We beschrijven een eenvoudige werkwijze voor het produceren van zeer stabiele oligomere clusters van goud nanodeeltjes via de reductie chlorogoudzuur (HAuCl 4) met natrium thiocyanaat (NaSCN). De oligoclusters een smalle grootteverdeling en kunnen worden met uiteenlopende afmetingen en oppervlakte lagen.
Vermindering verdunde waterige HAuCl 4 met natrium thiocyanaat (NaSCN) onder alkalische omstandigheden produceert 2-3 nanodeeltjes nm diameter. Stabiele druifachtige oligomere clusters van deze gele nanodeeltjes van nauwe grootteverdeling worden gesynthetiseerd onder omgevingsomstandigheden via twee methodes. De vertragingstijd methode bepaalt het aantal subeenheden in het oligoclusters door het variëren van de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van reductiemiddel, NaSCN. De gele oligoclusters geproduceerd variëren in grootte van ~ 3 tot ~ 25 nm. Deze omvang kan verder worden uitgebreid met een add-on methode waarbij gehydroxyleerd goud chloride (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -) om auto-katalytisch toename van het aantal subeenheden in de as-gesynthetiseerde oligocluster nanodeeltjes, die een geheel van 3 nm tot 70 nm. Het ruwe oligocluster voorbereidingen tonen smalle grootte distributies en geen bont niet nodigther fractionering voor de meeste doeleinden. De oligoclusters gevormde geconcentreerd> 300 voudig zonder agglomeratie en de onzuivere reactiemengsels stabiel weken zonder verdere bewerking. Omdat deze oligomere clusters kunnen worden geconcentreerd voordat ze laten derivatisering duur derivatiserende middelen economisch te gebruiken. Bovendien presenteren we twee modellen waarmee voorspellingen van deeltjesgrootte kan worden met grote nauwkeurigheid.
Het gebruik van goud nanodeeltjes als hulpmiddelen, zowel in biomedische toepassingen en fundamenteel onderzoek is enorm gegroeid in de afgelopen decennia. Weinig moderne nanomaterialen zijn toegepast op vele verschillende gebieden, vinden hun toepassing in alles van zonnepanelen fotothermische behandeling van kanker; van elektrische biologische sensoren; uit chemische katalyse geneesmiddelafgiftesystemen 1-7. De belangen in goud nanodeeltjes als instrumenten op deze gebieden worden gedreven door de unieke eigenschappen gouden nanodeeltjes bezitten die bijzondere structurele, optische en elektronische eigenschappen 8 bevatten.
Er is een toenemend gebruik van goud nanodeeltjes 9,10 in biologische en chemische bepalingen. Ondanks de beschikbaarheid van vele bronnen voor de aankoop van gouden nanodeeltjes, komen ze op grote prijs in vergelijking met de kosten van binnenshuis synthese. De hoge kosten van commercieel beschikbare nanodeeltjes maakt in het huis van de synthesewenste. De procedure heeft betrekking op de synthese van oligomere nanoclusters gemaakt door kleine 2-3 nm bolvormige goud subeenheden. Met alle voordelen van klassieke goud nanodeeltjes, zijn oligomere nanoclusters voorkeur wat betreft permeabiliteit of filtratiesnelheden metingen omdat hun modulaire opbouw bootst de structuur van eiwitten.
Op dit moment, de meest voorkomende benaderingen van het in huis synthese van goud nanodeeltjes omvatten de reductie van goud chloride (HAuCl 4) in aanwezigheid van water 11,12. Reductie van HAuCl 4 gemeenschappelijke reductiemiddelen, zoals natriumboorhydride (NaBH4) of natriumcitraat, maakt de productie van bolvormige nanodeeltjes 13. Goud nanodeeltjes gesynthetiseerd door deze werkwijzen zijn beperkt in hun bruikbare grootte, omdat zij gevoelig voor de aanwezigheid van zouten in biologische buffers worden naarmate de kerndiameter verhogen. Een werkwijze is eerder beschrevenvoor de synthese van gele nanodeeltjes van 2-3 nm diameter van de reductie van HAuCl 4 met natriumthiocyanaat onder alkalische omstandigheden 14,15.
We beschrijven hier een modificatie van die werkwijze waarbij een druifachtige oligocluster van de gele nanopartikels produceert zonder de noodzaak van aanvullende afsluitmiddelen. Door simpelweg de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van reductiemiddel, natriumthiocyanaat variëren, kunnen we de verkregen grootte van de gouddeeltjes variëren van ~ 3 nm tot ~ 25 nm. Grotere deeltjes te produceren, kan een eenvoudige add-on procedure gebruikt om deze oligoclusters groeien door de toevoeging van gehydroxyleerde goud (HG) de als zodanig gesynthetiseerde oligoclusters in aanwezigheid van natrium- thiocyanaat. Met behulp van deze twee methoden, zijn wij in staat om op betrouwbare wijze te produceren oligoclusters die een bereik van ~ 3 nm tot ~ 70 nm. Dat maakt deze werkwijze goed gecontroleerde synthese van hoge kwaliteit goude oligoclusters onder bank-top voorwaarden met standaard apparatuur en een beperkt aantal reagentia verlengt mogelijk de voordelen van goud nanodeeltjes als een research tool voor onderzoekers met weinig of geen ervaring in de chemische synthese.
Dit manuscript geeft een gedetailleerd protocol voor bench top synthese van monodisperse goud oligoclusters (figuur 3). De werkwijze is in staat een breed scala aan afmetingen door eenvoudig de tijd tussen het toevoegen van HAuCl 4 alkalische oplossing en de daaropvolgende toevoeging van het reductiemiddel, natriumthiocyanaat variëren. De toevoeging van HAuCl 4 alkalische gebufferde waterige oplossing resulteert in tijdsafhankelijke hydroxylering van HAuCl 4 tot gehydroxyleerde goud (Na + [Au (OH 4-x) Cl x] -). Dit hydroxylering resulteert in minder HAuCl 4 beschikbaar zijn, hoewel de hydroxylering niet worden voltooid omdat het een evenwichtsreactie. De kiemvorming en de vorming van de novo goud monomeren kan alleen worden geïnitieerd door HAuCl 4. Gehydroxyleerde goud alleen kan toevoegen aan een bestaande gouden nanodeeltjes, waardoor de vorming van goud oligoclusters; onze add-onmethode maakt gebruik van deze 16. Oligoclusters gevormd met de vertragingstijd methode kan worden gebruikt als zaad waarop gehydroxyleerde goud wordt neergeslagen, waardoor de grootte van geënt oligoclusters verhogen. Geënt groei kan worden geregeld door variëren van de verhouding van gehydroxyleerde goud (HG) vs. gesynthetiseerde oligocluster (figuur 1). In beide methoden de grootte van de deeltjes gemakkelijk kan worden voorspeld door het kiezen van de juiste tijd vertraging (Figuur 2A, B) of door het kiezen van de juiste start zaden en de juiste verhouding van toegevoegde gehydroxyleerd goud (HG) (figuur 2C). Voorspellingen voor nuttigste deeltjesgrootten zijn weergegeven (tabel 1). Het toenemend GSH gederivatiseerd oligoclusters kan worden gevolgd door elektroforese als grotere deeltjes kleiner migreren en lijken vooral donkerder de later als gevolg van het feit dat de extinctiecoëfficiënt van goud nanodeeltjes stijgen evenredig met de deeltjesgrootte.
<p class="jove_content"> De add-on methode heeft twee beperkingen, waarvan de eerste is de grote reactievolumina vereist op hoog HG: zaad verhoudingen. Een tweede beperking van de add-on-methode is afkomstig uit de eerder genoemde feit dat de hydroxylering van HAuCl 4 is een evenwichtsreactie en gaat niet naar de voltooiing. De incomplete hydroxylering van HAuCl 4 heeft een minimale invloed op de add-on reactie wanneer de concentratie van oligocluster zaden hoog blijft. Wanneer de concentratie van oligocluster zaden zijn laag, zoals het geval is bij lange vertragingstijd zaad en hoge HG: zaad verhoudingen, kan de invloed van unhydroxylated HAuCl 4 significant. Onder deze omstandigheden HAuCl 4 in staat is de synthese van nieuwe oligoclusters kernvorming, resulteert in heterogene populaties van oligoclusters.De as-gesynthetiseerde oligoclusters geproduceerd door delay-time of add-on methode stabiel wekenlang, maar het ontwikkelen van sporen van goud neerslag. Zelfs na zijning geconcentreerd 300 maal de oligoclusters blijven stabiel en weerstaan aggregatie. Het goud oligoclusters hier beschreven ook het extra voordeel te kunnen concentreren zonder voorafgaande derivatisering, waardoor dure derivatiserende middelen voor gebruik in kleinere hoeveelheden. Na te zijn gederivatiseerd met glutathion (GSH), clusters bleven stabiel tot een jaar. GSH-derivatisatie verschaft ook sterke negatieve lading 13 waardoor ze weerstaan aggregatie bij blootstelling aan fysiologische buffers of dierlijk plasma, waardoor ze geschikt zijn voor in vivo experimenten. Derivatisering kan worden bereikt met allerlei thiolgroep bevattende reagentia.
De ontvankelijkheid van het oligoclusters om derivatisering met andere thiol bevattende moleculen 17,18 maakt handig en gemakkelijk modificatie van het oppervlak monolaag, waardoor de controle op het oppervlak chemie en reactiviteit van oligoclusters. Andere chemicaliën die worden gebruikt in dit protocol can gemakkelijk gesubstitueerd worden voor soortgelijke chemicaliën zonder afbreuk synthese. Dit omvat de substitutie van borax andere alkalische buffers (bijv. Carbonaat) en natrium thiocyanaat andere thiocyanaatzouten (bijv., KSCN).
Het belangrijkste kenmerk van dit protocol is de eenvoud, dat moet worden benadrukt. Slechts milligram weegschaal en magnetische roerder moet handelskwaliteit goud oligoclusters die kunnen worden gebruikt voor geavanceerde biologisch materiaal en toepassingen. Brede toepasbaarheid wordt bevorderd door de brede waaier van grootte dan kan worden geproduceerd en monodispersiteit. Bovendien, in het huis van de productie is lage kosten.
De oligoclusters zijn bijzonder waardevol voor studies van permeabiliteit van basale membranen en barrières bloed. Ze kunnen gemakkelijk worden toegediend met een zoutoplossing door middel van verschillende routes en bijgehouden in vivo 19-21. Verkregen weefselmonsters kan vervolgens worden onderzocht in het kader van eenelektronenmicroscoop 16,22. Naast permeabiliteit, biologische verdeling waardevolle farmacologische informatie en de toediening van een mengsel van oligoclusters van verschillende grootte geeft waardevolle informatie over grootteafhankelijke verdeling van deeltjes in het lichaam 23-25. Tenslotte vanwege hun unieke structuur ze niet manifesteren gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie (LSPR) mogelijk waardoor ze ideale kandidaten voor fluorescentielabelling, die niet gemakkelijk realiseerbaar goud nanodeeltjes omdat interferentie tussen de LSPR en fluorofoor resulteert in bijna volledige uitdoving van fluorescentie 26 .
The authors have nothing to disclose.
TK erkent steun van de Slovenië Research Agency (ARRS, geeft BI-US / 13-14-040 en J3-6803). OS erkent steun van National Institute of Health (NIH) subsidie 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 |