Vi beskriver en simpel metode til fremstilling af meget stabile oligomere klynger af guld nanopartikler gennem reduktion af chlorguldsyre (HAuCl 4) med natriumthiocyanat (NaSCN). De oligoclusters har en snæver størrelsesfordeling og kan produceres med en lang række af størrelser og overflade frakker.
Reduktion fortyndet vandig HAuCl 4 med natrium thiocyanat (NaSCN) under alkaliske betingelser producerer 2 til 3 nm diameter nanopartikler. Stabile drue-lignende oligomere klynger af disse gule nanopartikler af snæver størrelsesfordeling syntetiseres under omgivelsesbetingelser via to metoder. Forsinkelsen-tid metode styrer antallet af underenheder i oligoclusters ved at variere tiden mellem tilsætning af HAuCl 4 til alkalisk opløsning og efterfølgende tilsætning af reduktionsmiddel, NaSCN. De gule oligoclusters produceret varierer i størrelse fra ~ 3 til ~ 25 nm. Denne størrelse interval kan yderligere udvides ved en add-on metode udnytter hydroxylerede guld chlorid (Na + [Au (OH 4-x) CI x] -) til auto-katalytisk øge antallet af underenheder i as-syntetiseret oligocluster nanopartikler, levere en samlet afstand af 3 nm til 70 nm. De rå oligocluster præparater vise smal størrelse distributioner og kræver ikke pelsTher fraktionering til de fleste formål. De oligoclusters dannede kan koncentreres> 300 gange uden aggregering og rå reaktionsblandinger forblive stabil i ugevis uden yderligere forarbejdning. Fordi disse oligomere klynger kan koncentreres før derivatisering de tillader dyre derivatiseringsmidler der skal anvendes økonomisk. Derudover præsenterer vi to modeller, som forudsigelser af partikelstørrelse kan fremstilles med stor nøjagtighed.
Brugen af guld nanopartikler som redskaber i både biomedicinske anvendelser og grundforskning er vokset enormt i de seneste par årtier. Kun få moderne nanomaterialer er blevet anvendt på så mange forskellige områder, finde deres anvendelse i alt fra solpaneler til fototermisk kræftbehandling; fra elektrisk til biologiske sensorer; fra kemisk katalyse til drug delivery-systemer 1-7. De interesser i guld nanopartikler som værktøjer i disse områder er drevet af de unikke egenskaber guld nanopartikler besidder som omfatter særlige strukturelle, optiske og elektroniske egenskaber 8.
Der er en stigende brug af guld nanopartikler 9,10 i biologiske og kemiske analyser. På trods af tilgængeligheden af mange kilder til køb af guld nanopartikler, de kommer på en betydelig pris i forhold til prisen for i hus syntese. Den høje pris på kommercielt tilgængelige nanopartikler gør i hus syntese desigtede. Vores procedure indebærer syntese af oligomere nanoclusters foretaget af små 2-3 nm sfæriske guld underenheder. Har alle fordelene ved klassiske guld nanopartikler, er oligomere nanoclusters foretrukne valg, når det kommer til permeabilitet eller filtrering satser målinger, fordi deres modulære struktur efterligner strukturen af proteiner.
I øjeblikket er de mest almindelige tilgange til i hus syntese af guld nanopartikler indebærer reduktion af guld chlorid (HAuCl 4) under vandige betingelser 11,12. Reduktion af HAuCl 4 med almindelige reducerende reagenser, såsom natriumborhydrid (NaBH4) eller natriumcitrat, muliggør fremstillingen af sfæriske nanopartikler 13. Guld nanopartikler syntetiseret ved disse fremgangsmåder er begrænsede i deres nyttige størrelsesområde, fordi de bliver følsom over for tilstedeværelsen af salte i biologiske puffere som centralt diametre øges. Fremgangsmåde er tidligere blevet beskrevettil syntese af gule nanopartikler af 2-3 nm diameter fra reduktionen af HAuCl 4 med natriumthiocyanat under alkaliske betingelser 14,15.
Her beskriver vi en modifikation af den fremgangsmåde, som frembringer en drue-lignende oligocluster af de gule nanopartikler uden behov for yderligere capping midler. Ved blot at variere tiden mellem tilsætning af HAuCl 4 til alkalisk opløsning og efterfølgende tilsætning af reduktionsmiddel, natriumthiocyanat, er vi i stand til at variere den resulterende størrelse af guldpartiklerne fra ~ 3 nm til ~ 25 nm. Producerer større partikler, kan en simpel tilføjelse procedure anvendes til at dyrke disse oligoclusters ved tilsætning af hydroxylerede guld (HG) til de as-syntetiserede oligoclusters i nærværelse af natriumthiocyanat. Ved hjælp af disse to metoder, er vi i stand til pålideligt at producere oligoclusters dækker en række fra ~ 3 nm til ~ 70 nm. Det faktum, at denne metode giver velkontrollerede syntese af høj kvalitet ggamle oligoclusters under bench-top forhold med standardudstyr og et begrænset antal reagenser potentielt udvider fordelene af guld nanopartikler som et forsknings-værktøj til forskere med ringe eller ingen ekspertise i kemisk syntese.
Dette håndskrift giver en detaljeret protokol for bænk top syntese af monodisperse guld oligoclusters (figur 3). Fremgangsmåden er i stand til at producere et bredt udvalg af størrelser ved simpelthen at variere tiden mellem tilsætning af HAuCl 4 til alkalisk opløsning og efterfølgende tilsætning af reduktionsmidlet, natriumthiocyanat. Tilsætningen af HAuCl 4 til alkalisk bufret vandig opløsning resulterer i den tidsafhængige hydroxylering af HAuCl 4 til hydroxylerede guld (Na + [Au (OH 4-x) CI x] -). Denne hydroxylering resulterer i mindre HAuCl 4 bliver tilgængelige, selvom hydroxyleringen ikke løbe til ende, da det er en ligevægtsreaktion. Den kimdannelse og dannelse af de novo guld monomerer kan kun iværksættes af HAuCl 4. Hydroxyleret guld er kun i stand til at tilføje den til eksisterende guld nanopartikler, hvilket resulterer i dannelsen af guld oligoclusters; vores add-onFremgangsmåde udnytter dette 16. Oligoclusters dannet med forsinkelsen-tid metode kan anvendes som frø, hvorpå hydroxyleret guld deponeret, hvilket øger størrelsen af podede oligoclusters. Podet vækst kan styres ved at variere forholdet mellem hydroxylerede guld (HG) vs. som syntetiseret oligocluster (figur 1). Ved begge fremgangsmåder størrelsen af partiklerne kan let forudsiges ved at vælge den rigtige tidsforsinkelse (figur 2A, B) eller ved at vælge den rigtige starte frø og retten mellem tilsat hydroxylerede guld (HG) (figur 2C). Forudsigelser for mest nyttige partikelstørrelser er vist (tabel 1). Den stigende størrelse GSH derivatiserede oligoclusters kan overvåges ved elektroforese som større partikler vandrer mindre og synes især mørkere, den senere følger af den omstændighed, at ekstinktionskoefficienten for guld nanopartikler stige i forhold til partikelstørrelse.
<p class="jove_content"> Den add-on metode har to begrænsninger, hvoraf den første er den store reaktion mængder, der kræves ved høje HG: frø nøgletal. En anden begrænsning til add-on-metoden stammer fra den førnævnte faktum, at hydroxylering af HAuCl 4 er en ligevægt reaktion og ikke går til færdiggørelse. Den ufuldstændige hydroxylering af HAuCl 4 har minimal indflydelse på add-on reaktion, når koncentrationen af oligocluster frø er fortsat høj. Når koncentrationen af oligocluster frø er lave, som det er tilfældet, når der anvendes lange forsinkelse tid frø og høj HG: seed-forhold, kan indflydelsen af unhydroxylated HAuCl 4 bliver betydelig. Under disse betingelser HAuCl 4 er i stand til kimdannelse syntesen af nye oligoclusters, hvilket resulterer i heterogene populationer af oligoclusters.De as-syntetiserede oligoclusters produceret af forsinkelse tid eller add-on metode er stabile i uger, kun udvikle spormængder af guld bundfald. Selv efter at væreING koncentreret 300 gange de oligoclusters forblive stabil og modstå sammenlægning. Guldet oligoclusters her beskrevne har også den ekstra fordel ved at kunne koncentreres uden forudgående derivatisering, hvilket således tillader dyre derivatiseringsmidler skal anvendes i mindre mængder. Efter at være blevet derivatiseret med glutathion (GSH), klynger forblev stabil op til et år. GSH-derivatisering omfatter stærke negative ladning 13, der gør dem modstå aggregering når de udsættes for fysiologiske buffere eller animalsk plasma, hvilket således gør dem egnede til in vivo eksperimenter. Derivatisering kan opnås med en lang række thiolgruppe indeholdende reagenser.
Medgørligheden af oligoclusters til derivatisering med andre thiolholdige molekyler 17,18 tillader bekvem og nem ændring af overfladen monolaget og således kontrollerede overfladekemi og reaktivitet oligoclusters. Andre kemikalier, der anvendes i denne protokol can let erstattes lignende kemikalier uden at forringe syntese. Dette omfatter udskiftningen af borax med andre alkaliske puffere (f.eks., Carbonat) og natriumthiocyanat for andre thiocyanat salte (f.eks., KSCN).
Den vigtigste egenskab ved denne protokol er dets enkelhed, der skal understreges. Kun en milligram vægt skala og magnetisk omrører er påkrævet for at fremstille kommercielle kvalitet guld oligoclusters som kan anvendes til avancerede biologiske og materielle applikationer. Bred anvendelighed er hjulpet af den brede vifte af størrelser end kan produceres og ved monodispersitet. Derudover er der i egenproduktionen er billigt.
De oligoclusters er særligt værdifulde for undersøgelser af permeabilitet basale membraner og blod barrierer. De kan nemt administreres med saltvand gennem forskellige ruter og spores in vivo 19-21. Opnåede vævsprøver kan efterfølgende undersøges under enelektronmikroskop 16,22. Udover permeabilitet, giver bio fordeling værdifulde farmakologiske information og administrationen af blandingen af oligoclusters af forskellig størrelse giver værdifuld information om størrelse afhængig af partikler inde i kroppen 23-25. Endelig på grund af deres unikke struktur de undlader at manifestere lokaliseret overfladeplasmonresonans (LSPR) måske gør dem ideelle kandidater til fluorescerende mærkning, som ikke let opnås i guld nanopartikler, fordi interferens mellem LSPR og fluoroforen resulterer i næsten fuldstændig quenching af fluorescens 26 .
The authors have nothing to disclose.
TK anerkender støtte fra Slovenien Research Agency (ARRS, giver BI-US / 13-14-040, og J3-6803). OS anerkender støtte fra National Institute of Health (NIH) tilskud 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 |