我们描述了通过的氯金酸(氯金酸4)用硫氰酸钠(硫氰酸钠)还原制备金纳米颗粒的高度稳定的寡聚簇的简单方法。所述oligoclusters具有窄的粒度分布,并且可以具有宽范围的尺寸和表面涂层来生产。
在碱性条件下还原稀水溶液氯金酸4硫氰酸钠(硫氰酸钠)产生2至3nm直径的纳米颗粒。窄粒度分布的这些黄色纳米颗粒的稳定葡萄状低聚簇通过两种方法在环境条件下合成。的延迟时间的方法,通过改变加入氯金酸4的碱性溶液中,随后加入还原剂,硫氰酸钠的之间的时间控制在oligoclusters亚基的数目。黄色oligoclusters产生范围在大小从〜3〜25纳米。这个尺寸范围可以通过利用羟基氯化金(Na +的[金(OH 4-X)氯X] – )的附加 方法进一步扩展到自动催化增加oligocluster纳米粒子的合成的亚基的数目,提供的3纳米的总范围至70纳米。粗oligocluster制剂显示窄粒度分布,不需要皮草疗法分馏对于大多数目的。形成的oligoclusters可以集中> 300倍,无结块和粗反应混合物保持稳定,周没有进一步处理。因为这些寡聚集群可以衍生之前浓缩它们允许经济地使用昂贵的衍生剂。此外,我们提出两个模型由粒径的预测可以非常精确地进行。
如在这两个生物医学应用和基础研究工具的使用金纳米颗粒就突飞猛进在过去的几十年。少数现代纳米材料已经被应用于许多不同的领域,发现它们在一切从太阳能电池板的光热癌症治疗中的用途;从电子生物传感器;从化学催化到药物递送系统1-7。在金纳米粒子在这些领域中的权益工具是由独特的性能金纳米粒子拥有包括特殊的结构,光学和电子性质8驱动。
有一个越来越多地使用金生物和化学测定纳米粒子9,10。尽管购买黄金纳米粒子的许多来源的可用性,他们来以相当的价格相比,在内部合成的成本的时候。市售纳米粒子的高成本使得内部合成德sirable。我们的程序包括由小2-3纳米的球形亚基金制成低聚纳米团簇的合成。具有所有的古典金纳米颗粒的优点,当涉及到渗透性或过滤速率测量,因为它们的模块化结构模拟物的蛋白质的结构低聚纳米簇是优选的选择。
目前,对在内部合成金纳米颗粒的最常见的方法包括氯化金(氯金酸4)水性条件11,12下的减少。与普通还原剂,如硼氢化钠(NaBH 4还原)或柠檬酸钠氯金酸4的还原,允许生产球形纳米颗粒13。通过这些方法合成金纳米粒子在它们有用的大小范围是有限的,因为他们成为盐的生物缓冲剂存在敏感,因为他们的核心直径增大。一种方法,先前已经描述对于纳米直径2-3从氯金酸4与硫氰酸钠还原的黄色纳米颗粒的碱性条件14,15下的合成。
在这里,我们描述了产生黄色纳米颗粒的葡萄状oligocluster而不需要额外的封端剂该方法的变形例。通过简单地改变加入氯金酸4的碱性溶液中,随后加入还原剂,硫氰酸钠的之间的时间,我们能够从〜3nm至〜25nm的变化所得到的金颗粒的尺寸。为了产生较大的颗粒,一个简单的附加过程可以用于通过加入羟基化金(HG)的生长这些oligoclusters在硫氰酸钠的存在下合成的oligoclusters。使用这两种方法,我们能够可靠地产生oligoclusters覆盖的范围从〜3nm至〜70纳米。事实上,这种方法可以让高品质的摹以及控制合成与标准的设备和试剂的数量有限的台式的条件下老oligoclusters潜在延伸金纳米颗粒作为研究工具的研究人员在化学合成很少或没有专业知识的优势。
此稿件为单分散黄金oligoclusters的台式合成( 图3)详细的协议。该方法能够通过简单地改变加入氯金酸4的碱性溶液中,随后加入还原剂,硫氰酸钠之间的时间产生一个宽范围的尺寸的。加入氯金酸4的碱性缓冲水溶液的结果在氯金酸4的时间依赖性羟化羟基化金(Na +的[金(OH 4-X)氯X] – )。在不到这羟化结果氯金酸是可用的,虽然羟化没有去完成,因为它是一个平衡的反应。成核和形成从头金单体可以仅由氯金酸4发起。羟基化的金仅能够添加到现有的金纳米颗粒,导致金oligoclusters的形成;我们的附加方法采用此16的优势。与延迟时间法形成Oligoclusters可以用作在其羟基化的金沉积,从而增加接种oligoclusters的大小种子。接种生长可通过改变羟基化金(HG)与合成的oligocluster(图1)的比率来控制。在两种方法中颗粒的尺寸可以很容易地选择合适的时间延迟(图2A,B)或通过选择起始种子权和加入羟基化金(HG)(图2C)的权利比来预测。为最有用的颗粒尺寸的预测呈现(表1)。谷胱甘肽衍生oligoclusters的增大尺寸可以通过电泳较大颗粒迁移少,出现来监测特别深,在后来的事实得到了金纳米颗粒的消光系数增加成比例地粒度。
<p class="jove_content">的附加方法有两个限制,其中第一个是在高HG所需的大反应体积:种子比率。第二个限制的附加 方法从上述事实, 氯金酸的羟基化是一个平衡反应,不会去完毕。 氯金酸的不完全的羟基化对附加反应影响最小的时候oligocluster种子的浓度仍然很高。当oligocluster种子的浓度很低,如使用长的延迟时间的种子和高HG时是这样的:种子比率,unhydroxylated 氯金酸的影响可以成为显著。在这些条件下氯金酸4能够以成核的新oligoclusters的合成,从而导致oligoclusters的异质群体。由延迟时间或附加方法生产的合成的oligoclusters对于周稳定,只有显影金沉淀的微量。即使是后ING集中300倍的oligoclusters保持稳定,抵抗聚集。此处所描述的金oligoclusters还具有能够被集中没有事先衍生,从而使在较小体积中使用昂贵的衍生剂的额外的好处。与谷胱甘肽(GSH)被衍生化后,集群保持稳定长达一年。谷胱甘肽衍生还规定,使得当暴露于生理缓冲剂或动物血浆它们抵抗聚集强负电荷13,从而使它们适合于在体内实验。衍生可与多种含巯基的试剂来实现。
该oligoclusters对衍生的顺从与其它含巯基的分子17,18使面单层方便,易于修改,从而控制表面化学和oligoclusters的反应性。在此协议CA使用的其他化学品N为容易取代类似的化学品不损害合成。这包括与其他的碱性缓冲剂硼砂(如,碳酸盐)和硫氰酸钠的其他硫氰酸盐替代(例如,KSCN)。
该协议的主要属性是它的简单,它必须被强调。只有一个毫克体重秤和磁力搅拌器需要生产商业质量金oligoclusters其可用于先进的生物和材料的应用。广泛的适用性是由一系列的大小相比,可以生产和单分散性的帮助。此外,在内部生产成本低。
该oligoclusters是基膜和血液屏障通透性的研究特别有价值。它们可以通过不同的路由盐水易于给药和体内19-21跟踪。获得组织样本可以下随后检查电子显微镜16,22。除了 透气性,生物分布提供了有价值的药理学的信息和不同大小的oligoclusters的混合物的管理提供有关粒子的身体内23-25 相关尺寸分布的有价值的信息。最后,由于其独特的结构的它们不能表现局部表面等离子共振(LSPR)也许使得它们为荧光标记,这是不是在金纳米颗粒容易实现的理想候选,因为在荧光26的几乎完全猝灭的LSPR和荧光团的结果之间的干扰。
The authors have nothing to disclose.
TK确认来自斯洛文尼亚的研究机构的支持(ARRS,授予BI-US / 13-14-040和J3-6803)。 OS确认来自美国国立卫生研究院(NIH)资助RO1HL49277支持。
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 |