Fabrication de nanocristaux micellaire sphériques et en forme de ver en combinant Electrospray, auto-assemblage et le contrôle de la Structure à base de solvant
Summary
Le présent ouvrage décrit une méthode pour fabriquer des nanocristaux micellaire, une nouvelle classe majeure de nanobiomaterials. Cette méthode combine electrospray descendante, ascendante, auto-assemblage et le contrôle de la structure à base de solvant. Le procédé de fabrication est en grande partie continue, peut produire des produits de qualité et possède un moyen peu coûteux de contrôle de la structure.
Abstract
NANOCRISTAUX micellaire (micelles avec les nanocristaux encapsulés) est devenus une classe émergente majeure de nanobiomaterials. Nous décrivons une méthode de fabrication de nanocristaux micellaire basée sur combinant electrospray descendante, ascendante auto-assemblage et contrôle de la structure à base de solvant. Cette méthode implique tout d’abord utilisez electrospray pour générer des gouttelettes ultrafines uniformes, dont chacun fonctionne comme un micro-réacteur dans lequel auto-assemblage réaction produit des nanocristaux micellaires formant, avec les structures (forme de micelles et nanocristallins Encapsulation) contrôlé par le solvant organique utilisé. Cette méthode est en grande partie continue et fabrique des produits de nanocristaux micellaire haute qualité avec une approche de contrôle de structure peu coûteux. En utilisant un tétrahydrofuranne de solvant organique miscible avec l’eau (THF), en forme de ver de nanocristaux micellaire peut être produit en raison de la fusion de micelle induite par solvant/facilité. En comparaison avec les nanocristaux micellaires sphériques communs, en forme de ver micellaire nanocristaux peut offrir réduite absorption cellulaire non spécifiques, améliorant ainsi le ciblage biologique. En encapsulant des nanocristaux multiples dans chaque micelle, effets multifonctionnelles ou synergiques est possible. Les limites actuelles de cette méthode de fabrication, qui fera partie des futurs travaux, comprennent principalement encapsulation imparfaite dans le produit de nanocristaux micellaire et la nature incomplète continue du processus.
Introduction
NANOCRISTAUX tels que les boîtes quantiques de semi-conducteurs (QDs) et nanoparticules superparamagnétiques d’oxyde de fer (SPIONs) ont démontré le grand potentiel biologique détection, imagerie, manipulation et thérapie1,2, 3,4,5,6. Encapsuler des nanocristaux d’un ou plusieurs dans une micelle est une méthode largement utilisée pour des nanocristaux d’interface avec les milieux biologiques3,6. Les nanocristaux micellaires ainsi formé (micelles avec nanocristaux encapsulé) sont devenus une classe émergente de nanobiomaterials7,8,9,10. Les méthodes couramment utilisées pour fabriquer des micelles qui encapsulent des divers matériaux (p. ex., nanocristaux, médicaments à petites molécules et des colorants) incluent hydratation film, dialyse et plusieurs autres7,11.
Le présent ouvrage décrit une méthode de fabrication de nanocristaux micellaire basée sur combinant electrospray descendante, ascendante auto-assemblage et contrôle structural induite par le solvant. Par rapport aux autres méthodes de fabrication des nanocristaux micellaire, notre méthode offre plusieurs caractéristiques avantageuses : (1) il est un processus de production en grande partie continue. Cette fonction est principalement dû au fait qu’electrospray est utilisé dans notre méthode pour former des gouttelettes d’émulsion. En revanche, d’autres méthodes utilisent Vortex ou la sonication pour former des gouttelettes d’émulsion, rendant ainsi ces processus de traitement par lots des méthodes en caractère12. (2) il en résulte produits avec hautes eaux-dispersibilité, excellente stabilité colloïdale et fonctions physiques intactes des nanocristaux encapsulés. Ce processus peut souvent donner des produits avec une qualité supérieure par rapport aux autres méthodes d’encapsulation de micelle, dans une large mesure car electrospray peut former des gouttelettes d’émulsion ultrafines et uniforme. (3) les structures des produits, y compris la forme micellaire et le nombre de nanocristaux encapsulé, peuvent être contrôlés par le solvant, qui est beaucoup plus peu coûteux par rapport aux autres moyens de contrôle telles que la modification de polymères amphiphiles utilisés et peuvent produire non seulement la forme de micelles sphériques couramment disponibles mais la micelle de ver-comme forme via micelle fusion13. Les ainsi formé en forme de ver micellaires nanocristaux sont trouvent à offrir grandement réduit absorption cellulaire non spécifiques que les homologues sphérique13. En revanche, il est intéressant de souligner que cette méthode nécessite l’installation d’un dispositif electrospray, qui est un peu plus techniquement difficile (bien que loin d’être prohibitifs) que la nécessité de l’instrumentation dans d’autres méthodes.
Le procédé de fabrication implique tout d’abord générer ultrafines gouttelettes (émulsion huile dans eau souvent) avec des tailles uniformes par électronébulisation, suivie par évaporation du solvant organique résultant en auto-assemblage pour former des nanocristaux micellaire (Figure 1 ). La configuration par électronébulisation possède une configuration coaxiale à l’aide d’aiguilles concentriques : la phase huileuse, qui contient les copolymères amphiphiles et hydrophobe nanocristaux dissous dans un solvant organique, est remises à l’aiguille intérieure (27 G inox capillaire ) avec une pompe à seringue ; la phase aqueuse, qui contient un agent tensio-actif dissous dans l’eau, l’aiguille externe (connecteur de trois voies en acier inoxydable 20 G) est livrée avec une deuxième pompe de seringue. Une tension élevée est appliquée à la buse coaxiale. Des gouttelettes ultrafines avec des tailles uniformes sont générés en raison de la tension superficielle surmonter de force électrodynamique et du stress inertiel dans le liquide. Chaque gouttelette fonctionne essentiellement comme un « micro-réacteur », dans laquelle, lors du retrait du solvant organique par évaporation, l’auto-assemblage « reaction » se fait spontanément en raison des interactions hydrophobes. À l’aide de différents solvants organiques conduit à différentes structures de nanocristaux micellaire : un chloroforme de solvant organique non miscible à l’eau conduit à la forme sphérique micelle, tandis que d’un solvant organique miscible à l’eau, THF avec un long temps de réaction conduit à ver-comme forme de micelles ainsi que l’encapsulation de nanocristaux améliorée.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le procédé de fabrication des nanocristaux micellaire décrites dans le présent travail combine descendante electrospray, ascendante auto-assemblage et contrôle de la structure à base de solvant. Une méthode de contrôle de qualité efficace et pratique consiste à utiliser le cône de Taylor, formé à l’extrémité de la buse coaxiale. C’est parce qu’un cône bien constitué de Taylor indique le solde (ou près de solde) entre la force électrique et la tension superficielle, qui indique à son tour la form…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient le soutien financier d’un prix « Mille jeunes de Talents mondiaux » du gouvernement Central chinois, un prix « Shuang Chuang » du gouvernement Provincial de Jiangsu, fonds de lancement du College of Engineering and Applied Sciences, Université de Nanjing (Chine), prix décerné par le « Tian-Di » Fondation, octroi de la priorité académique programme développement Fonds de Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD), subvention provenant du Fonds de sciences naturelles de Province de Jiangsu.
Materials
| Hydrophobic quantum dots | Ocean Nanotech | QSP | Solid hydrophobic CdSe/ZnS quantum dots. Peak fluorescence emission wavelength is 605 nm. |
| Poly(styrene)-b-poly(ethylene glycol) (PS-PEG) | Sigma-Aldrich | 666476-500MG | Molecular weight of PS segment is 9.5 kDa and that of PEG segment is 18.0 kDa. |
| Poly(vinyl alcohol) (PVA) | Sigma-Aldrich | 363170-500G | Molecular weight 13–23 kDa, 87–89% hydrolyzed. |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sinopharma Chemical Reagent | 80124418 | |
| Chloroform | Sinopharma Chemical Reagent | 40007960 | |
| Syringe pumps | Bao Ding Shen Chen | SPLab01 | |
| Tubing | Shanghei Lai Xing | 2 mm outer diameter and 1.8 mm inner diameter PTFE tubing. | |
| Syringes | Yi Ming | 5.CC | 5 mL disposable syringe made of PTFE. |
| High voltage power supply | Dong Wen | DW Series | Direct current power supply (0–50 kV range). |
| Electrospray coaxial nozzle | Hunan Chang Sha Na Yi | Stainless steel assembly. Inner capillary needle was a 27 gauge (outer diameter 500 μm; inner diameter 300 μm). Outer capillary was a 20 gauge (outer diameter 1,000 μm; inner diameter 500 μm). | |
| Vortexer | Xi'an HEB Biotechnology Co., Ltd. China | MX-S | MX-S with wide speed range of 0–2,500 rpm, stepless speed regulation, touch and continuous operations. |
| Steel ring | Yiwu Wan Tu | Rings with a range of diameters (0.8–1.8 cm) can be constructued. For example, a 1.3 cm diameter ring was constructed by curling an approximately 25 cm (length) of 0.5-mm diamter (24 gauge, AWG) steel wire. | |
| Glass collecting dish | Grainger | 1u5084 | 25-mm height and 120-mm diameter glass dish. |
| 15 mL centrifuge tube | Jiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd. | X-407 | Centrifuge tube is made of transparent polypropylene (PP). |
Referências
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