Fabbricazione di nanocristalli micellare sferica e a forma di verme combinando Electrospray, auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente
Summary
Il presente lavoro descrive un metodo per fabbricare nanocristalli micellare, una classe emergente di principale di nanobiomaterials. Questo metodo combina electrospray di top-down, bottom-up auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente. Il metodo di fabbricazione è in gran parte continuo, in grado di produrre prodotti di alta qualità e possiede un mezzo poco costoso della struttura di controllo.
Abstract
Micellare nanocristalli (micelle con nanocristalli incapsulato) sono diventati una classe emergente di principale di nanobiomaterials. Descriviamo un metodo di fabbricare nanocristalli micellare basato su combinando electrospray di top-down, bottom-up auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente. Questo metodo coinvolge in primo luogo utilizzando electrospray per generare goccioline di liquide ultrafine uniforme, ciascuna delle quali funziona come un micro-reattore in cui auto-assemblaggio reazione si verifica nanocristalli micellare che forma, con le strutture (forma micelle e nanocristalli incapsulamento) controllato dal solvente usato. Questo metodo è in gran parte continuo e produce prodotti micellare nanocristallo di alta qualità con un approccio di controllo struttura poco costoso. Utilizzando un idrosolubili organico solvente tetraidrofurano (THF), a forma di verme micellare nanocristalli possono essere prodotte a causa della fusione di solvente-indotto/facilitato micella. Rispetto ai comuni nanocristalli micellare sferica, a forma di verme micellare nanocristalli è in grado di offrire l’assorbimento cellulare aspecifiche ridotta a icona, migliorando così il targeting biologico. Incapsulando co-nanocristalli multiple in ogni micella, effetti sinergici o multifunzionali possono avvenire. Attuali limiti di questo metodo di fabbricazione, che farà parte del lavoro futuro, principalmente la imperfetta incapsulamento nel prodotto nanocristallo micellare e la natura in modo incompleto continua del processo.
Introduction
Nanocristalli come punti quantici di semiconduttore (QD) e nanoparticelle di ossido di ferro superparamagnetico (SPIONs) hanno dimostrato il grande potenziale per biologico rilevamento, imaging, manipolazione e terapia1,2, 3,4,5,6. Incapsulamento di nanocristalli di uno o più in una micella è stato un metodo ampiamente usato di nanocristalli di interfaccia con ambienti biologici3,6. I nanocristalli micellare così formato (micelle con nanocristalli incapsulato) sono diventati una classe emergente di nanobiomaterials7,8,9,10. Metodi comunemente usati per fabbricare micelle che incapsulano vari materiali (ad es., nanocristalli, farmaci piccola molecola e tinture) includono film idratazione, dialisi e parecchi altri7,11.
Il presente lavoro descrive un metodo di fabbricare nanocristalli micellare basato su combinando electrospray di top-down, bottom-up auto-assemblaggio e controllo strutturale solvente-mediato. Rispetto ad altri metodi di fabbricazione dei nanocristalli micellare, il nostro metodo offre diverse caratteristiche benefiche: (1) è un processo di produzione in gran parte continua. Questa caratteristica è dovuta principalmente al fatto che electrospray viene utilizzato nel nostro metodo per formare goccioline di emulsione. Al contrario, alcuni altri metodi utilizzano Vortex o sonicazione per formare goccioline di emulsione, rendendo questi processi batch di metodi in natura12. (2) si traduce in prodotti con acqua alta disperdibilità, eccellente stabilità colloidale e intatte funzioni fisiche dei nanocristalli incapsulato. Questo processo può spesso dare prodotti con una qualità superiore rispetto ad altri metodi di incapsulamento di micella, in larga misura perché electrospray può formare goccioline di emulsione ultrafini e uniforme. (3) le strutture dei prodotti, tra cui forma micelle e numero dei nanocristalli incapsulato, possono essere controllate da parte del solvente, che è molto più economico rispetto ad altri modi di controllo, ad esempio cambiando i polimeri anfifilici utilizzati e possono produrre non solo la forma comunemente disponibili micella sferica ma forma di vite senza fine-come micella via micella fusione13. Così formato a forma di verme micellare nanocristalli sono trovati da offrire notevolmente ridotto l’assorbimento cellulare aspecifica rispetto le controparti sferica13. D’altra parte, vale la pena di sottolineare che questo metodo richiede l’installazione di un dispositivo di electrospray, che è un po’ più tecnicamente impegnativo (anche se lontano proibitivi) che il bisogno di strumentazione in altri metodi.
Il metodo di fabbricazione comporta la prima generazione ultrafine delle gocce liquide (emulsione olio in acqua spesso) con dimensioni uniformi di electrospray, seguito da evaporazione del solvente organico conseguente auto-assemblaggio per formare micellare nanocristalli (Figura 1 ). Il programma di installazione di electrospray ha una configurazione coassiale usando gli aghi concentrici: la fase di olio, che contiene anfifili copolimeri a blocchi e idrofobo nanocristalli disciolti in solvente organico, viene recapitata all’interno dell’ago (capillare di acciaio 27 G ) con una pompa a siringa; la fase dell’acqua, che contiene un tensioattivo disciolto in acqua, viene recapitata all’esterno dell’ago (connettore di tre vie in acciaio inox 20 G) con una seconda pompa a siringa. L’ugello coassiale è applicata una tensione alta. Ultrafini goccioline con uniforme dimensioni vengono generate a causa di tensione superficiale superando forza elettrodinamica e stress inerziale nel liquido. Ogni gocciolina funziona essenzialmente come un ‘micro-reattore’, in cui, dopo la rimozione del solvente per evaporazione, l’auto-assemblaggio ‘reazione’ si verifica spontaneamente a causa di interazioni idrofobiche. Utilizzando solventi organici differenti conduce a diverse strutture di nanocristalli micellare: un cloroformio solvente organico immiscibile in acqua porta alla forma sferica micella, mentre un solvente organico idrosolubili THF con un tempo di reazione conduce a vite senza fine-come forma micelle insieme nanocristallo avanzato incapsulamento.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il metodo di fabbricazione dei nanocristalli micellare descritto nel presente lavoro combina verticistica electrospray, bottom-up auto-assemblaggio, e solvente struttura del controllo. Un metodo di controllo di qualità efficace e conveniente è quello di utilizzare il cono di Taylor formato all’estremità dell’ugello coassiale. Questo è perché un cono di Taylor adeguatamente formato indica equilibrio (o bilanciamento) tra forza elettrica e la tensione superficiale, che a sua volta indica successo formazione di micro-r…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno finanziario di un premio di “Mille giovani globale talenti” dal governo centrale cinese, un premio “Shuang Chuang” dal governo provinciale Jiangsu, fondo di avviamento da College of Engineering e applicata Premio di Scienze, Università di Nanchino, Cina, da “Tian-Di” sovvenzioni della Fondazione, grant dalla priorità accademico programma sviluppo fondo di Jiangsu istruzione superiore istituzioni (PAPD), dal fondo di scienza naturale provincia di 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). |
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