Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke nabij-infrarood (NIR) absorptie. Het protocol omvat ook antilichaam conjugatie aan de nanodeeltjes door de Fc eenheid voor diverse biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen.
Magnetische en plasmonische eigenschappen gecombineerd in een enkel nanodeeltje zorgen voor een synergie die voordelig is in een aantal biomedische toepassingen zoals contrast verbetering in de roman magnetomotorische beeldvormende modaliteiten, tegelijkertijd nemen en detectie van circulerende tumorcellen (CTC's), en multimodale moleculaire beeldvorming gecombineerd met fotothermische therapie van kankercellen. Deze toepassingen hebben aanzienlijke belangstelling voor de ontwikkeling van protocollen voor synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met optische absorptie in het nabije infrarood (NIR) gebied en een sterk magnetisch moment gestimuleerd. Hier presenteren we een nieuw protocol voor de synthese van dergelijke hybride nanodeeltjes die is gebaseerd op een olie-in-water micro-emulsie methode. De unieke eigenschap van de hierin beschreven protocol synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes van verschillende maten van primaire blokken die ook magneto-plasmon kenmerken. Deze benadering levert nanodeeltjes met een hoge densiteit van magnetische en plasmonische functionaliteiten die gelijkmatig zijn verdeeld over de nanodeeltjes volume. De hybride nanodeeltjes kunnen gemakkelijk worden gefunctionaliseerd door het aanbrengen van antilichamen door de Fc eenheid verlaat het Fab-deel dat verantwoordelijk is voor antigeenbinding voor targeting.
Hybride nanodeeltjes bestaande uit verschillende materialen met verschillende fysisch-chemische eigenschappen kunnen nieuwe mogelijkheden openen in biomedische toepassingen, waaronder multimodale moleculaire beeldvorming, therapie levering en bewaking, nieuwe screening en diagnostische testen 1-3. De combinatie van plasmon en magnetische eigenschappen in een nanodeeltje is van bijzonder belang omdat het een zeer sterk licht verstrooiing en absorptie doorsneden verbonden plasmonresonanties en kunnen reageren op een magnetisch veld. Zo werden magneto-plasmon nanodeeltjes gebruikt om contrast in donkere-field imaging van gemerkte cellen verhogen door een tijdelijke signaal modulatie via een externe elektromagneet 3-5. Meer recent werd een soortgelijke grondslag voor de ontwikkeling van een nieuwe beeldvormende modaliteit – magneto-fotoakoestische imaging, waar magneto-plasmon nanodeeltjes mogelijk grote verbeteringen in contrast en signaal-achtergrond ratio 6,7. Ook werd aangetoond dat de hybride nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor gelijktijdige opname en detectie van circulerende tumorcellen in bloed en in vivo 8,9. Bovendien worden magneto-plasmon nanodeeltjes veelbelovende theranostische middelen die kunnen worden gebruikt voor moleculaire specifieke optische en MRI gecombineerd met fotothermische behandeling van kankercellen 10.
Verschillende benaderingen werden verkend voor de synthese van magneto-plasmonische nanodeeltjes. Bijvoorbeeld, Yu et al. Gebruikt afbraak en oxidatie van Fe (CO) 5 op gouden nanodeeltjes dumbbell-achtige bifunctionele Au-Fe 3 O 4 nanodeeltjes 11 vormen. Wang et al. Hebben goud gecoate ijzeroxide nanodeeltjes gesynthetiseerd door het gebruik van thermische ontleding methode 12. Enkele andere benaderingen afhankelijk coating polymeer of aminofunctionele moleculen aan magnetische kern nanodeeltjes gevolgd door afzetting van agoude shell op het polymeer oppervlak om de hybride te creëren deeltjes 7,13. Bovendien werden ijzeroxide nanodeeltjes goud nanorods via elektrostatische interacties of een chemische reactie 14,15 bevestigd. Hoewel deze benaderingen leveren magneto-nanostructuren, ze compromis enigszins eigenschappen van de magneto-plasmonische combinatie zoals optische absorptie in het nabije infrarood venster (NIR) of een sterk magnetisch moment beide zijn zeer wenselijk in biomedische toepassingen. Bijvoorbeeld, dumbbell Au-Fe 3 O 4 nanodeeltjes een plasmon resonantie piek bij 520 nm die hun bruikbaarheid in vivo beperkt door de hoge weefsel troebelheid in dit spectrale gebied. Bovendien is de magneto-plasmonische nanodeeltjes door huidige protocollen zijn beperkt tot slechts een 11 of weinig (minder dan 10) 14,15 superparamagnetische delen (bijvoorbeeld ijzeroxide nanodeeltjes) die significant minder dan had ach zijnieved in een dicht opeengepakte nanostructuur. Bijvoorbeeld, kan een dicht op elkaar gepakte 60 nm diameter bolvormige nanodeeltjes bevatten, in de orde van duizend van 6 nm superparamagnetische nanodeeltjes. Daarom is er een grote ruimte voor verbetering van magnetische eigenschappen van de hybride nanodeeltjes. Bovendien zijn sommige van de eerder beschreven protocollen zijn relatief complex en vereisen zorgvuldige optimalisatie om deeltjesaggregatie tijdens de synthese 14,15 vermijden.
Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmonische nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke NIR-absorptie die belangrijke beperkingen van het huidige kunst-adressen. De synthese heeft zijn oorsprong in de olie-in-water micro-emulsie-methode 16. Het is gebaseerd op de montage van nanodeeltjes van een gewenste grootte van een veel kleinere primaire deeltjes. Deze aanpak is met succes gebruikt om nanostructuren uit een enkel materiaal zoals goud, ijzeroxide en semiconductor pri producerenmary deeltjes 16. We uitgebreid tot de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes door, eerst, waardoor 6 nm goud diameter shell / ijzeroxide kerndeeltjes en daarna samenstellen van de primaire hybride deeltjes in de uiteindelijke bolvormige nanostructuur. Montage primaire deeltjes in nanoclusters het niet alleen mogelijk verbeteren van de eigenschappen van de samenstellende nanodeeltjes, zoals het bereiken van een sterker magnetisch schip behoud superparamagnetische eigenschappen, maar maakt ook gebruik van de interacties tussen individuele nanodeeltjes zodoende nieuwe kenmerken afwezig de samenstellende nanodeeltjes, zoals sterke optische absorptie in het NIR venster. Dit protocol geeft hybride nanodeeltjes met een hoge magnetische en plasmon functionaliteiten. Na primaire deeltjes worden gesynthetiseerd, onze methode is in wezen een eenvoudige éénpotsreactie. De totale plasmon resonantie sterkte en magnetisch moment worden bepaald door een aantal primaire deeltjes en theroordat, kan eenvoudig worden geoptimaliseerd, afhankelijk van de aanvraag. Verder hebben we ook een procedure ontwikkeld voor het antilichaam conjugatie tot een hybride nanopartikels voor verschillende biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen. Antilichamen worden door de Fc eenheid verlaat het Fab-deel dat verantwoordelijk is voor antigeenbinding voor targeting gehecht.
Kritische stappen in de geslaagde synthese van magneto-plasmonische nanoclusters omvatten het maken van zeer monogedispergeerde primaire goud shell / ijzeroxide nanodeeltjes kern en regisseren zelf-assemblage van de primaire deeltjes in nanoclusters. Een molaire verhouding tussen de primaire deeltjes en oppervlakteactieve stoffen spelen een belangrijke rol bij het bepalen van grootteverdeling van de nanoclusters. Niet-uniforme grootte verdeling van de primaire nanodeeltjes kan de vorming van grote aggregaten veroorzaken…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd mede ondersteund door de NIH subsidie R01 EB008101 en R01 CA103830.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
PYREX 50mL Round Bottom Boiling Flask with Short Neck & 24/40 [ST] Joint | Corning | 4320A-50 | Thermal decomposition reaction |
PYREX 41 x 300mm 5-Bulb Allihn Condenser with 24/40 [ST] Outer/Inner Joints | Corning | 2480-300 | Thermal decomposition reaction |
Silicone Oil | Fisher | S159-500 | Oil bath |
Hot Plate Stirrer | Corning | PC-351 | Heat the reacton with stirring function |
Thermometer | ThermoWorks | 221-092 | Measure temperature |
Iron (III) Acetylacetonate | Fisher | AC11913-0250 | Materials for primary hybrid nanoparticles synthesis |
Oleic Acid 99% | Fisher | A195-500 | |
Gold (III) Acetate | Fisher | AA3974206 | |
Hexane | Fisher | H292-1 | |
Phenyl Ether 99% | Fisher | AC13060-0025 | |
1,2-Hexadecanediol 90% | Sigma | 213748-50G | |
Oleylamine 70% | Sigma | O7805-100G | |
Sodium Dodecyl Sulfate | Fisher | BP166-100 | Cluster synthesis |
Sodium Citrate Dihydrate | Sigma | W302600 | |
Monoclonal Anti-EGF Receptor Antibody | Sigma | E2156 | Cell labeling specificity test |
Monoclonal Anti-HER2 Antibody | Sigma | AMAB90627 | Cell labeling specificity test |
Sodium Periodate | Sigma | 311448 | Oxidate Fc region of antibodies |
Dithiolaromatic PEG6-CONHNH2 | SensoPath Technologies | SPT-0014B | Heterofunctional linker for antibody conjugation to nanoclusters |
Methoxy-PEG-thiol, 5k | Creative PEGworks | PLS-604 | Passivate the remaining gold surface after antibody conjugation |
Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Unit with Ultracel-10 membrane | Millipore | UFC801008 | Protien purification |
HEPES | Sigma | H3375 | Buffer |
PBS, 1X Solution | Fisher | BP2438-20 | Buffer |
UV−vis Spectroscopy | BioTek | Synergy HT | Obtain spectrum |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | Separation |
Transmission Electron Microscope | FEI | TECNAI G2 F20 X-TWIN | Obtain morphology of nanostructures |
Upright microscope | Leica | DM6000 | Obtain dark-field images |
Sonicator | Branson | 1510 | Sonication |
Carbon Film 300 Mesh Grid | EMS | CF300-Cu | TEM imaging |
96-well Plate | Corning | 09-761-145 | UV-vis reading plate |