
Bewahren Sie die klare Lösung über Nacht bei vier Grad Celsius auf, um das Produkt als feine Feststoffe zu kristallisieren, die bei Nässe zähflüssig sind. Am nächsten Tag dekant den klaren Überstand. Dann das Produkt in 50 Milliliter Zentrifugenrohre und Zentrifuge für fünf Minuten bei 4000 mal g übertragen.
Nach der Zentrifugation dekant den Überstand in einen weiteren runden Bodenkolben. Die weißen Pellets in Zentrifugenrohre geben und unter Hochvakuum trocknen, um methanollöslichen MUS in etwa 30% Ausbeute zu erhalten. Wiegen Sie 177,2 Milligramm Gold(III)chlorid-Trihydrat in einer kleinen Glasdurchstechflasche.
Danach 87 Milligramm MUS in 10 Milliliter Methanol, in einer 20 Milliliter Glasdurchstechflasche auflösen. Beschallen Sie die Lösung in einem Ultraschallbad, bis kein festes Material sichtbar ist, um eine vollständige Auflösung zu gewährleisten. Fügen Sie 26 Mikroliter 1-Octanethiol in die Methanollösung und rühren Sie sie, um die Liganden zu mischen.
Fügen Sie 500 Milligramm Natriumborohydrid zu 100 Milliliter Ethanol in einem 250 Milliliter runden Bodenkolben hinzu. Rühren Sie kräftig, bis die Lösung klar ist. Das Goldsalz in 100 Milliliter Ethanol in einem 500 Milliliter runden Bodenkolben auflösen und bei 800 U/min rühren, bis sich das Goldsalz vollständig auflöst.
Als nächstes fügen Sie die Ligandenlösung in das Reaktionsgemisch ein. Warten Sie 15 Minuten auf die Bildung des Goldthololatkomplexes, der durch einen Farbwechsel von transluzentem Gelb zu trübem Gelb angezeigt wird. Fügen Sie die zuvor vorbereitete Natriumborohydridlösung tropfenweise mit einem Trenntrichter in das Reaktionsgemisch ein.
Passen Sie die Intervallzeit der Tropfen so an, dass die Zugabe von Natriumborohydrid etwa eine Stunde dauert. Sobald die Natriumborohydrid-Zugabe vollständig ist, entfernen Sie den Zusatztrichter und lassen Sie das Reaktionsgemisch für eine weitere Stunde rühren. Entfernen Sie dann die magnetische Rührstange mit einem Magneten, der auf der Außenseite des runden Bodenkolbens platziert ist.
Lagern Sie das Reaktionsgemisch über Nacht bei vier Grad Celsius, um die Nanopartikel auszustoßen. Nach der Dekantierung des überstehenden Ethanols den restlichen Niederschlag sendemittel für drei Minuten bei 4000 mal g auf 50 Milliliter Zentrifugenrohre und Zentrifuge übertragen. Nach der Zentrifugation den Überstand dekantieren.
Die Nanopartikel durch Wirbel wieder mit Ethanol dispergieren. Dann zentrieren Sie die Proben wieder. Trocknen Sie die Nanopartikel unter Vakuum, um das Restethanol zu entfernen.
Um die Nanopartikel von freien hydrophilen Liganden zu reinigen, lösen Sie die Ausscheidungen in 15 Milliliter entionisiertem Wasser auf und übertragen Sie die Lösungen auf Zentrifugenrohre mit Filtrationsmembranen von 30 Kilodalton Cutoff-Molekulargewicht. Konzentrieren Sie die Nanopartikellösungen durch Zentrifugation fünf Minuten lang auf 4000 mal g. Nach der Zentrifugation 15 Milliliter entionisiertes Wasser hinzufügen und Zentrifuge wieder konzentrieren.
Um die Nanopartikel in ein überschaubares Pulver zu verwandeln, gefrieren Sie die verbleibende wässrige Lösung eineinfrieren. Um die Nanopartikel nach Ligandenverhältnis zu charakterisieren, bereiten Sie eine 150 Milligramm pro Milliliter Methanol-d4-Lösung aus Jod vor. Fügen Sie 600 Mikroliter der Lösung zu etwa fünf Milligramm Nanopartikel in eine Glasdurchstechflasche, um die Nanopartikel zu ätzen.
Die Kappe der Durchstechflasche mit Paraffinfolie umwickeln und 20 Minuten lang in einem Ultraschallbad beschallen. Übertragen Sie dann die Lösung auf ein NMR-Rohr und erwerben Sie ein Proton-NMR-Spektrum mit 32 Scans. Die MUS-Synthese wird hier gezeigt.
Die Proton-NMR-Spektren des Produkts jedes Schritts sind hier dargestellt. Der Synthese-Workflow der binären MUS Octanethiol amphiphilen Gold-Nanopartikel wird hier beschrieben. Vor der Charakterisierung wurde die Sauberkeit der Nanopartikel aus ungebundenen freien Liganden durch Proton NMR überwacht.
Die Größenverteilung der Nanopartikel wurde durch TEM charakterisiert, das zeigt, dass der durchschnittliche Durchmesser 2,4 Nanometer beträgt und auf etwa 18,08 Nanometer Quadratquadrat der Oberfläche und 7,23 Nanometer Volumen pro Teilchen zeigt. Die lokalisierte Oberflächenplasma- und Resonanzabsorption wurde durch erfassungvon UV-Vis-Spektren gemessen. Repräsentative Proton-NMR-Spektren mit Spitzenzuweisungen und Integration zur Bestimmung des Ligandenverhältnisses in den jodgeätzten Nanopartikeln werden hier gezeigt.
Das NMR-Spektrum der Nanopartikel zeigte, dass das Verhältnis von MUS zu Octanethiol 85 zu 15 beträgt. Die Oberflächenabdeckung der Nanopartikel wurde von Der TGA untersucht. Basierend auf TGA-Daten kann die Ligandendichte auf 4,8 Liganden pro Nanometer im Quadrat geschätzt werden.
Die stoichiometrischen Verhältnisse zu den NMR-Verhältnissen von Octanethiol, die sich aus verschiedenen Synthesen ergeben, werden hier verglichen. Die wichtigsten Dinge, die in diesem Verfahren zu erinnern sind, auf der einen Seite, die Entfernung von anorganischen Verunreinigungen bei der Herstellung von MUS-Liganden, und auf der anderen Seite die Aufarbeitung der Nanopartikel. Dieses Verfahren ist für verschiedene Kombinationen von Liganden zugänglich, aber stellen Sie sicher, dass jede Charge immer einzeln charakterisiert wird.
Eine Frage, die dieses Verfahren beantworten kann, ist zum Beispiel, inwieweit das Ligandenverhältnis der stoichiometrie entspricht, die auf der Oberfläche der Nanopartikel gefunden wurde. Die Skalierung der Ligandenproduktion und der Nachweis der Batch-to-Batch-Reproduzierbarkeit der Nanopartikel haben es uns ermöglicht, wichtige Fragen im Zusammenhang mit Biologie und Medizin anzugehen. Zum Beispiel haben wir die viruziden Eigenschaften dieser Nanopartikel festgestellt.
Bitte arbeiten Sie bei der Verwendung der UV-Lampe sorgfältig und tragen Sie beim Umgang mit flüssigem Stickstoff immer Schutzhandschuhe. Befolgen Sie immer die Chemikaliensicherheitsvorschriften.
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