Descriviamo un metodo semplice per la produzione altamente stabili gruppi oligomerici di nanoparticelle di oro attraverso la riduzione di acido cloroaurico (HAuCl4) con tiocianato di sodio (NaSCN). I oligoclusters hanno una distribuzione granulometrica ristretta e possono essere prodotti con una vasta gamma di dimensioni e cappotti superficie.
Riduzione degli diluire acquosa HAuCl4 con tiocianato di sodio (NaSCN) in ambiente alcalino produce da 2 a 3 nanoparticelle di diametro nm. Stabile uva-come grappoli oligomerici di queste nanoparticelle gialle di distribuzione delle dimensioni ristretta sono sintetizzati in condizioni ambientali attraverso due metodi. Il metodo ritardo tempo controlla il numero di subunità nei oligoclusters variando il tempo tra l'aggiunta di HAuCl4 di soluzione alcalina e la successiva aggiunta di agente riducente, NaSCN. I oligoclusters gialle prodotte gamma nel formato da 3 ~ a ~ 25 nm. Questa gamma di dimensioni può essere ulteriormente estesa mediante un metodo aggiuntivo utilizzando cloruro d'oro idrossilato (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) per auto-catalitica aumentare il numero di subunità in as-sintetizzato oligocluster nanoparticelle, fornendo una gamma totale di 3 nm a 70 nm. I preparativi oligocluster greggio mostrano distribuzioni di dimensione ristretta e non necessitano di pellicciafrazionamento ther per la maggior parte scopi. I oligoclusters formati possono essere concentrati> 300 volte, senza aggregazione e le miscele di reazione greggio rimangono stabili per settimane senza ulteriori elaborazioni. Poiché questi cluster oligomerici possono essere concentrati prima derivatizzazione permettono costosi agenti derivatizzazione da utilizzare economicamente. Inoltre, presentiamo due modelli con cui predizioni di granulometria possono essere effettuate con grande precisione.
L'uso di nanoparticelle di oro come strumenti in entrambe le applicazioni biomediche e la ricerca di base è cresciuto enormemente negli ultimi decenni. nanomateriali moderne Pochi sono stati applicati a tanti campi diversi, trovando il loro uso in tutto, dai pannelli solari per il trattamento del cancro fototermica; da elettrica a sensori biologici; da catalisi chimica di sistemi di drug delivery 1-7. Gli interessi di nanoparticelle d'oro come strumenti in queste aree sono guidati dalle proprietà uniche nanoparticelle d'oro in possesso che includono speciali proprietà strutturali, ottiche ed elettroniche 8.
Vi è un uso crescente di oro nanoparticelle 9,10 in saggi biologici e chimici. Nonostante la disponibilità di molte fonti per l'acquisto di nanoparticelle di oro, che vengono ad un prezzo considerevole rispetto al costo della sintesi casa. L'alto costo di nanoparticelle disponibili in commercio rende in casa sintesi desirable. La nostra procedura comporta la sintesi di nanocluster oligomeriche fatte da piccole 2-3 nm subunità oro sferiche. Avere tutti i vantaggi di nanoparticelle di oro classici, nanocluster oligomerici sono preferiti scelta quando si tratta di permeabilità o filtrazione tassi misurazioni perché i loro imita struttura modulare la struttura delle proteine.
Attualmente, gli approcci più comuni alla sintesi in casa di nanoparticelle d'oro comportano la riduzione del cloruro d'oro (HAuCl4) in ambiente acquoso 11,12. Riduzione HAuCl4 con reagenti riducenti comuni, come boroidruro di sodio (NaBH4) o citrato di sodio, consente la produzione di nanoparticelle sferiche 13. nanoparticelle di oro sintetizzati da questi metodi sono limitati nella loro gamma di dimensioni utili, perché diventano sensibili alla presenza di sali nel buffer biologici aumentano i loro diametri interni. Un metodo è stato precedentemente descrittoper la sintesi di nanoparticelle gialle di 2-3 nm di diametro dalla riduzione dei HAuCl4 con tiocianato di sodio in ambiente alcalino 14,15.
Qui, descriviamo una modifica di tale metodo che produce un oligocluster uva di nanoparticelle giallo senza la necessità di agenti di incappucciamento aggiuntivi. Semplicemente variando il tempo tra l'aggiunta di HAuCl4 di soluzione alcalina e la successiva aggiunta di agente riducente, sodio tiocianato, siamo in grado di variare la dimensione risultante delle particelle d'oro da ~ 3 nm a ~ 25 nm. Per produrre particelle più grandi, una semplice procedura aggiuntivo può essere usato per coltivare oligoclusters mediante aggiunta di oro idrossilato (HG) per le oligoclusters as-sintetizzati in presenza di sodio tiocianato. L'utilizzo di questi due metodi, siamo in grado di produrre in modo affidabile oligoclusters che coprono una gamma da ~ 3 nm a ~ 70 nm. Il fatto che questo metodo consente di sintesi ben controllato di alta qualità gvecchi oligoclusters sotto banco-top condizioni con dotazioni standard e un numero limitato di reagenti estende potenzialmente i benefici di nanoparticelle di oro come strumento di ricerca per i ricercatori con poca o nessuna esperienza nella sintesi chimica.
Questo manoscritto fornisce un protocollo dettagliato per banco sintesi di oligoclusters oro monodisperse (Figura 3). Il metodo è in grado di produrre una vasta gamma di formati semplicemente variando il tempo tra l'aggiunta di HAuCl4 di soluzione alcalina e la successiva aggiunta dell'agente riducente, tiocianato di sodio. L'aggiunta di HAuCl4 a alcalina tamponata risultati della soluzione acquosa in tempo idrossilazione dipendente HAuCl4 all'oro idrossilato (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Questo idrossilazione risultati in meno HAuCl4 essendo disponibile, anche se la idrossilazione non va a compimento in quanto è una reazione di equilibrio. La nucleazione e la formazione di de novo monomeri d'oro possono essere avviate solo da HAuCl4. oro Hydroxylated è solo in grado di aggiungere a nanoparticelle di oro esistenti, causando la formazione di oligoclusters oro; il nostro add-onmetodo sfrutta questa 16. Oligoclusters formati con il metodo di ritardo del tempo possono essere utilizzati come semi su cui è depositato oro idrossilato, aumentando così la dimensione oligoclusters seminate. Crescita ad apporto può essere controllata variando il rapporto di oro idrossilato (HG) vs. as-sintetizzato oligocluster (Figura 1). In entrambi i metodi la dimensione delle particelle può essere facilmente prevista scegliendo il giusto ritardo (Figura 2A, B) oppure scegliendo la destra a partire semi e il giusto rapporto di aggiunto oro idrossilato (HG) (Figura 2C). Previsioni per dimensioni delle particelle più utili sono riportati (Tabella 1). La dimensione crescente di GSH oligoclusters derivatizzati può essere monitorato mediante elettroforesi come particelle più grandi migrano meno e appaiono notevolmente più scuro, più tardi derivante dal fatto che il coefficiente di estinzione di nanoparticelle di oro aumenta in proporzione alla dimensione delle particelle.
<p class="jove_content"> Il metodo add-on ha due limitazioni, il primo dei quali è il grande volumi di reazione richiesti alle alte HG: rapporti di semi. Una seconda limitazione al metodo add-on nasce dal fatto che il suddetto idrossilazione del HAuCl4 è una reazione di equilibrio e non va a completamento. La idrossilazione incompleta HAuCl4 ha un'influenza minima sulla reazione aggiuntivo quando la concentrazione di semi oligocluster rimane alto. Quando la concentrazione di semi oligocluster sono bassi, come è il caso quando si usa lunga seme ritardo tempo ed elevata HG: rapporti seme, l'influenza di HAuCl unhydroxylated 4 può diventare significativo. In queste condizioni HAuCl4 è in grado di nucleazione la sintesi di nuovi oligoclusters, con conseguente popolazioni eterogenee di oligoclusters.I oligoclusters come per sintesi prodotte dal ritardo di tempo o il metodo add-on sono stabili per settimane, lo sviluppo solo tracce di precipitato oro. Anche dopo essereing concentrata 300 volte i oligoclusters rimangono stabili e resistere aggregazione. I oligoclusters oro qui descritti hanno l'ulteriore vantaggio di poter essere concentrato senza previa derivatizzazione, permettendo così costosi agenti derivatizzazione da utilizzare in piccoli volumi. Dopo essere stato derivatizzato con il glutatione (GSH), grappoli rimasti stabili fino ad un anno. GSH-derivatizzazione fornisce anche una forte carica negativa 13 che li fa resistere aggregazione quando esposto a buffer fisiologici o di plasma animale, rendendoli così adatti per gli esperimenti in vivo. Derivatizzazione può essere realizzato con una varietà di gruppi contenenti reagenti tiolici.
La riconducibilità dei oligoclusters per derivatizzazione con altri tioli contenenti molecole 17,18 consente la modifica conveniente e facile del monostrato superficiale, controllando così la chimica di superficie e la reattività di oligoclusters. Altri prodotti chimici utilizzati in questo ca protocollon essere facilmente sostituito con sostanze chimiche simili senza compromettere la sintesi. Questo include la sostituzione di borace con altri tamponi alcalini (ad es., Carbonato) e tiocianato di sodio per altri sali tiocianati (per es., KSCN).
L'attributo principale di questo protocollo è la sua semplicità, che deve essere sottolineato. Solo una scala di peso milligrammo e agitatore magnetico è necessaria per produrre oligoclusters oro qualità commerciali che possono essere utilizzati per applicazioni biologiche e materiali avanzati. applicabilità Broad è aiutata dalla vasta gamma di dimensioni che possono essere prodotti e di monodispersity. Inoltre, in casa di produzione è a basso costo.
I oligoclusters sono particolarmente preziosi per gli studi di permeabilità delle membrane basali e barriere di sangue. Possono essere facilmente amministrati con soluzione fisiologica attraverso percorsi diversi e monitorati in vivo 19-21. campioni di tessuto ottenuti possono essere successivamente esaminati sotto unmicroscopio elettronico 16,22. Inoltre la permeabilità, la distribuzione bio fornisce preziose informazioni farmacologiche e l'amministrazione della miscela di oligoclusters di diverse dimensioni fornisce informazioni preziose sulla dimensione dipende distribuzione delle particelle all'interno del corpo 23-25. Infine, a causa della loro struttura unica non riescono a manifestare localizzata di risonanza plasmonica di superficie (LSPR) forse che li rende i candidati ideali per l'etichettatura fluorescente, che non è facilmente realizzabile in nanoparticelle d'oro, perché l'interferenza tra le LSPR e fluoroforo risultati in quasi totale estinzione della fluorescenza 26 .
The authors have nothing to disclose.
TK riconosce il sostegno dell'Agenzia di ricerca Slovenia (ARRS, concede BI-US / 13-14-040, e J3-6803). OS riconosce il sostegno di National Institute of Health (NIH) Sovvenzione RO1HL49277.
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 |