합성 및 암화 금 나노 입자의 특성화
Summary
양과성 금 나노 입자는 많은 생물학적 응용 프로그램에서 사용될 수있다. 리간드의 이진 혼합물에 의해 코팅된 금 나노입자를 합성하는 프로토콜과 이들 입자의 상세한 특성화가 제시된다.
Abstract
1-옥탄에티올 (OT) 및 11-메르카페토-1-undecane 설포닉산 (MUS)의 혼합물로 덮인 금 나노 입자는 세포막, 지질 이중층 및 바이러스와의 상호 작용으로 인해 광범위하게 연구되었습니다. 친수성 리간드는 이러한 입자를 수성 용액에서 콜로이드로 안정시키고 소수성 리간드와의 조합은 소수성 약물로 로드될 수 있고, 지질 막과 융합하고, 비특이적 저항할 수 있는 양과성 입자를 생성합니다. 단백질 흡착. 이러한 특성의 대부분은 나노 입자 크기와 리간드 쉘의 조성에 따라 달라집니다. 따라서 나노입자 특성 및 리간드 쉘 조성의 측정을 허용하는 재현 가능한 합성 방법과 신뢰할 수 있는 특성화 기술을 사용하는 것이 중요합니다. 여기서, 1상 화학적 환원, 이어서 5 nm 이하의 직경으로 이들 나노입자를 합성하기 위한 철저한 정제가 제시된다. 나노 입자의 표면에 두 리간드 사이의 비율은 합성 동안 사용되는 그들의 stoichiometric 비율을 통해 조정 될 수있다. 우리는 투과 전자 현미경 검사법 (TEM), 핵 자기 공명 (NMR), 열중량 분석 (TGA) 및 자외선 가시적 (UV-Vis) 분광법과 같은 다양한 일상적인 기술이 어떻게 포괄적으로 결합되는지 보여줍니다. 나노 입자의 물리 화학 적 매개 변수를 특성화합니다.
Introduction
금 나노 입자의 리간드 쉘은 생물 의학 1, 2,3,4의과제를 해결하기 위해 적용 될 수있는 여러 가지 다른 특성을 나타내도록 설계 될 수있다. 이러한 다양성은 나노 입자와 생체 분자 사이의 분자 간상호 작용의 제어를 허용 5,6,7. 소수성 및 전하가 결정적인 역할을 할뿐만 아니라 나노 입자가 생체 분자 5,8,9과상호 작용하는 방법에 영향을 미치는 다른 표면 매개 변수를 담당합니다. 나노 입자의 표면 특성을 조정하기 위해, 리간드 쉘을 구성하는 티오 레이트 분자의 선택은 추구 특성에 따라 무수한 가능성을 제공합니다. 예를 들어, 소수성 및 친수성(예를 들어,충전된) 종단과 리간드 분자의 혼합물은 종종 양과성 나노입자(10,11)를생성하는데 사용된다.
이러한 유형의 나노 입자의 한 가지 눈에 띄는 예는 많은 관련 특성을 가지고 있는 것으로 나타난 OT 및 MUS(이하 MUS:OT 나노입자)의 혼합물에 의해 보호되며,12,13,14. 먼저, 66% MUS(이하 66:34 MUS:OT)의 리간드 쉘 조성물을 사용하여, 나노입자의 콜로이드 안정성이 높고, 탈이온화된 수질뿐만 아니라 인산완충식염수(1x, 4 mM, 150 mM NaCl)에서 최대 33%의 중량에 도달한다. 또한, 이러한 입자는 상대적으로 낮은 pH 값으로 침전되지 않습니다 : 예를 들어, pH 2.3및 1 M NaCl15의염 농도로, 이러한 나노 입자는 몇 달 동안 콜로이드로 안정적으로 유지됩니다. 리간드 쉘 상에서 두 분자 사이의 점치량비율은 높은 이온 강도16을가진 해법에서 콜로이드 안정성을 지시하기 때문에 중요하다.
이들 입자는 에너지 독립적 경로1,12를 통해 세포막을 포레이팅하지 않고 통과하는 것으로 나타났다. 이 입자와 지질 이중층 사이의 자발적인 융합은 세포막을 통해 그들의 확산성의 기초가17. 이 상호 작용의 뒤에 기계장치는 지질 이중층18와융합에 소수성 용매 접근가능한 표면적 및 근해 분자 사이 접촉의 최소화입니다. 모든 MUS 나노 입자 (그들의 껍질에 MUS 리간드만 갖는 나노 입자)에 비해, 혼합 MUS에 높은 소수성 :OT 나노 입자 (예를 들어, 66:34 MUS :OT 조성물)는 지질과 융합 할 수있는 코어 직경의 범위를 증가 이중층18. 리간드 쉘의 상이한 자가 조립 조직은 모든 MUS입자(19)와비교했을 때 알부민 및 유비퀴틴과 같은 다양한 단백질을 가진 66:34 MUS:OT 나노입자의 뚜렷한 결합 모드와 상관관계가 있다. 최근, 66:34 MUS:OT 나노입자는 MUS 리간드의 다원적 정전기 결합과 OT 리간드의 비국소 결합으로 인해 바이러스를 비돌이적으로 파괴하는 광범위한 항바이러스제로서 이용될 수 있는 것으로 보고되었다. 단백질14. 이러한 모든 경우에, 나노입자의 코어 크기뿐만 아니라 소수성 함량이 이러한 바이오 나노 상호작용이 어떻게 이루어지는지를 결정한다는 것이 밝혀졌다. MUS:OT 나노입자의 이러한 다양한 특성은 MUS:OT 입자와 지질 이중층20과같은 다양한 생물학적 구조 사이의 상호 작용을 뒷받침하는 메커니즘을 명확히 하는 것을 목표로 하는 많은 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 촉발시켰다.
MUS:OT 보호 Au 나노입자의 제조는 몇 가지 과제를 안고 있습니다. 먼저, 충전된 리간드(MUS) 및 소수성 리간드(OT)는 비분해성이다. 따라서, 나노입자 및 리간드의 용해도는 특성화 동안뿐만 아니라 합성 전반에 걸쳐 고려되어야 한다. 또한, MUS 리간드 분자의 순도, 특히, 시작 물질의 무기 염의 함량은 나노 입자의 품질, 재현성 및 단기 및 장기 콜로이드 안정성에 영향을 미칩니다.
여기서, MUS와 OT의 혼합물에 의해 보호되는 양수 금 나노입자의 이 부류의 상세한 합성 및 특성화가 설명된다. 음전하 MUS 리간드의 합성을 위한 프로토콜은 다른 나노입자 합성물의 순도 및, 따라서, 재현성을 보장하기 위해 보고된다. 이어서, 이러한 나노입자를 생성하는 절차는 일반적인 1상 합성에 기초하여, 철저한 정제에 이어, 상세히 보고된다. TEM, UV-Vis, TGA 및 NMR과 같은 다양한 필수 특성화기술(21)이결합되어 임의의 생물학적 실험에 필요한 모든 파라미터를 획득하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 먼저 MUS 리간드의 합성을 설명하고, 그 후, 양과성 MUS:OT 금 나노입자의 합성 및 특성화를 기술한다. 최소한의 염분 함량으로 MUS를 합성하면 나노 입자 합성 중 리간드 사이의 점양도 비율의 신뢰성이 향상되며, 이는 목표 소수성 으로 MUS:OT 나노 입자의 재현 가능한 합성을위한 핵심 요소입니다. 내용(그림8). 메탄올을 MUS 및 OT의 일반적인 용매로 사용하고 에탄?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Z.P.G. 및 F.S.는 스위스 국립 과학 재단과 특히 NCCR ‘분자 시스템 공학’에 감사드립니다. Z.L. 및 F.S.는 스위스 국립 과학 재단 II 교부 보조금의 지원에 감사드립니다. 모든 저자는 유익한 토론과 원고를 교정에 대한 Quy Ong에 감사드립니다.
Materials
| 11-bromo-1-undecene | Sigma Aldrich | 467642-25 ml | |
| Sodium Sulfite | Sigma Aldrich | S0505-250 g | |
| Benzyltriethyl-ammonium bromide | Sigma Aldrich | 147125-25 g | |
| Methanol | VWR | BDH1135-2.5 LP | |
| DI water | Millipore | ZRXQ003WW | Deionized water |
| 1 L round bottom flask | DURAN | 24 170 56 | |
| Diethyl ether | Sigma Aldrich | 1.00930 EMD Millipore | |
| Stirring bar | Sigma Aldrich | Z329207, | |
| Dow Corning High Vacuum Grease | Sigma Aldrich | Z273554 ALDRICH | |
| Filtering flask | DURAN | 20 201 63 | |
| Filtering Buchner Funnel | FisherSci | 11707335 | |
| Ethanol >99.8%, ACS, Reagent | VWR | 2081.321DP | |
| Deuterium dioxide | Sigma Aldrich | 151882 ALDRICH | |
| Thioacetic acid 96% | Sigma Aldrich | T30805 ALDRICH | |
| Carbon black | Sigma Aldrich | 05105-1KG | |
| Celite | Sigma Aldrich | D3877 SIGMA-ALDRICH | Filtration medium |
| Condenser | Sigma Aldrich | Z531154 | |
| Hydrochloric acid, ACS reagent 37% | Sigma Aldrich | 320331 SIGMA-ALDRICH | |
| Sodium Hydroxide, BioXtra, pellets (anhydrous) | Sigma Aldrich | S8045 SIGMA-ALDRICH | |
| Centrifuge tubes | VWR | 525-0155P | |
| 250 mL round bottom flask | DURAN | 24 170 37 | |
| 500 mL round bottom flask | DURAN | 24 170 46 | |
| Nitric acid, fACS reagent 70% | Sigma Aldrich | 438073 SIGMA-ALDRICH | |
| Gold(III) chloride trihydrate >99.9% trace metal basis | Sigma Aldrich | 520918 ALDRICH | |
| 1-octanethiol >98.5% | Sigma Aldrich | 471836 ALDRICH | |
| Sodium Borohydride purum p.a.>96% | Sigma Aldrich | 71320 ALDRICH | |
| Separatory funnel | SIgma Aldrich | Z330655 SIGMA | |
| Funnel | DURAN | 21 351 46 | |
| 2V folded filtering papers | Whatman | 1202-150 | |
| Amicon filters | Merck | UFC903024 | |
| Iodine, ACS reagent, >99.8%, solid | Sigma Aldrich | 207772 SIGMA-ALDRICH | |
| 5 mm NMR-Tubes, Type 5HP (high precision) | Armar | 32210.503 | Length 178 mm |
| Methanol-d4 99.8 atom%D | Armar | 16400.2035 | |
| TGA crucible | Thepro | 9095-9270.45 | |
| 400 mesh carbon supported copper grid | Electron Microscopy Science | CF400-Cu | |
| quartz cuvette | Hellma Analytics | 100-1-40 |
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