طريقة بسيطة لحجم تجميع الشواهد من الكتل بلازميدة قليلة القسيمات مستقرة من جزيئات الذهب في ظل الظروف المحيطة
Summary
نحن تصف طريقة بسيطة لإنتاج مجموعات بلازميدة قليلة القسيمات درجة عالية من الاستقرار من جزيئات الذهب عن طريق الحد من حمض chloroauric (HAuCl 4) مع ثيوسيانات الصوديوم (NaSCN). وoligoclusters يكون توزيع حجم الضيق ويمكن أن تنتج مجموعة واسعة من الأحجام والمعاطف السطح.
Abstract
الحد تمييع مائي HAuCl 4 مع ثيوسيانات الصوديوم (NaSCN) تحت ظروف قلوية تنتج 2-3 النانوية قطرها نانومتر. وقد تم تجميع مستقرة مجموعات مثل العنب بلازميدة قليلة القسيمات من هذه الجسيمات النانوية الصفراء توزيع حجم الضيق في ظل الظروف المحيطة عبر طريقتين. يتحكم في طريقة تأخير الوقت وعدد من وحدات فرعية في oligoclusters من خلال تغيير الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة من الحد من وكيل، NaSCN. وoligoclusters الأصفر تنتج تتراوح في حجمها من 3 ~ إلى ~ 25 نانومتر. هذا النطاق حجم يمكن تمديده لطريقة إضافة على الاستفادة الهيدروكسيلية كلوريد الذهب (نا + [الاتحاد الافريقي (OH 4-خ) الكلورين س] -) لصناعة السيارات في حفاز زيادة عدد وحدات فرعية في مثل توليفها-oligocluster النانوية، توفير مجموعة مجموعه 3 نانومتر إلى 70 نانومتر. الاستعدادات oligocluster الخام عرض حجم التوزيعات ضيق ولا تتطلب الفراءتجزئة ذر لمعظم الأغراض. وoligoclusters شكلت يمكن أن تتركز> 300 أضعاف دون تجميع وتبقى مخاليط رد فعل الخام مستقرة لمدة أسابيع دون مزيد من المعالجة. لأن هذه المجموعات بلازميدة قليلة القسيمات يمكن أن تتركز قبل اشتقاق أنها تسمح للعملاء derivatizing مكلفة لاستخدامها اقتصاديا. وبالإضافة إلى ذلك، فإننا نقدم نموذجين التي تنبؤات حجم الجسيمات يمكن أن تكون مصنوعة بدقة كبيرة.
Introduction
وقد تزايد استخدام جزيئات الذهب كأدوات في كل من التطبيقات الطبية الحيوية والبحوث الأساسية بشكل كبير خلال العقود القليلة الماضية. طبقت قليلة المواد النانوية الحديثة إلى العديد من المجالات المختلفة، وإيجاد استخدامها في كل شيء بدءا من الألواح الشمسية لعلاج السرطان ضوئي؛ ضوحراري. من الكهرباء إلى أجهزة الاستشعار البيولوجية؛ من الحفز الكيميائي لنظم تسليم المخدرات 1-7. والدافع وراء المصالح في جزيئات الذهب كأدوات في هذه المجالات التي خصائص فريدة من نوعها النانوية الذهبية تمتلك التي تشمل الخصائص الهيكلية البصرية والإلكترونية الخاصة 8.
هناك استخدام متزايد من الذهب النانوية 9،10 في المقايسات البيولوجية والكيميائية. على الرغم من توفر العديد من المصادر لشراء جزيئات الذهب، وأنها تأتي بسعر كبير بالمقارنة مع تكلفة في التوليف المنزل. ارتفاع تكلفة النانوية المتاحة تجاريا يجعل في بيت التوليف ديsirable. ويشمل الإجراء لدينا تركيب nanoclusters بلازميدة قليلة القسيمات التي صغيرة 2-3 مفارز الذهب كروية نانومتر. وجود جميع المزايا من جزيئات الذهب الكلاسيكية، ويفضل nanoclusters بلازميدة قليلة القسيمات خيار عندما يتعلق الأمر قياسات النفاذية أو الترشيح معدلات لأن يقلد هيكل وحدات من بنية البروتينات.
حاليا، والنهج الأكثر شيوعا لفي منزل تخليق جزيئات الذهب تنطوي على الحد من كلوريد الذهب (HAuCl 4) في ظل الظروف المائية 11،12. الحد من HAuCl 4 مع الكواشف الحد المشتركة، مثل بوروهيدريد الصوديوم (NaBH 4) أو سيترات الصوديوم، ويسمح لإنتاج الجسيمات النانوية كروية (13). تقتصر جزيئات الذهب توليفها من قبل هذه الأساليب في نطاق حجم مفيدة، لأنهم تصبح حساسة لوجود الأملاح في مخازن البيولوجية وزيادة أقطار الأساسية. وقد سبق وصفها وهناك طريقةلتوليف النانوية الصفراء 2-3 قطر نانومتر من الحد من HAuCl 4 مع ثيوسيانات الصوديوم تحت الظروف القلوية 14،15.
هنا، نحن تصف تعديل تلك الطريقة التي تنتج oligocluster مثل العنب من الجسيمات النانوية الصفراء دون الحاجة إلى وكلاء متوجا إضافية. ببساطة عن طريق متفاوتة الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة من الحد من وكيل، ثيوسيانات الصوديوم، ونحن قادرون على تنويع حجم الناتج من جزيئات الذهب من ~ 3 نانومتر إلى ~ 25 نانومتر. لإنتاج جزيئات أكبر، وهو إجراء إضافة على بسيط يمكن أن تستخدم لزراعة هذه oligoclusters بإضافة الذهب الهيدروكسيلية (HG) إلى oligoclusters كما توليفها في وجود ثيوسيانات الصوديوم. استخدام هاتين الطريقتين، ونحن قادرون على إنتاج موثوق oligoclusters تغطي مجموعة واسعة من ~ 3 نانومتر إلى ~ 70 نانومتر. حقيقة أن هذا الأسلوب يسمح التوليف تسيطر عليها بشكل جيد من جودة عالية زoligoclusters القديم تحت المقعد العلوي الظروف بمعدات قياسية وعدد محدود من الكواشف يحتمل أن تمتد فوائد النانوية الذهب كأداة بحثية للباحثين من ذوي الخبرة قليلة أو معدومة في التركيب الكيميائي.
Protocol
Representative Results
Discussion
توفر هذه المخطوطة بروتوكول مفصلة لتخليق مقاعد البدلاء أعلى oligoclusters الذهب monodisperse (الشكل 3). هذه الطريقة قادرة على إنتاج مجموعة واسعة من الأحجام من مجرد اختلاف الوقت بين إضافة HAuCl 4 إلى محلول قلوي وإضافة لاحقة للعامل مختزل، ثيوسيانات الصوديوم. إضافة HAuCl 4 إلى قلوية مخزنة النتائج الحل المائية في الهيدروكسيل يعتمد وقت HAuCl 4 إلى الذهب الهيدروكسيلية (نا + [الاتحاد الافريقي (OH 4-خ) الكلورين س] -). هذه النتائج الهيدروكسيل في أقل HAuCl 4 كونها متوفرة، على الرغم من أن الهيدروكسيل لا يذهب إلى استكمال بقدر ما هو رد فعل التوازن. التنوي وتشكيل دي نوفو أحادية الذهب لا يمكن إلا أن تبدأ من قبل HAuCl 4. الذهب الهيدروكسيلية قادر فقط إضافة إلى جزيئات الذهب الحالية، مما أدى إلى تشكيل oligoclusters الذهب. لدينا إضافة على يأخذ طريقة الاستفادة من هذا 16. Oligoclusters شكلت مع طريقة تأخير الوقت يمكن استخدام البذور التي تقوم عليها يترسب الذهب الهيدروكسيلية، وبالتالي زيادة حجم oligoclusters المصنف. يمكن السيطرة على نمو المصنف من خلال تغيير نسبة من الذهب الهيدروكسيلية (HG) مقابل كما توليفها oligocluster (الشكل 1). في كلتا الطريقتين يمكن بسهولة توقع حجم الجسيمات عن طريق اختيار الوقت المناسب للتأخير (الشكل 2A، B) أو عن طريق اختيار الحق ابتداء من البذور ونسبة حق من الذهب الهيدروكسيلية المضافة (HG) (الشكل 2C). وتعرض توقعات لأحجام الجسيمات مفيدة للغاية (الجدول 1). يمكن رصد زيادة حجم GSH oligoclusters derivatized قبل الكهربائي كما الجزيئات الكبيرة تهاجر أقل وتظهر خصوصا قتامة، وأدى في وقت لاحق من حقيقة أن معامل الانقراض من جزيئات الذهب زيادة في نسبة إلى حجم الجسيمات.
<p class="jove_content"> طريقة إضافة على اثنين من القيود، وأولها وحدات التخزين رد الفعل الكبيرة المطلوبة في HG عالية: نسب البذور. والقيد الثاني لطريقة إضافة على تنبع من حقيقة المذكور أن الهيدروكسيل من HAuCl 4 هو رد فعل التوازن ولا يذهب إلى الانتهاء. والهيدروكسيل ناقصة من HAuCl 4 له تأثير ضئيل على رد فعل الإضافة عندما يبقى تركيز بذور oligocluster عالية. وعندما يكون تركيز البذور oligocluster منخفضة، كما هو الحال عند استخدام طويلة البذور وقت التأخير وارتفاع HG: نسب البذور، وتأثير HAuCl unhydroxylated 4 يمكن أن تصبح كبيرة. في ظل هذه الظروف HAuCl 4 غير قادرة على nucleate تركيب oligoclusters الجديدة، مما أدى إلى السكان غير متجانسة من oligoclusters.وoligoclusters كما توليفها التي تنتجها تأخير الوقت أو طريقة إضافة على مستقرة لعدة أسابيع، إلا وضع كميات ضئيلة من راسب الذهب. حتى بعد أن يكونتتركز جي 300 أضعاف تبقى oligoclusters مستقرة ومقاومة التجميع. وoligoclusters الذهب هو موضح هنا أيضا فائدة إضافية تتمثل في أن تكون قادرة على أن تتركز دون اشتقاق مسبق، مما يسمح لعملاء derivatizing مكلفة لاستخدامها في حجم أصغر. بعد أن derivatized مع الجلوتاثيون (GSH)، وظلت مجموعات مستقرة حتى سنة واحدة. يوفر GSH-اشتقاق أيضا تهمة سلبي قوي 13 التي تجعلها مقاومة تجميع عند تعرضها للمخازن الفسيولوجية أو البلازما الحيوان، مما يجعلها مناسبة لإجراء التجارب في الجسم الحي. اشتقاق يمكن أن يتحقق مع مجموعة واسعة من المواد الكيميائية التي تحتوي على مجموعة ثيول.
وقابليته للoligoclusters لاشتقاق مع ثيول تحتوي على جزيئات أخرى 17،18 تسمح تعديل مريحة وسهلة للأحادي الطبقة السطحية، وبالتالي السيطرة الكيمياء السطحية والتفاعل من oligoclusters. غيرها من المواد الكيميائية المستخدمة في هذا كاليفورنيا بروتوكولن أن تكون بديلا بسهولة للمواد الكيميائية مماثلة دون المساس التوليف. ويشمل هذا الاستبدال من البوراكس مع مخازن قلوية أخرى (على سبيل المثال، كربونات) وثيوسيانات الصوديوم أملاح ثيوسيانات أخرى (على سبيل المثال، KSCN).
السمة الرئيسية لهذا البروتوكول هو بساطته، والتي يجب التأكيد عليها. مطلوب فقط مقياس الوزن مليغرام والنمام المغناطيسي لإنتاج oligoclusters جودة الذهب التجارية التي يمكن استخدامها لتطبيقات البيولوجية والمواد المتقدمة. وساعد تطبيق واسعة من قبل مجموعة واسعة من الأحجام مما يمكن أن تنتج وmonodispersity. بالإضافة إلى ذلك، في منزل إنتاج منخفضة التكلفة.
وoligoclusters هي قيمة خاصة للدراسات نفاذية الأغشية القاعدية والحواجز الدم. ويمكن تدار بسهولة مع المياه المالحة من خلال طرق مختلفة وتتبعها في الجسم الحي 19-21. عينات الأنسجة التي تم الحصول عليها يمكن فحص في وقت لاحق تحتالمجهر الالكتروني 16،22. إلى جانب النفاذية، ويوفر التوزيع الحيوي المعلومات الدوائية ذات قيمة عالية وإدارة خليط من oligoclusters من أحجام مختلفة تعطي معلومات قيمة عن توزيع يعتمد حجم الجزيئات داخل الجسم 23-25. وأخيرا، بسبب بنية فريدة من نوعها فشلوا في إظهار المترجمة الرنين مأكل السطح (LSPR) ربما يجعلها مثالية للمرشحين وضع العلامات الفلورية، والتي هي غير قابلة للتطبيق بسهولة في جزيئات الذهب بسبب التدخل بين LSPR وfluorophore النتائج في التبريد شبه كامل من مضان 26 .
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TK يعترف بدعم من وكالة أبحاث سلوفينيا (ARRS، يمنح BI-الولايات المتحدة / 13-14-040، وJ3-6803). يقر نظام التشغيل بدعم من المعهد الوطني للصحة (NIH) منحة RO1HL49277.
Materials
| 125 ml Wheaton glass bottles | Fisher Scientific | SC-06-404F |
| Borax (Na2B4O7·10H2O) | Fisher Scientific | S25537 |
| Gold(III) Chloride trihydrate | Sigma Aldrich | G4022 |
| Sodium thiocyanate | Sigma Aldrich | 251410 |
| Sodium carbonate | Sigma Aldrich | S7795 |
| Glutathione | Sigma Aldrich | G4251 |
| Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) | Corning | 21-031-CV |
| Centricon Plus – 70 | Millipore | UCF703008 |
| Sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | S6014 |
| CF200-Cu Carbon film on 200 mesh copper grids | Electron Microscopy Sciences | 71150 |
| 10X TRIS/GLYCINE buffer | Bio-Rad | 161-0734 |
| Any kD Mini-PROTEAN TGX Gel | Bio-Rad | 456-9033 |
References
- Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Ther. Deliv. 3 (4), 457-478 (2012).
- Huang, X., Jain, P., El-Sayed, I., El-Sayed, M. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles. Lasers Med. Sci. 23 (3), 217-228 (2008).
- Notarianni, M., et al. Plasmonic effect of gold nanoparticles in organic solar cells. Sol. Energy. 106, 23-37 (2013).
- Jain, P. K., Huang, X., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Noble Metals on the Nanoscale: Optical and Photothermal Properties and Some Applications in Imaging, Sensing, Biology, and Medicine. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1578-1586 (2008).
- Huang, X., El-Sayed, M. A. Gold nanoparticles: Optical properties and implementations in cancer diagnosis and photothermal therapy. J. Adv. Res. 1 (1), 13-28 (2010).
- Cioffi, N., et al. Electrosynthesis and characterization of gold nanoparticles for electronic capacitance sensing of pollutants. Electrochim. Acta. 56 (10), 3713-3720 (2011).
- Mikami, Y., Dhakshinamoorthy, A., Alvaro, M., Garcia, H. Catalytic activity of unsupported gold nanoparticles. Catal. Sci. Tech. 3 (1), 58-69 (2012).
- González, A. L., Noguez, C., Barnard, A. S. Map of the Structural and Optical Properties of Gold Nanoparticles at Thermal Equilibrium. J. Phys. Chem. C. 116 (26), 14170-14175 (2012).
- Neeley, A., et al. Selective Detection of Chemical and Biological Toxins Using Gold-Nanoparticle-Based Two-Photon Scattering Assay. IEEE Trans. Nanotechnol. 10 (1), 26-34 (2011).
- An, H., Jin, B. Prospects of nanoparticle-DNA binding and its implications in medical biotechnology. Biotechnol. Adv. 30 (6), 1721-1732 (2012).
- Wang, S., Qian, K., Bi, X., Huang, W. Influence of Speciation of Aqueous HAuCl4 on the Synthesis, Structure, and Property of Au Colloids. J. Phys. Chem. C. 113 (16), 6505-6510 (2009).
- Britton, H. T. S., Dodd, E. N. Electrometric studies of the precipitation of hydroxides. Part V. Tervalent gold chloride solutions. J. Chem. Soc. , 2464-2467 (1932).
- Schaaff, T. G., Knight, G., Shafigullin, M. N., Borkman, R. F., Whetten, R. L. Isolation and Selected Properties of a 10.4 kDa Gold:Glutathione Cluster Compound. J. Phys. Chem. B. 102 (52), 10643-10646 (1998).
- Baschong, W., Lucocq, J. M., Roth, J. Thiocyanate gold: Small (2-3 nm) Colloidal Gold for Affinity Cytochemical Labeling in Electron Microscopy. Histochemistry. 83 (5), 409-411 (1985).
- De Brouckère, L., Casimir, J. Préparation d’hydrosols d’or homéodisperses très stables. Bull. Soc. Chim. Belg. 57 (10-12), 517-524 (1948).
- Smithies, O., et al. Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles: Preparation, Size Distribution, Derivatization, and Physical and Biological Properties. Langmuir. 30 (44), 13394-13404 (2014).
- Bartz, M., et al. Monothiols derived from glycols as agents for stabilizing gold colloids in water: synthesis, self-assembly and use as crystallization templates. J. Mater. Chem. 9 (5), 1121-1125 (1999).
- Hainfeld, J. F., Slatkin, D. N., Focella, T. M., Smilowitz, H. M. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. Br. J. Radiol. 79 (939), 248-253 (2006).
- Nam, S. Y., Ricles, L. M., Suggs, L. J., Emelianov, S. Y. Ultrasound and Photoacoustic Monitoring of Mesenchymal Stem Cells Labeled with Gold Nanotracers. PLoS One. 7 (5), (2013).
- Jokerst, J. V., Thangaraj, M., Kempen, P. J., Sinclair, R., Gambhir, S. S. Photoacoustic Imaging of Mesenchymal Stem Cells in Living Mice via Silica-Coated Gold Nanorods. ACS Nano. 6 (7), 5920-5930 (2013).
- Astolfo, A., et al. In vivo visualization of gold-loaded cells in mice using x-ray computed tomography. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 9 (2), 284-292 (2013).
- Menk, R. H., et al. Gold nanoparticle labeling of cells is a sensitive method to investigate cell distribution and migration in animal models of human disease. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 7 (5), 647-654 (2011).
- Kumar, A., Zhang, X., Liang, X. J. Gold nanoparticles: Emerging paradigm for targeted drug delivery system. Biotechnol. Adv. 31 (5), 593-606 (2013).
- Paciotti, G. F., et al. Colloidal Gold: A Novel Nanoparticle Vector for Tumor Directed Drug Delivery. Drug Deliv. 11 (3), 169-183 (2004).
- Khlebtsov, N., Dykman, L. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: a review of in vitro and in vivo studies. Chem. Soc. Rev. 40 (3), 1647-1671 (2011).
- Nerambourg, N., Werts, M. H., Charlot, M., Blanchard-Desce, M. Quenching of Molecular Fluorescence on the Surface of Monolayer-Protected Gold Nanoparticles Investigated Using Place Exchange Equilibria. Langmuir. 23 (10), 5563-5570 (2007).
