私たちは、チオシアン酸ナトリウム(のNaSCN)と塩化金酸(のHAuCl 4)の還元により金ナノ粒子の安定性の高いオリゴマーのクラスタを生成するための簡単な方法を説明します。 oligoclustersは、狭いサイズ分布を有し、大きさおよび表面被覆の広い範囲で製造することができます。
アルカリ条件下でチオシアン酸ナトリウム(のNaSCN)を有する水性のHAuCl 4を希釈小さくすると、2〜3 nmの直径のナノ粒子を生成します。狭いサイズ分布のこの黄色のナノ粒子の安定したブドウ状オリゴマーのクラスターは、2つの方法を介して周囲条件下で合成されます。遅延時間法は、アルカリ溶液へのHAuCl 4を添加すると、のNaSCNを還元剤のその後の添加の間の時間を変化させることによってoligoclustersにおけるサブユニットの数を制御します。黄色oligoclustersは〜3から〜25 nmの大きさの範囲を生成しました。自動触媒として合成oligoclusterナノ粒子中のサブユニットの数を増加させるために–このサイズ範囲は、さらに、ヒドロキシル化塩化金し(Na + [金(OH 4-X)のCl X])を利用アドオン方法で拡張することができます70nmと3nmの全範囲を提供します。粗製のoligocluster製剤は、狭いサイズ分布を表示し、毛皮を必要としませんほとんどの目的のためにTHER分別。形成oligoclustersが凝集することなく> 300倍に濃縮することができ、粗反応混合物をさらに処理することなく数週間安定なままです。これらのオリゴマーのクラスタを誘導体化する前に濃縮することができるので、それらは高価な誘導体化剤は、経済的に使用できるようにします。また、我々は、粒子サイズの予測が非常に正確に行うことができることにより、2つのモデルを提示します。
生物医学的応用と基礎研究の両方におけるツールとしての金ナノ粒子の使用は、過去数十年にわたって途方もなく成長しました。いくつかの近代的なナノ材料は、太陽電池パネルからの光熱癌治療に至るまでにその使用を発見、非常に多くの多様な分野に適用されています。生物学的センサに電気から。化学触媒反応からの薬物送達システム1-7。これらの分野でのツールとしての金ナノ粒子への関心は、特殊な構造の光学および電子特性8を含む金ナノ粒子が有するユニークな特性によって駆動されます。
金の使用の増加は、生物学的および化学的ア ッセイで9,10ナノ粒子があります。家の合成でのコストと比較した場合、金ナノ粒子の購入のための多くの情報源の利用可能性にもかかわらず、彼らはかなりの価格で来ます。市販のナノ粒子の高コストは家合成デになりますsirable。私たちの手順は、小さな2-3 nmの球状金サブユニットによって作られたオリゴマーナノクラスターの合成を含みます。そのモジュール構造は、タンパク質の構造を模倣するので、それは透過性や濾過速度の測定に来るとき古典的な金ナノ粒子の利点の全てを有するオリゴマーナノクラスターは、選択肢を好まれます。
現在、金ナノ粒子の家の中で合成に最も一般的なアプローチは、水性条件下11,12の下で塩化金(のHAuCl 4)の還元を伴います。このような水素化ホウ素ナトリウム(NaBH 4)、またはクエン酸ナトリウムなどの一般的な還元剤とのHAuCl 4の還元は、球状のナノ粒子13を製造することを可能にします。それらのコアの直径が増加するにつれて、それらは、生物学的緩衝液中の塩の存在に敏感になるため、これらの方法により合成した金ナノ粒子は、それらの有用なサイズ範囲で制限されています。この方法は、以前に記載されていますアルカリ条件下14,15の下にチオシアン酸ナトリウムとのHAuCl 4の還元2から3 nmの直径の黄色ナノ粒子の合成のために。
ここでは、追加のキャッピング剤を必要とせずに、黄色のナノ粒子のブドウのようなoligoclusterを生成し、その方法の変形例を説明します。単に、チオシアン酸ナトリウムのアルカリ溶液へのHAuCl 4の添加と還元剤のその後の添加の間の時間を変化させることによって、我々は、〜25 nmの約3ナノメートルの金粒子が得られた大きさを変化させることができます。より大きな粒子を生成するために、単純なアドオン手順は、チオシアン酸ナトリウムの存在下で合成さoligoclustersに水酸化金(HG)の添加により、これらのoligoclustersを成長させるために使用することができます。これらの2つの方法を用いて、確実に〜3 nmの〜70nmの範囲をカバーするoligoclustersを生成することができます。この方法は高品質のGのよく制御された合成を可能にするという事実標準的な装置と試薬の数が限られているベンチトップ条件下で古いoligoclustersは、潜在的に化学合成でほとんど、あるいは全くの専門知識を持つ研究者への研究ツールとしての金ナノ粒子の利点を拡張します。
この原稿は、単分散金oligoclustersのベンチトップ合成( 図3)のための詳細なプロトコルを提供します。この方法は、単にアルカリ性溶液と還元剤のその後の添加、チオシアン酸ナトリウムへのHAuCl 4の添加の間の時間を変化させることにより、サイズの広い範囲を生成することができます。アルカリ性へのHAuCl 4の添加は、ヒドロキシル金へのHAuCl 4の時間依存水酸化内の水溶液の結果をバッファリングし(Na + [金(OH 4-x)は ClでX]を– )。それは平衡反応であるとしてヒドロキシル化は完結しませんが以下のHAuCl 4でこのヒドロキシル化の結果は、利用可能です。 デノボ金モノマーの核形成および形成のみのHAuCl 4によって開始することができます。ヒドロキシル化金は金oligoclustersの形成をもたらし、既存の金ナノ粒子上に付加することができるだけです。私たちのアドオンこの方法は、この16を利用しています。遅延時間法で形成Oligoclustersは水酸化金、それにより播種oligoclustersのサイズを大きく、堆積する際のシードとして使用することができます。播種成長は水酸化金の比率(HG) 対として合成oligocluster( 図1)を変えることによって制御することができます。両方の方法では、粒子の大きさは、簡単に右の時間遅延( 図2A、B)を選択することによって、または種子を開始、右、コメントを追加しましたヒドロキシル金(HG)( 図2C)の右の比率を選択することによって予測することができます。最も有用な粒子サイズの予測は、( 表1)に示されています。より大きな粒子は、以下に移行し、表示されるGSH誘導体化oligoclustersの大型化は、電気泳動によって監視することができ、特に暗い後金ナノ粒子の吸光係数は、粒子サイズに比例して増加するという事実に起因します。
<p class="jove_content"シード比:>アドオン方法は、高HGで必要とされる大きな反応容量である最初のうち2つの制限があります。アドオンメソッドの2番目の制限はのHAuCl 4のヒドロキシル化は平衡反応であり、完結していないことが、前述の事実に由来します。 HAuCl 4の不完全な水酸化はアドオン反応oligocluster種の濃度が高いままに最小限の影響を与えています。 oligocluster種子の濃度がそうであるように長い遅延時間の種子と高HG使用した場合、低い場合:シード比を、unhydroxylatedのHAuCl 4の影響は大きくなることがあります。これらの条件下でのHAuCl 4は oligoclustersの不均一な集団を生じる、新規oligoclustersの合成を核形成することができます。遅延時間やアドオン方法により製造された、合成oligoclustersは金のみの沈殿物の微量を開発し、数週間のために安定しています。後でもあることingがoligoclustersが安定した状態を維持し、凝集に抵抗300倍に濃縮しました。ここで説明した金oligoclustersはまた、このようにして、高価な誘導体化剤がより少量で使用することができるように、事前の誘導体化なしに集中させることができるという追加の利点を有します。グルタチオン(GSH)で誘導体化された後、クラスタは1年まで安定していました。 GSH-誘導体化はまた、このようにin vivo実験に適してい、生理的緩衝液または動物血漿にさらされたときに、それらが凝集に抵抗になり、強い負の電荷13を提供します 。誘導体化試薬を含有するチオール基の広範囲で達成することができます。
他のチオール含有分子で誘導体化oligoclustersの従順17,18は、このように oligoclustersの表面の化学的性質と反応性を制御し、表面単層の便利で簡単に修正することができます。このプロトコルのCAで使用される他の化学物質nは容易に合成を損なうことなく、類似の化学物質に置換すること。これは、他のチオシアン酸塩のための他のアルカリ緩衝剤とホウ砂( 例えば 、炭酸塩)とチオシアン酸ナトリウムの置換を含んでいる( 例えば 、KSCN)。
このプロトコルの主な属性が強調されている必要があり、そのシンプルさ、です。唯一ミリグラム体重計及びマグネチックスターラーを高度な生物学的材料の用途に使用することができる商業的品質の金oligoclustersを生成するために必要とされます。広い適用を作製することができるよりも、サイズの広い範囲によって、および単分散により支援されます。また、家の中で生産が低コストです。
oligoclustersは、基底膜および血液関門の透過性の研究のために特に有用です。彼らは簡単に別の経路で生理食塩水を投与し 、インビボ19-21 で追跡することができます。得られた組織サンプルは、その後で検査することができます電子顕微鏡16,22。透過性に加えて、バイオ分布は、有益な薬理学的な情報を提供し、異なるサイズのoligoclustersの混合物の投与は、身体23-25 内部の粒子の大きさに依存分布に関する貴重な情報を提供します。最後に、それらのユニークな構造の彼らはおそらく彼らに蛍光26のほぼ完全な消光でLSPRとフォア結果との間の干渉ので、金ナノ粒子に容易に達成可能ではない蛍光標識、のための理想的な候補者を作る局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を発揮することができません。
The authors have nothing to disclose.
TKスロベニア研究機関からの支援を認め(ARRSを、BI-US / 13-14-040、およびJ3-6803付与)。 OSは、国立衛生研究所(NIH)助成RO1HL49277からの支援を認めています。
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 |