Síntese e caracterização de nanopartículas de ouro Anfífilos
Summary
As nanopartículas de ouro anfifílicas podem ser usadas em muitas aplicações biológicas. Um protocolo para sintetizar nanopartículas de ouro revestido por uma mistura binária de ligantes e uma caracterização detalhada dessas partículas é apresentada.
Abstract
As nanopartículas de ouro cobertas com uma mistura de 1-octanethiol (OT) e 11-mercapto-1-undecane ácido sulfônico (MUS) têm sido extensivamente estudadas por causa de suas interações com membranas celulares, bilayers lipídico e vírus. Os ligantes hidrófilos tornam essas partículas coloidalmente estáveis em soluções aquosas e a combinação com ligantes hidrofóbicos cria uma partícula anfifílica que pode ser carregada com drogas hidrofóbicas, fundir-se com as membranas lipídicas e resistir a inespecífica adsorção de proteínas. Muitas destas propriedades dependem do tamanho da nanopartícula e da composição do escudo do ligante. É, portanto, crucial ter um método sintético reprodutível e técnicas de caracterização confiáveis que permitam a determinação de propriedades de nanopartículas e a composição da casca do ligante. Aqui, uma redução química de uma fase, seguida por uma purificação completa para sintetizar estas nanopartículas com diâmetros abaixo de 5 nanômetro, é apresentada. A relação entre os dois ligantes na superfície da nanopartícula pode ser ajustada através de sua relação estequiométrica utilizada durante a síntese. Nós demonstramos como as várias técnicas rotineiras, tais como a microscopia de elétron da transmissão (tem), a ressonância magnética nuclear (RMN), a análise termogravimétrica (TGA), e a espectrometria ultravioleta-visível (UV-VIS), são combinadas a compreensivamente caracterizar os parâmetros físico-químicos das nanopartículas.
Introduction
A concha de ligante de nanopartículas de ouro pode ser projetada para expor várias propriedades diferentes que podem ser aplicadas para enfrentar os desafios da biomedicina1,2,3,4. Essa versatilidade permite o controle das interações intermoleculares entre nanopartículas e biomoléculas5,6,7. A hidrofobicidade e a carga desempenham um papel decisivo, bem como outros parâmetros superficiais que afetam a forma como as nanopartículas interagem com as biomoléculas5,8,9. Para sintonizar as propriedades superficiais das nanopartículas, a escolha de moléculas de tiolato que compõem a concha do ligante oferece uma infinidade de possibilidades, de acordo com as características procuradas. Por exemplo, uma mistura de moléculas de ligantes com grupos finais hidrofóbicos e hidrofílicos (por exemplo, carregados) são freqüentemente usadas para gerar nanopartículas anfífilas10,11.
Um exemplo proeminente deste tipo de nanopartículas é protegido por uma mistura de OT e de Mus (doravante chamado Mus: nanopartículas do ot) que foi mostrado para possuir muitas propriedades relevantes12,13,14. Primeiro, com uma composição de casca de ligantes de 66% MUS (doravante 66:34 MUS: OT), a estabilidade coloidal das nanopartículas é alta, atingindo até 33% em peso em água desionizada, bem como em soro fisiológico tamponado com fosfato (1x, 4 mM de fosfato, 150 mM NaCl)15. Além disso, estas partículas não precipitam em valores de pH relativamente baixos: por exemplo, em pH 2,3 e com concentrações de sal de 1 M NaCl15, estas nanopartículas permanecem coloidalmente estáveis por meses. A razão estequiométrica entre as duas moléculas na casca do ligante é importante porque dita a estabilidade coloidal em soluções com alta resistência iônica16.
Estas partículas têm sido mostradas para atravessar a membrana celular sem Poram-lo, através de uma via de energia independente1,12. A fusão espontânea entre estas partículas e os bicamadas do lipido subjaz sua difusividade através das membranas de pilha17. O mecanismo por trás dessa interação é a minimização do contato entre uma área de superfície hidrofóbica solvente-acessível e moléculas de água após a fusão com bicamadas lipídico18. Comparado a nanopartículas de All-MUS (nanopartículas que têm apenas o ligante MUS em sua casca), a maior hidrofobicidade no MUS misto: nanopartículas de OT (por exemplo, em um 66:34 MUS: OT composição) aumenta a extensão do diâmetro do núcleo que pode fundir com lipídios bicamadas18. Diferentes organizações de automontagem do escudo ligante correlacionam-se com modos de ligação distintos de 66:34 MUS: nanopartículas de OT com várias proteínas, como albumina e ubiquitina, quando comparadas às partículas de All-MUS19. Recentemente, relatou-se que 66:34 Mus: as nanopartículas do ot podem ser utilizadas como um agente antiviral do largo-espectro que destrua irreversivelmente os vírus por causa das ligações eletrostáticas multivalentes de ligantes do Mus e de acoplamentos-locais de ligantes do ot ao capsídeo proteínas14. Em todos estes casos, verificou-se que o conteúdo hidrofóbico, bem como o tamanho do núcleo das nanopartículas, determina como essas interações bio-nano acontecem. Estas propriedades diversas de nanopartículas de Mus: OT alertaram muitos estudos da simulação do computador que visaram esclarecer os mecanismos que sustentam as interações entre o mus: partículas do OT e várias estruturas biológicas tais como bicamadas do lipido20.
A preparação de nanopartículas do MUS: OT-Protected au representa alguns desafios. Primeiramente, o ligante carregado (Mus) e o ligante hydrofóbico (OT) são immiscible. Assim, a solubilidade das nanopartículas e dos ligantes deve ser levada em consideração ao longo da síntese, bem como durante a caracterização. Adicionalmente, a pureza das moléculas do ligante do Mus-especificamente, o índice de sais inorgânicos no material começar-influencia a qualidade, a reprodutibilidade, assim como a estabilidade coloidal a curto e a longo prazo das nanopartículas.
Aqui, uma síntese detalhada e a caracterização desta classe de nanopartículas anfifílicas do ouro protegidas por uma mistura de MUS e de OT são esboçadas. Um protocolo para a síntese do ligante do Mus negativamente carregado é relatado para assegurar a pureza e, daqui, a reprodutibilidade de synteses diferentes da nanopartícula. Em seguida, o procedimento para gerar essas nanopartículas, com base em uma síntese de uma fase comum, seguida pela purificação completa, é relatada em detalhes. Várias técnicas de caracterização necessárias21, tais como tem, UV-VIS, TGA, e RMN, foram combinadas para obter todos os parâmetros necessários para quaisquer outros experimentos biológicos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve primeiramente a síntese do ligante do Mus e, então, a síntese e a caracterização do Mus anfifílico: nanopartículas do ouro do ot. Sintetizar o MUS com teor mínimo de sal permite uma melhor fiabilidade da relação estequiométrica entre os ligantes durante a síntese de nanopartículas, que é um factor-chave para a síntese reprodutível das nanopartículas de MUS: OT com um alvo hidrofóbico conteúdo (Figura 8). O uso de metanol como solvente comum para MUS…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Z.P.G. e FS agradecem a Fundação Nacional de Ciências da Suíça e, especificamente, a NCCR ‘ engenharia de sistemas moleculares ‘. Z.L. e FS agradecem o apoio da subvenção da Swiss National Science Foundation Division II. Todos os autores agradecem a Quy ONG por discussões frutíferas e pela revisão do manuscrito.
Materials
| 11-bromo-1-undecene | Sigma Aldrich | 467642-25 ml | |
| Sodium Sulfite | Sigma Aldrich | S0505-250 g | |
| Benzyltriethyl-ammonium bromide | Sigma Aldrich | 147125-25 g | |
| Methanol | VWR | BDH1135-2.5 LP | |
| DI water | Millipore | ZRXQ003WW | Deionized water |
| 1 L round bottom flask | DURAN | 24 170 56 | |
| Diethyl ether | Sigma Aldrich | 1.00930 EMD Millipore | |
| Stirring bar | Sigma Aldrich | Z329207, | |
| Dow Corning High Vacuum Grease | Sigma Aldrich | Z273554 ALDRICH | |
| Filtering flask | DURAN | 20 201 63 | |
| Filtering Buchner Funnel | FisherSci | 11707335 | |
| Ethanol >99.8%, ACS, Reagent | VWR | 2081.321DP | |
| Deuterium dioxide | Sigma Aldrich | 151882 ALDRICH | |
| Thioacetic acid 96% | Sigma Aldrich | T30805 ALDRICH | |
| Carbon black | Sigma Aldrich | 05105-1KG | |
| Celite | Sigma Aldrich | D3877 SIGMA-ALDRICH | Filtration medium |
| Condenser | Sigma Aldrich | Z531154 | |
| Hydrochloric acid, ACS reagent 37% | Sigma Aldrich | 320331 SIGMA-ALDRICH | |
| Sodium Hydroxide, BioXtra, pellets (anhydrous) | Sigma Aldrich | S8045 SIGMA-ALDRICH | |
| Centrifuge tubes | VWR | 525-0155P | |
| 250 mL round bottom flask | DURAN | 24 170 37 | |
| 500 mL round bottom flask | DURAN | 24 170 46 | |
| Nitric acid, fACS reagent 70% | Sigma Aldrich | 438073 SIGMA-ALDRICH | |
| Gold(III) chloride trihydrate >99.9% trace metal basis | Sigma Aldrich | 520918 ALDRICH | |
| 1-octanethiol >98.5% | Sigma Aldrich | 471836 ALDRICH | |
| Sodium Borohydride purum p.a.>96% | Sigma Aldrich | 71320 ALDRICH | |
| Separatory funnel | SIgma Aldrich | Z330655 SIGMA | |
| Funnel | DURAN | 21 351 46 | |
| 2V folded filtering papers | Whatman | 1202-150 | |
| Amicon filters | Merck | UFC903024 | |
| Iodine, ACS reagent, >99.8%, solid | Sigma Aldrich | 207772 SIGMA-ALDRICH | |
| 5 mm NMR-Tubes, Type 5HP (high precision) | Armar | 32210.503 | Length 178 mm |
| Methanol-d4 99.8 atom%D | Armar | 16400.2035 | |
| TGA crucible | Thepro | 9095-9270.45 | |
| 400 mesh carbon supported copper grid | Electron Microscopy Science | CF400-Cu | |
| quartz cuvette | Hellma Analytics | 100-1-40 |
Riferimenti
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