Herstellung von sphärischen und Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch die Kombination von Elektrospray, Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle
Summary
Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode um Mizellen Nanokristalle, einer neuen großen Klasse von Nanobiomaterials zu fabrizieren. Diese Methode verbindet Elektrospray Top-Down, Bottom-up-Selbstmontage, und lösemittelhaltige Strukturkontrolle. Das Herstellungsverfahren ist weitgehend kontinuierlich, qualitativ hochwertige Produkte zu produzieren und besitzt eine kostengünstige Mittel zur Strukturkontrolle.
Abstract
Mizellen Nanokristalle (Mizellen mit gekapselten Nanokristalle) sind eine aufstrebende große Klasse von Nanobiomaterials geworden. Wir beschreiben eine Methode zur Herstellung von Mizellen Nanokristalle anhand der Kombination von Top-Down-Elektrospray, Bottom-Up-Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle. Bei dieser Methode wird zuerst mit Electrospray um einheitliche ultrafeine Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen, von denen jede fungiert als Mikro-Reaktor in der Selbstmontage Reaktion bilden Mizellen Nanokristalle mit den Strukturen (Micelle Form und Nanocrystal auftritt Kapselung) gesteuert durch das organische Lösungsmittel verwendet. Diese Methode ist weitgehend kontinuierlich und produziert qualitativ hochwertige Mizellen Nanocrystal Produkte mit einem kostengünstigen Struktur Kontrollansatz. Durch die Verwendung einer Wasser mischbar organische Lösungsmittel Tetrahydrofuran (THF), können Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch Lösungsmittel-induzierte/erleichtert Micelle Fusion hergestellt werden. Verglichen mit der gemeinsamen sphärischen Mizellen Nanokristalle, bieten Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle minimierte unspezifische zelluläre Aufnahme, wodurch biologische Ausrichtung. Durch Co Kapseln mehrere Nanokristallen in jede Micelle, können multifunktionale oder synergistische Wirkungen erreicht werden. Aktuelle Einschränkungen dieses Herstellungsverfahren, die Bestandteil der zukünftigen Arbeit sein wird, gehören vor allem unvollkommenen Kapselung in Mizellen Nanocrystal Produkt und unvollständig kontinuierlichen Charakter des Prozesses.
Introduction
Nanokristalle wie Halbleiter-Quantenpunkte (QDs) und superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Mondfotos) zeigten großes Potenzial für biologische Detektion, Bildgebung, Manipulation und Therapie1,2, 3,4,5,6. Kapselung von einem oder mehreren Nanokristallen in einer Micelle ist eine weit verbreitete Methode zur Schnittstelle Nanokristalle mit biologischen Umgebungen3,6gewesen. Die so gebildeten Mizellen Nanokristalle (Mizellen mit Nanokristallen gekapselt) sind eine neue Klasse von Nanobiomaterials7,8,9,10geworden. Häufig verwendete Methoden der Micellen zu fabrizieren, die verschiedenen Materialien (z.B., Nanokristalle, niedermolekulare Medikamente und Farbstoffe) Kapseln zählen Film Flüssigkeitszufuhr, Dialyse, und mehrere andere7,11.
Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mizellen Nanokristalle anhand der Kombination von Top-Down-Elektrospray, Bottom-Up-Selbstmontage und Lösungsmittel-vermittelten strukturelle Kontrolle. Im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden von Mizellen Nanokristallen, unsere Methode bietet mehrere positive Eigenschaften: (1) Es ist ein weitgehend kontinuierlichen Produktionsprozess. Diese Funktion ist vor allem auf der Tatsache, dass Elektrospray in unserer Methode verwendet wird, um die Emulsion Tröpfchen bilden. Im Gegensatz dazu verwenden einige andere Methoden aufschütteln oder Beschallung Emulsion Tröpfchen, wodurch diese Methoden-Batch-Prozesse in der Natur12bilden. (2) es entstehen Produkte mit Hochwasser-Dispergierbarkeit, ausgezeichnete kolloidale Stabilität und intakten Körperfunktionen von gekapselten Nanokristallen. Dieser Prozess kann oft Produkte mit höchster Qualität im Vergleich mit anderen Micelle Kapselung Methoden, zu einem großen Teil, weil Elektrospray ultrafeine und einheitliche Emulsion Tröpfchen bilden kann geben. (3) die Strukturen der Produkte, einschließlich Micelle Form und Anzahl der gekapselten Nanokristalle, gesteuert durch das Lösungsmittel, das wesentlich preiswerter im Vergleich mit anderen Möglichkeiten der Kontrolle z. B. Ändern der amphiphilen Polymeren verwendet, und produzieren nicht nur die gängigen sphärische Micelle Form sondern Endlosschraube-wie Micelle Form über Micelle Fusion13. Die so gebildeten Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle befinden sich stark bieten unspezifische zelluläre Aufnahme als kugelförmige Entsprechungen13reduziert. Auf der anderen Seite lohnt es sich, darauf hinzuweisen, dass diese Methode das Setup von einem Elektrospray-Gerät voraussetzt (obwohl bei weitem nicht unerschwinglich) etwas mehr technisch anspruchsvoller ist als das Bedürfnis der Instrumentation in den anderen Methoden.
Das Herstellungsverfahren umfasst zunächst ultrafeine Flüssigkeitströpfchen (oft Öl-in-Wasser-Emulsion) mit einheitlichen Größen bis Elektrospray, gefolgt von Verdampfung des organischen Lösungsmittel Selbstmontage Mizellen Nanokristalle (Abbildung 1 bilden wiederum erzeugen ). Das Elektrospray-Setup verfügt über eine koaxiale Konfiguration mit konzentrischen Nadeln: die Öl-Phase, die amphiphile Blockcopolymere und hydrophoben Nanokristalle gelöst in organischen Lösungsmittel enthält, wird auf die innere Nadel (27 G Edelstahl-Kapillare geliefert ) mit einer Spritzenpumpe; die Wasserphase, die ein Tensid in Wasser gelöst enthält, wird die äußere Nadel (20 G Edelstahl-Dreiwege Stecker) mit einer zweiten Spritzenpumpe geliefert. Die koaxiale Düse wird eine hohe Spannung. Ultrafeine Tröpfchen mit einheitlichen Größen werden durch elektrodynamische Kraft Überwindung Oberflächenspannung und trägen Stress in der Flüssigkeit erzeugt. Jedes Tröpfchen im Wesentlichen fungiert als “Mikro-Reaktor”, in dem, nach dem Entfernen des organischen Lösungsmittels durch Verdunstung, die Selbstmontage “Reaktion” entsteht spontan durch hydrophobe Wechselwirkungen. Einsatz von verschiedenen organischen Lösungsmitteln führt zu unterschiedlichen Strukturen der Mizellen Nanokristalle: ein Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel Chloroform führt zu kugelförmig Micelle Form, während Wasser mischbar organische Lösungsmittel THF mit einer langen Reaktionszeit zur Endlosschraube-wie führt Micelle Form zusammen mit verbesserten Nanocrystal Kapselung.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Herstellungsverfahren von Mizellen Nanokristallen beschrieben in der vorliegenden Arbeit kombiniert Top-Down-Elektrospray Bottom-up-Selbstmontage und Lösungsmittel basierende Struktur steuern. Eine effektive und bequeme Qualitätskontrolle-Methode soll den Taylor Kegel an die koaxiale Düsenspitze gebildet. Dies ist da ein richtig geformte Taylor Kegel Gleichgewicht angibt (oder in der Nähe von Gleichgewicht) zwischen elektrische Kraft und Oberflächenspannung, die wiederum erfolgreiche Bildung von Mikroreaktoren (…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen dankbar die finanzielle Unterstützung eines “Tausend Young Global Talents” Award von der chinesischen Zentralregierung, eine “Shuang Chuang” Award von der Provinzregierung Jiangsu, Gründerfonds vom College of Engineering and Applied Wissenschaften, Universität Nanjing, China, Förderpreis “Tian Di” Stiftung, Stipendium von der Priorität akademischen Programm Entwicklung Fonds von Jiangsu Hochschulbildung Institutionen (PAPD), Stipendium der Jiangsu Provinz Natural Science Fonds.
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). |
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