Hidroquinona basado Síntesis de oro Nanorods
Summary
Este documento describe un protocolo para la síntesis de nanorods de oro, basado en el uso de hidroquinona como agente reductor, además de los diferentes mecanismos para el control de su tamaño y la relación de aspecto.
Abstract
Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag+) present in the “growth solution”. By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.
Introduction
Las nanopartículas de oro (AuNPs) son una de las nanoestructuras más extendidas y prometedores para ser utilizados en aplicaciones biomédicas. Su uso es esencial en muchas de punto de cuidado de diagnóstico in vitro productos 1 Ellos se han propuesto como una herramienta eficaz para un número de otras aplicaciones diferentes:. Como agente de contraste en los estudios de imagen, 2 como un sistema de suministro de medicamento 3 y como medicamentos para la termoterapia inducida por la luz (o la terapia fototérmica). 4 el gran potencial de AuNPs ha conducido, en los últimos veinte años, una intensa investigación sobre el desarrollo de la nueva síntesis que es capaz de aumentar el control sobre el tamaño y la forma obtenida. 5 esto se debe a los diferentes tipos de AuNPs son de hecho más adecuados que otros para aplicaciones específicas.
Entre las diferentes nanoestructuras de oro, oro nanorods (AuNRs) han surgido como uno de los sistemas más interesantes. AuNRs se caracterizan por dos plasmopicos nic asociados con la oscilación de los electrones a lo largo de la dirección longitudinal y los ejes transversales, respectivamente. 6, es especialmente importante que la posición del pico longitudinal más intensa se puede ajustar precisamente entre 620 y 800 nm, dependiendo de la relación de aspecto de las barras de . Esta región coincide con la ventana biológica, 7, donde los tejidos humanos casi no absorben la luz, lo que permite el desarrollo de una serie de aplicaciones fotónicas en vivo que implica AuNPs.
A pesar de un gran interés en este tipo de nanoestructuras, los protocolos sintéticos para la preparación de AuNRs sufren de varias limitaciones. En la mayoría de los casos, nanorods se preparan de acuerdo con un método de dos pasos desarrollado por Sau y compañeros de trabajo. 8 En su protocolo, nanorods se sintetizan mediante la reducción de iones de oro utilizando ácido ascórbico en presencia de semillas de oro preformados, iones de plata y una cantidad grande de bromuro de hexadecil trimetilamonio (CTAB), acsurfactante lineal ationic.
El inconveniente de este protocolo es que el rendimiento de reducción de iones de oro es relativamente baja (alrededor del 20%) 9 y que una gran cantidad de CTAB, un reactivo caro que da cuenta de más de la mitad del costo total de los reactivos en la síntesis, se necesita. El desarrollo de una ruta sintética nuevo y más eficiente es desde allí considera que es una necesidad importante, lo que permite la difusión de enfoques biomédicos a base de AuNRs.
En la primera parte de este trabajo, presentamos un protocolo optimizado para la preparación de AuNR que tiene una relación de aspecto de aproximadamente tres. La síntesis se basa en el uso de hidroquinona como un agente reductor suave y permite la preparación de AuNR con una reducción casi cuantitativa de iones de oro, haciendo uso de una cantidad reducida de CTAB. 10 Este protocolo para la preparación de los AuNRs se basa en un enfoque de dos etapas, donde se utilizan semillas de oro en un "sol de crecimientolución ".
En la segunda parte, nos muestran cómo sintonizar finamente el tamaño y la relación de aspecto de la AuNR obtenida de dos maneras. La primera manera, similar al protocolo estándar basado en el ácido ascórbico, es variar la cantidad de iones de plata presentes en la "solución crecimiento". La segunda forma en que se basa en la variación de la cantidad de CTAB que puede ser reducido a una concentración de 10 mM (cerca de la concentración micelar crítica informado por el proveedor) para obtener nanorods cortos bien definidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo que se presenta aquí se aplica hidroquinona, una molécula aromática caracterizado por un potencial de reducción débil, para producir nanorods de oro. Hay dos ventajas principales de la presente protocolo hacia la ruta sintética más comúnmente empleado basado en el uso de ácido ascórbico: la primera es que la hidroquinona es capaz de reducir casi cuantitativamente los iones de oro que permiten la producción de una mayor cantidad de nanorods oro 11 La. este último es dada por el hecho d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Funding for this research was provided by the Italian Ministry of Health under the frame of EuroNanoMed II (European Innovative Research & Technological Development Projects in Nanomedicine, project title: ”InNaSERSS”).
Materials
| Gold(III) chloride trihydrate | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Hydroquinone | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Silver Nitrate | Sigma Aldrich | 209139 | toxic |
| Sodium Borohydride | Sigma Aldrich | 480886 | |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Acute Tox. (oral). In this study we tested three different batches of CTAB (H5882) from Sigma Aldrich. Two of them were marked as made in China while one as made in India. In our experience only the batches marked as made in China were effective for the preparation of AuNR |
| Spectrophotometer | Thermo scientific | Nanodrop 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
References
- Zhou, W., Gao, X., Liu, D., Chen, X. Gold Nanoparticles for In Vitro Diagnostics. Chem Rev. 115 (19), 10575-10636 (2015).
- Bao, C., et al. Gold nanoprisms as optoacoustic signal nanoamplifiers for in vivo bioimaging of gastrointestinal cancers. Small. 9 (1), 68-74 (2013).
- Han, G., Ghosh, P., Rotello, V. M. Functionalized gold nanoparticles for drug delivery. Nanomedicine. 2 (1), 113-123 (2007).
- Choi, W. I., et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded, functional nanocarriers. ACS Nano. 5 (3), 1995-2003 (2011).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Zhang, J., Mirkin, C. A. Defining Rules for the Shape Evolution of Gold Nanoparticles . J. Am. Chem. Soc. 134 (35), 14542-14554 (2012).
- Lohse, S. E., Murphy, C. J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 25 (8), 1250-1261 (2013).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech. 19 (4), 316-317 (2001).
- Sau, T. K., Murphy, C. J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution. Langmuir. 20 (15), 6414-6420 (2004).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12, 2029-2036 (2010).
- Morasso, C., et al. Control of size and aspect ratio in hydroquinone-based synthesis of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 17, 330-337 (2015).
- Vigderman, L., Zubarev, E. R. High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chem. Mater. 25 (8), 1450-1457 (2013).
- Walsh, M. J., Barrow, S. J., Tong, W., Funston, A. M., Etheridge, J. Symmetry breaking and silver in gold nanorod growth. ACS Nano. 9 (1), 715-724 (2015).
