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化学

Eine einfache Methode für die Größe kontrollierte Synthese von stabilen Oligomere Cluster von Goldclustern unter Umgebungsbedingungen

Published: February 05, 2016
doi:
10.3791/53388
, , ,
1Department of Pathology and Laboratory Medicine,University of North Carolina at Chapel Hill, 2Condensed Matter Physics Department, Laboratory of Biophysics,Jozef Stefan Institute

概要

Wir beschreiben ein einfaches Verfahren zur über die Reduktion von Chlorgoldsäure (HAuCl 4) mit Natriumthiocyanat (NaSCN) hochstabile oligomere Cluster von Goldnanopartikel herzustellen. Die oligoclusters haben eine enge Größenverteilung und kann mit einer Vielzahl von Größen und Oberflächenbeschichtungen hergestellt werden.

Abstract

Verringerung der wässrigen verdünnen HAuCl 4 mit Natriumthiocyanat (NaSCN) unter alkalischen Bedingungen erzeugt 2 bis 3 nm Durchmesser Nanopartikel. Stabile traubenartigen oligomeren Clustern dieser gelb-Nanopartikel mit enger Größenverteilung werden unter Umgebungsbedingungen über zwei Verfahren synthetisiert. Die Verzögerungszeit-Verfahren steuert die Anzahl der Untereinheiten in den oligoclusters indem die Zeit zwischen der Zugabe von HAuCl 4 bis alkalischen Lösung variiert und die anschließende Zugabe des Reduktionsmittels, NaSCN. Die gelben oligoclusters produziert Bereich in der Größe von ca. 3 bis ca. 25 nm. Dieser Größenbereich kann durch ein Add-on-Verfahren erweitert werden verwendet hydroxylierten Goldchlorid (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -), um Auto-katalytisch oligocluster Nanopartikel die Anzahl der Untereinheiten in der bei der Synthese zu erhöhen, einen Gesamtbereich von 3 nm bis 70 nm bereitstellt. Die rohen oligocluster Präparate zeigen eine enge Größenverteilungen und nicht Fell benötigenther Fraktionierung für die meisten Zwecke. Die oligoclusters gebildete> 300-fach konzentriert werden, ohne Aggregation und die rohen Reaktionsmischungen stabil bleiben für Wochen ohne weitere Verarbeitung. Da diese oligomere Cluster können vor Derivatisierung konzentriert werden erlauben sie teuer Derivatisierungsmittel wirtschaftlich genutzt werden. Darüber hinaus stellen wir zwei Modelle von denen Vorhersagen der Partikelgröße kann mit großer Genauigkeit hergestellt werden.

Introduction

Die Verwendung von Gold-Nanopartikeln als Werkzeuge in beiden biomedizinischen Anwendungen und Grundlagenforschung hat sich in den letzten Jahrzehnten enorm gewachsen. Wenige moderne Nanomaterialien wurden zu so vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, deren Einsatz in der alles von Sonnenkollektoren auf photothermischen Krebsbehandlung zu finden; von elektrischer in biologischen Sensoren; von chemischen Katalyse zu Drug-Delivery-Systeme 7.1. Die Anteile an Gold-Nanopartikel als Werkzeuge in diesen Bereichen werden von den einzigartigen Eigenschaften Gold-Nanopartikel besitzen angetrieben, die besondere strukturelle, optische und elektronische Eigenschaften 8 enthalten.

Verwendung von Gold besteht ein zunehmender Nanopartikel 9,10 in biologischen und chemischen Untersuchungen. Trotz der Verfügbarkeit von vielen Quellen für den Kauf von Gold-Nanopartikeln, kommen sie zu einem erheblichen Preis wenn zu den Kosten der im Haus Synthese verglichen. Die hohen Kosten von im Handel erhältlichen Nanopartikel macht im Haus Synthese dewünschenswert. Unser Verfahren beinhaltet die Synthese von oligomeren Nanocluster, hergestellt von kleinen 2-3 nm sphärische Gold-Untereinheiten. Nachdem alle Vorteile der klassischen Gold-Nanopartikel sind oligomere Nanocluster Wahl bevorzugt, wenn es um Durchlässigkeit oder Filtrationsraten Messungen wegen ihrer modularen Struktur ahmt die Struktur der Proteine ​​kommt.

Derzeit umfassen die häufigsten Ansätze für die im Haus Synthese von Gold-Nanopartikeln, die Reduktion von Goldchlorid (HAuCl 4) unter wässrigen Bedingungen 11,12. Reduktion von HAuCl 4 mit üblichen Reduktionsmittel, wie Natriumborhydrid (NaBH 4) oder Natriumcitrat, ermöglicht die Herstellung von sphärischen Nanopartikel 13. Gold-Nanopartikel durch diese Verfahren synthetisiert werden, in ihrer Nutzungsgrößenbereich beschränkt, weil sie in biologische Puffer auf die Anwesenheit von Salzen empfindlich als ihr Kerndurchmesser erhöhen. Verfahren zuvor beschrieben wurdefür die Synthese von Nanopartikeln aus gelben 2-3 nm Durchmesser aus der Reduktion von HAuCl 4 mit Natriumthiocyanat unter alkalischen Bedingungen 14,15.

Hier beschreiben wir eine Modifikation dieses Verfahrens, die einen traubenartigen oligocluster der gelben Nanopartikel ohne die Notwendigkeit für zusätzliche Verkappungsmittel erzeugt. Indem einfach die Zeit zwischen der Zugabe von variierenden HAuCl 4 bis alkalischen Lösung und der anschließenden Zugabe von Reduktionsmittel, Natriumthiocyanat, können wir die resultierende Größe der Goldpartikel von ~ 3 nm bis ~ 25 nm zu variieren. Zu größeren Partikeln herzustellen, ein einfacher Zusatz-Verfahren kann verwendet werden, um diese oligoclusters durch Zugabe von hydroxylierten gold (HG) zu der synthetisierten oligoclusters in Gegenwart von Natriumthiocyanat zu wachsen. Mit diesen beiden Methoden, sind wir in der Lage, zuverlässig zu oligoclusters produzieren abdeckt einen Bereich von ~ 3 nm bis ~ 70 nm. Die Tatsache, dass diese Methode ermöglicht es auch kontrollierte Synthese von hochwertigen galt oligoclusters unter Labortisch-Bedingungen mit Standardausrüstung und einer begrenzten Anzahl von Reagenzien erstreckt möglicherweise die Vorteile von Gold-Nanopartikeln als Forschungswerkzeug mit wenig oder gar keine Erfahrung in der chemischen Synthese der Forscher.

Protocol

1. Vorbereitung der Reagenzien Achtung: Immer vorsichtig, wenn Sie mit Chemikalien und Lösungen arbeiten. Folgen Sie geeignete Sicherheitsmaßnahmen und tragen Handschuhe, Schutzbrille und einen Laborkittel zu allen Zeiten. Beachten Sie, dass Nanomaterialien zusätzliche Gefahren für ihre Massengegenstück verglichen haben. Anmerkung: Alle chemischen Lösungen werden hergestellt wie molal (Gramm-Mol pro kg des Lösungsmittels) als molar (Gramm-Mol pro Liter Lösung). Herstellung von Goldchlorid Man löst 1 g Gold (III) -chlorid-Trihydrat in 100 g H 2 O 25 mM HAuCl 4 zu geben. Herstellung von Borax (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O) Man löst 3,81 g Borax in 100 g H 2 O 0,1 molal Borax zu geben (Warm ggf. vollständige Lösung sicherzustellen). Herstellung von Natriumthiocyanat Man löst 8,1 g Natriumthiocyanat in 100 gH 2 O 1 molare NaSCN zu geben. Herstellung von Natriumcarbonat Man löst 5,3 g wasserfreiem Natriumcarbonat in 100 g H 2 O 0,5 molal Na 2 CO 3 zu geben. Herstellung von Glutathion Man löst 154 mg an reduziertem Glutathion (GSH) pro 1 ml der 0,5 molaren Na 2 CO 3 0,5 molal GSH zu geben. 2. Synthese von Gold-Oligoclusters Verzögerungszeit-Synthese von Gold-Oligoclusters In 59,5 ml H 2 O in einen sauberen 125 ml Wheaton-Glasflasche einen Rührstab enthält. Verwenden Sie einen flachen Boden sauber Glasbehälter, aber sicher, dass es sehr sauber ist. In 7 ml 0,1 molare Borax und bringen Lösung zu einem kräftigen Aufsehen. In 2,8 ml ca. 25 mM HAuCl 4 unter kräftigem Rühren und warten gewünschte Verzögerungszeit (Zugabe von HAuCl 4 beginnt die Verzögerungszeit). Verzögerungszeiten bestimmen die Größe vondie als oligoclusters synthetisiert, wie in Tabelle 1 gezeigt. Nach Verzögerungszeit gewünscht, fügen Sie 700 ul 1 molare NaSCN unter kurze starkem Rühren (1200 rpm für 30 sec). Entfernen Rührstab und reagieren lassen, gehen bis zur Fertigstellung O / N (Größenverteilung der oligoclusters kann weiter verbessert werden durch so dass Mischung kontinuierlich zu rühren O / N, während die Reaktion vollständig abläuft). Sobald Reaktion zum Abschluss gekommen ist, sind die bei der Synthese Rohöl oligoclusters Wochen stabil. Add-on-Wachstum von Oligoclusters Mähdrescher 10 ml as-synthetisierten oligoclusters zu 60 ml HG. Das Verhältnis der bei der Synthese anfall oligoclusters zu HG bestimmt die Größe des resultierenden oligoclusters, die relative Menge an HG erzeugt größer oligoclusters erhöhen. In 900 ul 1 molare NaSCN unter kurze starkem Rühren (1200 rpm für 30 sec). Lassen Sie die Reaktion zu gehen bis zur Fertigstellung O / N (Größenverteilung der oligoclustersWeitere indem Gemisch kontinuierlich O / N rühren verbessert werden, während die Reaktion vollständig abläuft). 3. GSH Derivatisierung und Konzentration von Oligoclusters In 70 ml als Synthese anfall oligoclusters (oder oligoclusters von der Add-On-Verfahren) zu einer 70 ml 30 kDa Cutoff Filterzentrifuge. Spin für 15 min bei 3.000 x g. Dies konzentriert die Partikel bis zu einem Volumen von ~ 250 & mgr; l. Flip-Gerät über und erholen Retentat durch die Vorrichtung 3 min bei 500 x g zu drehen. Zurückgewonnen Volumen sollte ~ 250 ul sein. Messen Sie wiederhergestellten Laufwerkes mit einer Mikropipette. Hinzufügen eines Volumens von 0,5 molal Glutathion (oder andere thiol) gleich 1/9 dem gewonnenen Volumen konzentrierter oligoclusters (Endkonzentration 50 mmolal GSH). Lassen Derivatisierungsreaktion für 5-10 Minuten bei Raumtemperatur zu sitzen. Die Derivatisierung erfolgt schnell. Übermäßig lange Zeiten können Partikel aufzulösen. verdünnen Derivatized oligoclusters in 50 ml Dulbeccos phosphatgepufferter Kochsalzlösung. (Andere Puffer oder H 2 O kann in diesem Schritt als Verdünnungsmittel / Waschpuffer gewählt werden. Die Auswahl der Regel durch beabsichtigte Folgeanwendungen bestimmt ist.) In all der verdünnten derivatisierten oligoclusters bis 30 kDa Cutoff Filterzentrifuge. Drehen Sie das Filterzentrifuge für 15 Minuten bei 3000 x g. Flip-Gerät über und erholen Retentat durch die Vorrichtung 3 min bei 500 x g zu drehen. Zurückgewonnen Volumen sollte ~ 250 ul sein. Die rückgewonnenen Partikel konzentriert sind gebrauchsfertig und sind über Monate stabil bei 4 ° C. 4. Analyse und Verifikation von Oligocluster Synthese Gelelektrophorese von Oligoclusters Elektrophorese von rohem oligocluster Vorbereitung Mischen Sie die bei der Synthese oligocluster Vorbereitungen 2: 1 mit Last-Puffer, der 60% Glycerin, ~ 0,15% Bromphenolblau und 150 mmolal GSH (ab Lager von 0,5 molaren GSH, gelöst in 0,5 molaren Na 2 CO 3). Last 30 ul auf Fertig Polyacrylamid-Gradienten-Gel (alle kDa) und laufen mit Tris-Glycin-Laufpuffer (25 mM Tris, 192 mM Glycin, kein SDS verwendet wird) für 26 min bei konstanter Spannung (200 V). Elektrophorese von GSH derivatisierten Oligoclusters Verdünnte GSH derivatisierten oligocluster Zubereitung 1: 3 mit H 2 O (typischerweise 2 & mgr; l GSH-oligoclusters mit 6 & mgr; l H 2 O). Mix verdünnt GSH derivatisierten oligoclusters 2: 1 mit Ladepuffer 60% Glycerin enthält, ~ 0,15% Bromphenolblau und 150 mmolal Natriumbicarbonat. Last 10 ul auf Fertig Polyacrylamid-Gradienten-Gel (alle kDa) und laufen mit Tris-Glycin-Laufpuffer (25 mM Tris, 192 mM Glycin, kein SDS verwendet wird) für 26 min bei konstanter Spannung (200 V). Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Vorbereiten Oligoclusters für TEM Zum Waschen oligoclusters verdünnen 20 ul konzentrierter oligoclusters mit 0,5 ml H 2 O und laden zu einer 0,5 ml 30 kDa cutoff Zentrifugalfilter. Spin bei 14.000 g für 10 min. Entfernen Filtrat und resuspendieren Retentat mit einem frischen 0,5 ml H 2 O. Wiederholen Waschen zweimal für insgesamt 3 Waschungen. Verdünnen Endretentat 500-fach in H 2 O (oligoclusters sind bereit, an dieser Stelle für Gridding). Gridding Oligoclusters Glimmentladung kohlenstoffbeschichtetes Gitter. Kaution 0,6 ul gewaschen und verdünnt oligoclusters auf eine kohlenstoffbeschichtete glühen entladen Netz. Lassen Sie Gitter an der Luft trocknen für 10 min. Visualisieren oligoclusters mit TEM bei 100.000 · Vergrößerung. Arbeiten bei 80 kV für Bilder hier gezeigt.

Representative Results

Die Synthesen von Gold oligoclusters wurden durch Gelelektrophorese (Abbildung 1) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) (Abbildung 2) analysiert. Die Größe der GSH-beschichtet oligoclusters kann durch Elektrophorese überwacht werden als größere Partikel wandern weniger und dunkler erscheinen. Darüber hinaus kann die Qualität einer bestimmten Größe Vorbereitung durch die Breite der nach der Elektrophorese gesehen Band geschlossen werden (dh für eine gegebene Größe, Zubereitungen mit enger Größenverteilung produzieren fester Banden als Zubereitungen aus der gleichen Größe mit breiteren Größenverteilungen) . Abbildung 2 beschreibt das Verhältnis der Zeitverzögerung (Delay-Zeit-Methode) oder HG: Samen (Add-on-Verfahren) zu oligocluster Größe. Mittleren Durchmessern von TEM berechnet werden verwendet Verzögerungszeit und HG zu bestimmen: Samen Abhängigkeit Wachstum von oligoclusters für Verzögerungszeit und Add-On-Verfahren bezeichnet. Ein Flussdiagramm (Figur 3) umreißt das Verfahren für beide erfülltHods und eine Tabelle (Tabelle 1) vorhergesagten Parameter Bereitstellung oligoclusters der gewünschten Größe zu erzeugen, werden vorgestellt. Abbildung 1. Polyacrylamid-Gelelektrophorese von oligoclusters durch die Verzögerungszeit gebildet und Add-On-Verfahren. Oligoclusters durch Verzögerungszeit erzeugt und Add-On-Verfahren auf Gradienten-Gelelektrophorese analysiert. Spuren 2-4: oligoclusters nach unterschiedlichen Verzögerungszeiten gebildet (45, 135 und 405 sec) zwischen den HAuCl 4 Alkali machen und die Zugabe von NaSCN Lanes. 5-8: oligoclusters durch die Add-On-Verfahren gebildet. Samen wurde durch die Verzögerungszeit-Verfahren mit 405 Sekunden Verzögerung, angedeutet durch ↓ gebildet. Verschiedene Mengen von HG wurden für Add-on verwendet. Die Verhältnisse von HG-Lösung (1 mM in Gold) verwendete Lösung (1 mM in Gold) auf Saatgut für jede Probe vorbereitet sind indicated, wie 4xHG, 6xHG, 12xHG und 24xHG. Bitte hier klicken, um diese Datei herunterzuladen. Abbildung 2. Die Durchmesser der Gold oligoclusters durch die Verzögerungszeit gebildet und Add-On-Verfahren. Oligoclusters, die durch Laufzeit und Add-On-Verfahren mit TEM untersucht. A) und B) wurden mit freundlicher Genehmigung aus Lit.. 16 Copyright 2014 American Chemical Society. (A) Repräsentative TEM-Aufnahmen von 50 nm x 50 nm Bereiche von Gittern von Proben, die aus den Laufzeitverfahren. Durchmesser der Teilchen (Y-Achse) und die Verzögerungszeiten in ihrer Herstellung (X-Achse) verwendet werden, angegeben, beide Achse sind logarithmisch. Die dicke schwarze Linie (R 2 = 0,973) ist ein Best-Fit mit empirischen 3-Parameter-Gleichung D Verzögerungszeit = D 0 + a (1 – e -bt </sup>), wobei D Verzögerungszeit der mittlere Durchmesser der Cluster in nm ist, 0 D ist Mindestdurchmesser von Clustern (~ 3,5 nm), eine ist der maximale Anstieg der Kerngröße, die durch die Verzögerungszeit erstreckt (~ 20 nm) und b = 0,0021 sec -1. (B) Die Durchmesser der oligoclusters nach verschiedenen Verzögerungszeiten gebildet, bevor die Zugabe NaSCN (delay-time-Methode) auf einer linearen Skala dargestellt. (C) Die Durchmesser der oligoclusters nach Zugabe gebildet (Add-on-Methode) von unterschiedlichen Mengen an HG auf vorgeformte Gold Samen durch die Verzögerungszeit-Verfahren gebildet mit 405 sec Verzögerungszeit. Wie durch die dicke schwarze Linie dargestellt ist, kann es leicht, dass der Add-On-Verfahren gebildet der Durchmesser oligoclusters ersichtlich ist , Wobei c und c HG Seeds sind die Konzentrationen von Chlorwasserstoffsäure bei der Herstellung der Lösung von HG in Add-On-Verfahren und bei der Herstellung verwendet oligoc Kronleuchter durch die Verzögerungszeit-Verfahren bezeichnet. Ähnlich V HG und V Seeds sind die entsprechenden Volumina. Bitte hier klicken, um diese Datei herunterzuladen. Abbildung 3. Wanddiagramm der Verzögerungszeit und Add-On-Verfahren für oligoclusters unterschiedlicher Größe Gold machen. Flussdiagramm umreißt die Verfahren für die Synthese von Gold oligoclusters unterschiedlicher Größe mit Hilfe entweder die Verzögerungszeit oder Add-on-Methoden. Die alkalische Lösung von Chlorwasserstoffsäure ist blau. Die HG ist rot. Die Gold-Nanopartikel Samen und oligoclusters schwarz sind. Bitte hier klicken, um diese Datei herunterzuladen. 318px "> Delay-Zeit Verfahren Add-On-Verfahren vorhergesagt Durchmesser (nm) Verzögerungszeit (sec) Verzögerungszeit (min) vorhergesagt Durchmesser (nm) gemessen Durchmesser ± Standardabweichung (nm) 4 × HG 6 × HG 12 × HG 24 × HG 100 × HG 1000 x HG 1 0,02 3.5 2 0,03 3.6 3,1 ± 1,3 6.1 6.9 8.4 10.5 16,7 36 3 0,05 3.6 4 0,07 3.7 5 0,08 3.7 2,6 ± 1,1 6.3 7.1 8.7 10.8 17,3 37 6 0,10 3.8 7 0,12 3.8 8 0,13 3.8 9 0,15 3.9 10 0,17 3.9 6.7 7.5 9.2 11.4 18 39 11 0,18 4.0 12 0,20 4.0 13 0,22 4.0 14 0,23 4.1 15 0,25 4.1 3,3 ± 1,5 70,0 7.9 9.7 12.0 19 41 20 0,33 4.3 25 0,42 4,5 30 0,50 4.7 35 0,58 4.9 40 0,67 5.1 45 0,75 5.3 6,4 ± 2 9.1 10.1 12.5 15.5 25 53 60 1.0 5.9 75 1.3 6.4 90 15 6.9 105 1.8 7.5 120 2.0 8.0 135 2.3 8.4 11 ± 3 14.4 16.1 20 25 39 84 165 2.8 9.4 195 3.3 10 225 3.8 11 255 4.3 12 285 4.8 13 315 5.3 13 345 5.8 14 375 6.3 14 405 6.8 15 14 ± 5 26 29 35 44 70 150 435 7.3 15 465 7.8 16 495 8.3 16 525 8.8 17 555 9.3 17 585 9.8 18 615 10 18 900 15 20 1200 20 22 20 ± 11 37 42 51 64 102 219 1500 25 23 1800 30 23 2100 35 23 2400 40 23 2700 45 23 3000 50 23 3300 55 23 3600 60 23 25 ± 11 40 45 55 69 109 235 Tabelle 1 Oligocluster Größe Vorhersagetabelle. Vorhergesagte Durchmessern von Gold oligoclusters gebildet entweder mit der Verzögerungszeit oder Add-on-Methoden. Vorhergesagte Durchmesser für die Verzögerungszeit-Verfahren berechnet, um eine empirische Formel für die durchschnittliche oligocluster Durchmesser D Verzögerungszeit unter Verwendung von D = 0 + a (1 – e -bt), wobei D der mittlere Durchmesser der Gold oligoclusters in nm ist, D 0 ist der minimale Durchmesser (3,5 nm), eine ist der maximale Anstieg der Kerngröße (20 nm), und b ist 0,0021 s -1, wie zuvor 16 gezeigt. Vorhergesagte Durchmesser für das Add-on-Verfahren berechnet wird, unter Berücksichtigung, dass neue Nanopartikel nicht von HG bilden kann, sondern es ist gleichmäßig um vorgeformte kugelförmige Samen abgelagert, wodurch sie größer zu machen. Keine andere Annahme ist notwendig. Es kann leicht zu sehen, dass the Durchmesser von oligoclusters durch die Add-On-Verfahren gebildet ist , Wobei c und c HG Seeds sind die Konzentrationen von Chlorwasserstoffsäure bei der Herstellung der Lösung von HG in Add-On-Verfahren verwendet und in oligoclusters durch die Verzögerungszeit-Verfahren macht, respectively. Ähnlich V HG und V Seeds sind die entsprechenden Volumina.

Discussion

Diese Handschrift ein detailliertes Protokoll für Tisch Synthese monodisperser Gold oligoclusters (Abbildung 3). Das Verfahren ist in der Lage, indem einfach eine Vielzahl von Größen erzeugen, die Zeit zwischen der Zugabe von HAuCl 4 bis alkalischen Lösung und der anschließenden Zugabe des Reduktionsmittels variiert, Natriumthiocyanat. Die Zugabe von HAuCl 4 bis alkalischen wässrigen Lösung gepuffert Ergebnisse in der zeitabhängigen Hydroxylierung von HAuCl 4 zu hydroxylierten gold (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Diese Hydroxylierung resultiert in weniger HAuCl 4 zur Verfügung stehen, obwohl die Hydroxylierung nicht vollständig durchgeführt wird, da es eine Gleichgewichtsreaktion ist. Die Keimbildung und die Bildung von de novo Gold Monomere können nur von HAuCl 4 eingeleitet werden. Hydroxylierte Gold ist nur in der Lage auf die Zugabe an vorhandene Gold-Nanopartikeln, in die Bildung von Gold oligoclusters resultiert; unsere Add-OnVerfahren nutzt diese 16. Oligoclusters mit der Verzögerungszeit-Verfahren gebildet wird, kann in Form von Samen verwendet werden, auf dem hydroxylierten Gold abgeschieden wird, wodurch die Größe von ausgesät oligoclusters erhöhen. Ausgesät Wachstum kann durch Variieren des Verhältnisses von hydroxylierten Gold (HG) vs. so synthetisierten oligocluster (Figur 1) gesteuert werden. Bei beiden Verfahren leicht die Größe der Partikel kann durch die Wahl der richtigen Zeitverzögerung (2A, B) oder durch die Wahl der richtigen Startkernen und das richtige Verhältnis von zugesetzten hydroxylierten Gold (HG) (2C) vorhergesagt werden. Vorhersagen für nützlichsten Teilchengrößen werden dargestellt (Tabelle 1). Die zunehmende Größe von GSH derivatisierten oligoclusters kann durch Elektrophorese überwacht werden, da größere Teilchen weniger wandern und scheinen vor allem dunkler, desto später aufgrund der Tatsache, dass der Extinktionskoeffizient von Gold-Nanopartikeln im Verhältnis erhöhen auf die Teilchengröße.

<p class="jove_content"> Das Add-On Verfahren hat zwei Einschränkungen, von denen der erste die großen Reaktionsvolumina erforderlich bei hohen HG ist: Samen Verhältnisse. Eine zweite Einschränkung für die add-on Verfahren stammt von der oben erwähnten Tatsache, dass die Hydroxylierung von HAuCl 4 eine Gleichgewichtsreaktion ist und geht nicht bis zur Fertigstellung. Die unvollständige Hydroxylierung von HAuCl 4 hat einen minimalen Einfluss auf die Add-On-Reaktion, wenn die Konzentration von oligocluster Samen hoch bleibt. Wenn die Konzentration des oligocluster Samen niedrig sind, wie es der Fall ist, wenn lange Laufzeit Saatgut und hohe HG mit: Samen Verhältnissen kann der Einfluss von nichthydroxyliertem HAuCl 4 an Bedeutung gewonnen. Unter diesen Bedingungen HAuCl 4 in der Lage, die Synthese von neuen oligoclusters zu nukleieren, in heterogenen Populationen von oligoclusters führt.

Die so synthetisierten oligoclusters Verzugszeit oder Add-on-Verfahren hergestellt werden, sind für Wochen stabil, nur Spuren von Gold Niederschlag zu entwickeln. Auch nach seining konzentriert 300fachen die oligoclusters stabil bleiben und Aggregation widerstehen. Die Gold oligoclusters hier beschriebenen haben auch den zusätzlichen Vorteil, in der Lage, ohne vorherige Derivatisierung konzentriert werden, damit teuer Derivatisierungsmittel ermöglicht in kleineren Mengen verwendet werden. Nachdem mit Glutathion derivatisiert werden (GSH), Cluster blieb stabil bis zu einem Jahr. GSH-Derivatisierung bietet auch starke negative Ladung 13, die sie Aggregation macht widerstehen, wenn auf physiologische Puffer oder tierischen Plasma ausgesetzt, wodurch sie sich für in vivo-Experimente machen. Die Derivatisierung kann mit einer großen Vielzahl von Thiolgruppe enthält Reagenzien erreicht werden.

Die Zugänglichkeit der oligoclusters der Derivatisierung mit anderen Thiol enthaltenden Molekülen ermöglicht 17,18 bequeme und einfache Modifikation der Oberfläche Monoschicht, wodurch die Steuerung der Oberflächenchemie und Reaktivität von oligoclusters. Andere Chemikalien in diesem Protokoll ca verwendetn leicht für ähnliche Chemikalien ersetzt werden, ohne Synthese beeinträchtigen. Dazu gehören die Substitution von Borax mit anderen alkalischen Puffer (z. B. Carbonat) und Natriumthiocyanat für andere Thiocyanatsalze (z. B. KSCN).

Das Hauptmerkmal dieses Protokolls ist seine Einfachheit, die hervorgehoben werden müssen. Nur ein Milligramm Gewicht Maßstab und Magnetrührer erforderlich Handelsqualität Gold oligoclusters zu erzeugen, die für fortgeschrittene biologische und Materialanwendungen verwendet werden kann. Breite Anwendbarkeit ist als und durch Monodispersität erzeugt durch die breite Palette von Größen unterstützt werden. Zusätzlich im Haus ist die Herstellung kostengünstig.

Die oligoclusters sind besonders wertvoll für die Untersuchung der Durchlässigkeit von Basalmembranen und Blutbarrieren. Sie lassen sich leicht mit Kochsalzlösung durch verschiedene Routen und verfolgt in vivo 19-21 verwaltet werden. Erhalten Gewebeproben können anschließend unter ein untersucht werdenElektronenmikroskop 16,22. Neben Durchlässigkeit, stellt biologisch Verteilung wertvolle pharmakologische Informationen und die Verwaltung der Mischung aus oligoclusters in verschiedenen Größen gibt wertvolle Informationen über größenabhängige Verteilung der Partikel im Inneren des Körpers 23-25. Schließlich wegen ihrer einzigartigen Struktur versagen sie lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR) manifestieren vielleicht sie zu idealen Kandidaten für die Fluoreszenzmarkierung zu machen, die nicht leicht erreichbar in Gold-Nanopartikeln, weil eine Störung zwischen den LSPR und Fluorophor Ergebnisse in fast vollständige Löschung der Fluoreszenz 26 .

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

TK dankt für die Unterstützung aus der Slowenien Research Agency (ARRS gewährt BI-US / 13-14-040, und J3-6803). OS dankt für die Unterstützung von National Institute of Health (NIH) Zuschuss RO1HL49277.

Materials

125 ml Wheaton glass bottles Fisher Scientific SC-06-404F
Borax     (Na2B4O7·10H2O) Fisher Scientific S25537
Gold(III) Chloride trihydrate Sigma Aldrich G4022
Sodium thiocyanate Sigma Aldrich 251410
Sodium carbonate Sigma Aldrich S7795
Glutathione Sigma Aldrich G4251
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) Corning 21-031-CV
Centricon Plus – 70 Millipore UCF703008
Sodium bicarbonate Sigma Aldrich S6014
CF200-Cu Carbon film on 200 mesh copper grids  Electron Microscopy Sciences 71150
10X TRIS/GLYCINE buffer Bio-Rad 161-0734
Any kD Mini-PROTEAN TGX Gel Bio-Rad 456-9033
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参考文献

  1. Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Ther. Deliv. 3 (4), 457-478 (2012).
  2. Huang, X., Jain, P., El-Sayed, I., El-Sayed, M. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles. Lasers Med. Sci. 23 (3), 217-228 (2008).
  3. Notarianni, M., et al. Plasmonic effect of gold nanoparticles in organic solar cells. Sol. Energy. 106, 23-37 (2013).
  4. Jain, P. K., Huang, X., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Noble Metals on the Nanoscale: Optical and Photothermal Properties and Some Applications in Imaging, Sensing, Biology, and Medicine. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1578-1586 (2008).
  5. Huang, X., El-Sayed, M. A. Gold nanoparticles: Optical properties and implementations in cancer diagnosis and photothermal therapy. J. Adv. Res. 1 (1), 13-28 (2010).
  6. Cioffi, N., et al. Electrosynthesis and characterization of gold nanoparticles for electronic capacitance sensing of pollutants. Electrochim. Acta. 56 (10), 3713-3720 (2011).
  7. Mikami, Y., Dhakshinamoorthy, A., Alvaro, M., Garcia, H. Catalytic activity of unsupported gold nanoparticles. Catal. Sci. Tech. 3 (1), 58-69 (2012).
  8. González, A. L., Noguez, C., Barnard, A. S. Map of the Structural and Optical Properties of Gold Nanoparticles at Thermal Equilibrium. J. Phys. Chem. C. 116 (26), 14170-14175 (2012).
  9. Neeley, A., et al. Selective Detection of Chemical and Biological Toxins Using Gold-Nanoparticle-Based Two-Photon Scattering Assay. IEEE Trans. Nanotechnol. 10 (1), 26-34 (2011).
  10. An, H., Jin, B. Prospects of nanoparticle-DNA binding and its implications in medical biotechnology. Biotechnol. Adv. 30 (6), 1721-1732 (2012).
  11. Wang, S., Qian, K., Bi, X., Huang, W. Influence of Speciation of Aqueous HAuCl4 on the Synthesis, Structure, and Property of Au Colloids. J. Phys. Chem. C. 113 (16), 6505-6510 (2009).
  12. Britton, H. T. S., Dodd, E. N. Electrometric studies of the precipitation of hydroxides. Part V. Tervalent gold chloride solutions. J. Chem. Soc. , 2464-2467 (1932).
  13. Schaaff, T. G., Knight, G., Shafigullin, M. N., Borkman, R. F., Whetten, R. L. Isolation and Selected Properties of a 10.4 kDa Gold:Glutathione Cluster Compound. J. Phys. Chem. B. 102 (52), 10643-10646 (1998).
  14. Baschong, W., Lucocq, J. M., Roth, J. Thiocyanate gold: Small (2-3 nm) Colloidal Gold for Affinity Cytochemical Labeling in Electron Microscopy. Histochemistry. 83 (5), 409-411 (1985).
  15. De Brouckère, L., Casimir, J. Préparation d’hydrosols d’or homéodisperses très stables. Bull. Soc. Chim. Belg. 57 (10-12), 517-524 (1948).
  16. Smithies, O., et al. Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles: Preparation, Size Distribution, Derivatization, and Physical and Biological Properties. Langmuir. 30 (44), 13394-13404 (2014).
  17. Bartz, M., et al. Monothiols derived from glycols as agents for stabilizing gold colloids in water: synthesis, self-assembly and use as crystallization templates. J. Mater. Chem. 9 (5), 1121-1125 (1999).
  18. Hainfeld, J. F., Slatkin, D. N., Focella, T. M., Smilowitz, H. M. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. Br. J. Radiol. 79 (939), 248-253 (2006).
  19. Nam, S. Y., Ricles, L. M., Suggs, L. J., Emelianov, S. Y. Ultrasound and Photoacoustic Monitoring of Mesenchymal Stem Cells Labeled with Gold Nanotracers. PLoS One. 7 (5), (2013).
  20. Jokerst, J. V., Thangaraj, M., Kempen, P. J., Sinclair, R., Gambhir, S. S. Photoacoustic Imaging of Mesenchymal Stem Cells in Living Mice via Silica-Coated Gold Nanorods. ACS Nano. 6 (7), 5920-5930 (2013).
  21. Astolfo, A., et al. In vivo visualization of gold-loaded cells in mice using x-ray computed tomography. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 9 (2), 284-292 (2013).
  22. Menk, R. H., et al. Gold nanoparticle labeling of cells is a sensitive method to investigate cell distribution and migration in animal models of human disease. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 7 (5), 647-654 (2011).
  23. Kumar, A., Zhang, X., Liang, X. J. Gold nanoparticles: Emerging paradigm for targeted drug delivery system. Biotechnol. Adv. 31 (5), 593-606 (2013).
  24. Paciotti, G. F., et al. Colloidal Gold: A Novel Nanoparticle Vector for Tumor Directed Drug Delivery. Drug Deliv. 11 (3), 169-183 (2004).
  25. Khlebtsov, N., Dykman, L. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: a review of in vitro and in vivo studies. Chem. Soc. Rev. 40 (3), 1647-1671 (2011).
  26. Nerambourg, N., Werts, M. H., Charlot, M., Blanchard-Desce, M. Quenching of Molecular Fluorescence on the Surface of Monolayer-Protected Gold Nanoparticles Investigated Using Place Exchange Equilibria. Langmuir. 23 (10), 5563-5570 (2007).

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Lawrence, M., Testen, A., Koklic, T., Smithies, O. A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions. J. Vis. Exp. (108), e53388, doi:10.3791/53388 (2016).
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