ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס
Summary
העבודה הנוכחית מתאר שיטה כדי לפברק nanocrystals micellar, שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. שיטה זו משלבת ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטת ייצור רציפה במידה רבה, יכול לייצר מוצרים באיכות גבוהה, הנו אמצעי זול של מבנה השליטה.
Abstract
Micellar nanocrystals (הקזאין עם nanocrystals שעברו אנקפסולציה) הפכו שיעור העיקריים המתעוררים של nanobiomaterials. אנו מתארים שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס. שיטה זו כרוכה קודם באמצעות ספקטרומטריית electrospray כדי להפיק טיפות נוזל אחיד חדה במיוחד, שכל אחת מהן מתפקדת גם מיקרו-הכור בו הרכבה עצמית התגובה מתרחשת nanocrystals micellar ויוצרים, עם המבנים (מיצלה הצורה ואת nanocrystal כימוס) שבשליטת הממס האורגני בשימוש. שיטה זו היא רציפה במידה רבה ומייצרת מוצרים micellar nanocrystal באיכות גבוהה עם מבנה זול בקרת גישה. על ידי שימוש של מים-miscible tetrahydrofuran ממס אורגני (THF), בצורת תולעת nanocrystals micellar יכול להיות מיוצר עקב מיצלה הממס המושרה/הקלו פיוז’ן. לעומת nanocrystals micellar כדורית נפוצות, בצורת תולעת nanocrystals micellar יכולים להציע ממוזער ספיגת הסלולר לא ספציפית, ובכך שיפור המיקוד ביולוגי. על ידי שיתוף לבצע nanocrystals מרובים לתוך כל מיצלה, אפקטים משולבות או סינרגטי יכולה להיות מושגת. מגבלות הנוכחי של שיטה זו פבריקציה נוספת, אשר יהיה חלק מעבודת בעתיד, לכלול בעיקר כימוס לא מושלם את המוצר micellar nanocrystal ואת הטבע שהיישום רציפה של התהליך.
Introduction
Nanocrystals נקודות קוונטיות מוליכים למחצה (QDs) ו תחמוצת ברזל פאראמגנטי חלקיקים (SPIONs) הראו פוטנציאל גדול עבור ביולוגי זיהוי, הדמיה, מניפולציה, ו טיפול1,2, 3,–4,–5,–6. לבצע אחת או יותר nanocrystals לתוך מיצלה כבר שיטה הנפוצה nanocrystals ממשק עם סביבות ביולוגית3,6. (הקזאין עם nanocrystals encapsulated) וכך נוצר nanocrystals micellar הפכו שיעור המתעוררים של nanobiomaterials7,8,9,10. שיטות נפוצות כדי לפברק הקזאין הכומסים חומרים שונים (למשלnanocrystals, מולקולה קטנה תרופות, צבעים) כוללים הסרט הידרציה, דיאליזה ואחרים מספר7,11.
העבודה הנוכחית מתאר שיטה של בדיית nanocrystals micellar מבוסס על שילוב ספקטרומטריית electrospray מלמעלה, מלמטה למעלה הרכבה עצמית ושליטה בתיווך הממס מבנית. בהשוואה לשיטות ייצור אחרות micellar nanocrystals, השיטה שלנו מציע מספר תכונות מועילות: (1) הוא תהליך ייצור רציפה במידה רבה. תכונה זו היא בעיקר בשל העובדה כי ספקטרומטריית electrospray משמשת השיטה שלנו כדי ליצור אמולסיה טיפות. לעומת זאת, שיטות אחרות להשתמש vortexing או sonication כדי ליצור אמולסיה טיפות, ובכך תהליכי אצווה אלה שיטות הטבע12. (2) הוא התוצאה מוצרים עם מים גבוה-dispersibility מעולה colloidal ויציבות ללא פגע תפקודים פיזיים של nanocrystals שעברו אנקפסולציה. תהליך זה יכול לעיתים קרובות לתת מוצרים עם איכות מעולה בהשוואה לשיטות כימוס מיצלה אחרות, במידה רבה בגלל ספקטרומטריית electrospray יכול ליצור אמולסיה חדה במיוחד ואחידה טיפות. (3) המבנים של המוצרים, לרבות צורת מיצלה ומספר nanocrystals שעברו אנקפסולציה, יכול להיות נשלט על ידי הממס, שהוא הרבה יותר זול לעומת דרכים אחרות של פקד כגון שינוי של פולימרים amphiphilic בשימוש, והוא יכול לייצר לא רק את הצורה מיצלה כדורית זמין נפוץ אבל תולעת מיצלה צורה באמצעות היתוך מיצלה13. וכך נוצר בצורת תולעת micellar nanocrystals נמצאים להציע באופן משמעותי מופחתת ספיגת הסלולר שאינם ספציפיים מאשר עמיתיהם הכדורית13. מצד שני, זה שווה הצבעה כי שיטה זו מחייבת את ההתקנה של המכשיר ספקטרומטריית electrospray, אשר היא דורשת מעט יותר מבחינה טכנית (למרות רחוק אוסרני) מאשר הצורך במכשור בשיטות אחרות.
שיטת ייצור כרוכה קודם יצירת חדה במיוחד טיפות (בדרך כלל שמן בתוך מים אמולסיה) נוזלי עם גודל אחיד על ידי ספקטרומטריית electrospray, ואחריו אידוי של הממס האורגני וכתוצאה הרכבה עצמית כדי ליצור micellar nanocrystals (איור 1 ). הגדרת ספקטרומטריית electrospray יש תצורה קואקסיאליים באמצעות מחטים קונצנטריים: שלב שמן, אשר מכיל copolymers בלוק amphiphilic nanocrystals הידרופובי מומס הממס האורגני, מועבר המחט הפנימי (27 G מפלדת נים ) עם מזרק משאבה; שלב מים, אשר מכיל של חומרים פעילי שטח מומס במים, מועברת המחט החיצוני (20 גרם-נירוסטה משולשת מחבר) עם מזרק משאבה שנייה. מתח גבוה מוחל על הצינור קואקסיאליים. טיפות חדה במיוחד עם מדים גדלים נוצרים עקב כוח אלקטרודינמי התגברות על פני וסטרס אינרציאלית בתוך הנוזל. לכל droplet מתפקד למעשה ‘מיקרו-כור’, שבה, על סילוק הממס האורגני על ידי אידוי, הרכבה עצמית ‘תגובה’ מתרחשת באופן ספונטני עקב אינטראקציות הידרופוביות. באמצעות ממיסים אורגניים שונים מוביל מבנים שונים של micellar nanocrystals: כלורופורם ממס אורגני מים-immiscible מוביל לצורה כדורית מיצלה, בזמן הממס האורגני מים-miscible THF עם זמן תגובה ארוך שמוביל תולעת מיצלה צורה יחד עם עיטוף nanocrystal משופר.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת ייצור micellar nanocrystals תיאר מתנת העבודה משלב מלמעלה ספקטרומטריית electrospray, מלמטה למעלה הרכבה עצמית, ושליטה ממס מבוסס מבנה. שיטה יעילה ונוחה בקרת איכות היא להשתמש קונוס טיילור הקימו בקצה הצינור קואקסיאליים. זה בגלל קונוס טיילור בנוי כהלכה מצביעה על איזון (או ליד היתרה) בין כוח חשמלי מתח פנים, …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים לאשר בתודה התמיכה הכלכלית של פרס “אלף כישרונות הכללית צעירים” של הממשלה הסינית המרכזית, פרס “שואנג צ’ואנג” מן הממשלה המחוזית ג’יאנגסו, קרן הזנק-המכללה האקדמית להנדסה, יישומי מדעי, אוניברסיטת נאנג’ינג, סין, פרס מטעם “טיאן-די” קרן, גרנט מ עדיפות אקדמי תוכנית פיתוח קרן של ג’יאנגסו להשכלה גבוהה מוסדות (משטרת משמר החופים), מענק של הקרן מדעי הטבע במחוז ג’יאנגסו.
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
- Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
- Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
- Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
- Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
- Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
- Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
- Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
- Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
- Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
- Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
- Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
- Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434 (2017).
- Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
- Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
- Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
- Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
- Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
- Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).
