Bioengineering

זהב Nanostar סינתזה עם שיטת Seed כסף מתווכת צמיחה

Published: January 15, 2012 doi: 10.3791/3570

Zurab Kereselidze¹, Victor H. Romero², Xomalin G. Peralta¹, Fidel Santamaria³

¹Department of Physics and Astronomy, The University of Texas at San Antonio, ²Centro de Investigaciones en Optica A. C., ³Department of Biology and Neurosciences Institute, The University of Texas at San Antonio

Summary

אנחנו מסונתז בצורת כוכב זהב nanostars באמצעות זרע כסף בתיווך שיטת הגידול. קוטר nanostars נע 200-300 ננומטר ומספר טיפים להשתנות 7-10. חלקיקים יש משטח רחב תהודה plasmon מצב ממוקדת האינפרא אדום הקרוב.

Abstract

תכונות פיסיקליות, כימיות האופטיות של ננו בהיקף קולואידים תלוי בחומר הגודל שלהם, ההרכב והצורה ^1-5. יש עניין רב באמצעות ננו קולואידים עבור אבלציה צילום תרמי, אספקת סמים והרבה יישומים ביו אחרים ^6. הזהב משמש בעיקר בגלל רעילות נמוכה שלה ^7-9. רכוש של מתכת ננו קולואידים הוא שהם יכולים להיות משטח חזק תהודה plasmon ^10. שיאם של מצב פני השטח תהודה plasmon תלוי במבנה ובהרכב של המתכת ננו קולואידים. מאז מצב plasmon משטח תהודה מגורה עם אור קיים צורך לקבל את ספיגת שיא אינפרא אדום ליד שם transmissivity רקמות ביולוגיות הוא מקסימלי ^{11, 12.}

אנו מציגים שיטה לסנתז זהב בצורת כוכב colloidal, המכונה גם חלקיקים בצורת כוכב ^13-15 או nanostars ^16. שיטה זו מבוססת על כמוolution המכיל זרעים כסף המשמשים כסוכן nucleating לצמיחה אניסוטרופי של קולואידים זהב ^17-22. במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) ניתוח של זהב קולואיד וכתוצאה מכך הראו כי 70% של ננו היו nanostars. 30% הנותרים של חלקיקים היו אשכולות אמורפי של decahedra ו מעוינים. שיא ספיגת nanostars זוהה להיות האינפרא אדום הקרוב (840 ננומטר). לכן, השיטה שלנו מייצרת nanostars זהב מתאים עבור יישומים ביו, במיוחד עבור צילום אבלציה תרמית.

Protocol

1. כסף הכנה זרע

הכן פתרון מלאי של כסף חנקתי (Agno ₃₎ על ידי לקיחת מסה שרירותית לערבב אותו עם 10 מ"ל מים (די) deionized. חישוב molarity של הפתרון. שמור את הפתרון במקום חשוך כדי לבודד אותו מן האור.
הוסף 14.7 מ"ג נתרן ציטרט tribasic (Na ₃ C ₆ H ₅ O ₇₎ על 10 מ"ל מים די כדי להפוך פתרון 5 מ"מ. לנער את הבקבוקון עד אבקה הוא מומס.
הוסף 15.1 מ"ג של borohydride נתרן (NaBH ₄₎ על הבקבוקון השני עם 10 מ"ל מים די כדי להפוך פתרון 40 מ"מ. סגור את הבקבוקון מיד. נער בעדינות את הפתרון ביד והנח אותו בכוס עם קרח. מניחים את הכוס במקרר ולהתחיל טיימר (t1 = 0). הפתרון טריים ישמשו 15 דקות וזה מספיק זמן כדי לצנן אותה.
מתוך פתרון המניות של חנקת הכסף, 1.1), להכין 10 מ"ל ב mM 0.25. המקום אבן שואבת ערבוב בבקבוקון ואת רחובערבוב אמנות.
הוסף 0.25 מ"ל של הפתרון ציטרט הנתרן tribasic 1.2) ל 1.4).
בזמן t ₁ = 15 דקות להסיר את borohydride נתרן פתרון, 1.3), מהמקרר. בעזרת טפטפת לקחת 0.4 מ"ל של פתרון זה ולהוסיף אותו 1.5). הערה: הוספת הפתרון במכה מהירה אחת. הצבע יהפוך לצהוב. מערבבים את הפתרון עבור 5 דקות.
בזמן t ₁ = 20 דקות להפסיק לבחוש, להסיר את המגנט מבקבוקון ולשמור את הבקבוקון במקום חשוך. אל תסגור את הבקבוקון.
שמור את הפתרון בחושך בטמפרטורת החדר למשך 2 שעות לפחות לפני השימוש. רצוי להשתמש את הזרעים בתוך שבוע של הכנה.

2. פתרון צמיחה הכנה

הכן 80 מ"מ של חומצה אסקורבית (C ₆ H ₈ O ₆₎ על ידי הוספת 140 מ"ג ל 10 מ"ל של מים DI.
הכן 10 מ"ל של תמיסה מרוכזת של כלוריד זהב (HAuCl _4). חשב את molarity של הפתרון. שמור את solution מבודדים מן האור.
הכן 20 מ"ל של 50 מ"מ של ברומיד cetyltrimethylammonium (CTAB - C ₁₉ H ₄₂ BrN) על ידי הוספת 364 מ"ג ל בקבוקון עם 20 מ"ל מים DI. מיד למקום מגנט ערבוב לתוך הבקבוקון ולהתחיל לערבב על צלחת חמה ב 30 ° C. אחרי אבקת CTAB נמס לחלוטין הפתרון הופך שקוף להפוך את דוד הצלחת אבל לבחוש עד שלב 2.7).
הוסף פתרון 1.1) לפתרון 2.3) כדי לקבל molarity הסופי של mM 4.9x10 ^-2. הפעלת טיימר (t ₂ = 0).
בזמן t ₂ = 1 דקות להוסיף פתרון 2.2) ל 2.4) כדי לקבל molarity הסופי של 0.25 mM.
בזמן t ₂ = 2 דקות להוסיף 0.1 מ"ל של 2.1) ל -2.5). הפתרון יהפוך צבע.
בזמן t ₂ = 2 דקות 20 שניות להוסיף 0.05 מ"ל של 1.8) (זרעים כסף) עד 2.6). מערבבים את ההשעיה במשך 15 דקות. ההשעיה יהיה בתחילה להכחיל וחום אז.
בזמן t ₂ = 17 דקות להפסיק לבחוש, להסיר את מ 'agnet ולשמור על השעיית בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות.

3. הפרדת nanostars זהב CTAB הדמיה, אפיון או ניסויים

הערה: CTAB עשויה להתגבש בטמפרטורת החדר. כדי לפזר את החום גבישים את קולואיד זהב עד 30 ° C או לטבול את הבקבוקון על ברז מים חמים עד הגבישים נמסים.

Sonicate ההשעיה דקות 2.
צנטריפוגה את ההשעיה על 5 דקות בכל RCF 730. Nanostars יצטברו על הקיר של הצינור.
הסר כמה שיותר ההשעיה עם טפטפת מקפיד שלא להסיר את nanostars.
מוסיפים מים כדי DI הצינור sonicate דקות 2.
צנטריפוגה ההשעיה דקות 3 ב RCF 460. ההשעיה מכיל CTAB פחות, הכוח הצנטריפוגלי ולכן נמוך יש צורך להפריד את nanostars.
חזור על שלבים 3.3) ו - 3.4).
מוסיפים מים כדי DI ההשעיה ו צנטריפוגות במשך 3 דקות על RCF 380.
Repea t צעדים 3.3) ו - 3.4). Nanostars מוכנים הדמיה, ספקטרוסקופיה, או ניסויים.

4. נציג תוצאות:

איור 1 מציג מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) תמונות של הזרעים כסף צילמו באמצעות JEOL 2010 F-TEM. הזרעים בעלי צורה כדורית ואת גודל ממוצע של 15 ננומטר. Nanostars זהב הם צילמו באמצעות Hitachi S-5500 ב סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים במצב (SEM). איור 2 מראה בהגדלה הגוברת של nanostars מסונתז עם השיטה שלנו. כוכב בצורת חלקיקים הם כ 70% של כל החלקיקים של קולואיד. Non-נוצרו כוכבים מופיעים אמורפי כמו אשכולות של decahedra ו מעוינים (לא מוצג). איור 3 מציג כמה nanostars זהב אחת. גודל הטווחים nanostars מ 200 ננומטר ל 300 ננומטר ומספר טיפים להשתנות 7-10. אם הזהב חלקיקים מסונתז על ידי שיטה זו נותרו CTAB הם שומרים על צורתם במשך חודש לפחות 1 לאחר סינתזה.

e_content "> מדדנו את ספקטרום הספיגה של זרעים nanostars כסף באמצעות קארי-14 Olis ספקטרופוטומטר. קליטת שיא של הזרעים היה 400 ננומטר, תוך קליטת שיא של nanostars היה בין 800 ננומטר ו - 850 ננומטר (איור 4 ).

באיור 1. מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים תמונות של זרעים כסף.

באיור 2. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים של nanostars זהב.

באיור 3. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים של nanostars זהב אחת.

איור 6
איור 4. ספקטרום הקליטה מנורמל של זרעים כסף (קו מקווקו) וזהבnanostars (קו מוצק).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בעבודה זו הצגנו שיטה לסנתז nanostars זהב כסף באמצעות זרעים. מצאנו כי זרעי כסף הביאה תשואה של ייצור 70% nanostars. Nanostars יש שיא ליד קליטת אינפרא אדום, המתאים למצב פני השטח שלהם תהודה plasmon, מרוכז בין 800 nm ו 850 nm ^{7, 23.} מאפיינים אלה מאפיינים לאפשר nanostars הזהב שלנו כדי לשמש עבור יישומים ביו ^24-26, כגון אבלציה צילום תרמי.

ההבדל העיקרי בין שיטת הסביר פה שיטות אחרות הוא השימוש זרעים כסף במקום זהב. שימוש בזרעים תוצאות כסף nanostars זהב עם עצות יותר גרעינים קטנים יותר. השוואה ישירה של הפקות התשואות בין פרוטוקולים שונים ייצור קשה כמו ישנן שיטות שונות של סינתזה ננו קולואיד. עם זאת, בהשוואה לשיטות המשתמשות סינתזה דומה זרע בתיווך ²⁷ אשר מגיעים תשואה של 40% - 50% 16, plasmon השטח שלהם מצב תהודה הוא עבר ליד אינפרא אדום שהופך אותם מתאימים יותר עבור יישומים ביולוגיים.

ישנן כמה נקודות חשובות שיש לקחת בחשבון במהלך סינתזה nanostar. לקראת הפתרון זרע, ציטרט הנתרן משמש כסוכן מכסת ו borohydride נתרן משמש כסוכן צמצום. Borohydride נתרן אינה יציבה, הן תמיסות מימיות מרוכז בדילול מלא, ולכן חשוב להכין אותו בכל פעם טרי ולהשתמש בו בתוך שעה אחת. בנוסף, התגובה תלוי טמפרטורה ולכן הפתרון חייב להיות קר (שלב 1.6). לאחר פתרון זרע מוכן חשוב לאפשר מימן להימלט, ובכך אנו מדגישים כי המיכל לא צריך להיות סגור (שלב 1.7). הפתרון צמיחה תהליך ההכנה הוא גם זמן רגיש. לדוגמה, אם תרכובות מן הצעדים 2.5) ל 2.7) מעורבבים בקצב שונה מן המתואר שיעורי השיטה, החלקיקים וכתוצאה מכך יכול להיות בתחומי במקום כוכבים.

ברצוננו להבהיר את מטרת כמה צעדים חשובים. בשנת פתרון הצמיחה זהב הוא מופחת על ידי הוספת חומצה אסקורבית אשר מלווה בתצהיר שלה על הזרעים כסף. חנקת הכסף משמש כדי לספק יוני כסף אשר ממלאים תפקיד catalyzing בתהליך nanostar זהב צמיחה. CTAB הוא האמין להיות אחראי על צמיחה אניסוטרופי של זהב על פני השטח של זרעי כסף באמצעות מנגנון קובץ מצורף אוריינטציה ²⁹ שבו גבישים זהב לצרף את הזרעים כסף מחויב מולקולות ספח. תהליך הצמיחה הוא איטי אניסוטרופי אשר ההנחה היא להיגרם על ידי מצב חוסר שיווי משקל תרמודינמי המכונה המשטר מבוקר kinetically ^30.

התחת = "jove_content"> הרוב המכריע של יישומי ננוטכנולוגיה במחקר ביו מתמקדים אספקת סמים, צילום תרמי לטיפול, הדמיה ^{31, 32.} יישום מוצלח של יישומים אלה תלויה בהבנת כימי, פיזי, התכונות האופטיות של ננו בהיקף קולואידים גם על פיתוח פרוצדורות לשחזור לסנתז אותם. יש צורך לשלוט לא רק הגודל, אלא גם את הצורה של ננו, כי יש עדות גוברת כי צורת מסוים של ננו קולואיד קובע האינטראקציה שלה עם מערכות ביולוגיות ^33. העבודה שלנו מקדמות את השימוש של הננוטכנולוגיה יישומים ביו ידי מתן שיטה לייצר תשואות גבוהות של nanostars עם תהודה plasmon השטח של אינפרא אדום הקרוב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

Acknowledgments

מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע שותפויות למחקר וחינוך חומרים (PREM) גרנט לא DMR-0934218. זה היה נתמך גם על ידי מספר פרס 2G12RR013646-11 מן המרכז הלאומי למשאבי מחקר. התוכן הוא באחריות הבלעדית של הכותבים ולא בהכרח מייצגים את הדעות הרשמיות של המרכז הלאומי למשאבי מחקר או מכוני הבריאות הלאומיים.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sodium citrate tribasic dehydrate	Sigma-Aldrich	S4641	99.0 %
Silver nitrate	Aldrich	204390	99.9999 %
Sodium borohydride	Aldrich	213462	99 %
L-Ascorbic acid	Sigma-Aldrich	255564	99+ %
Gold chloride trihydrate	Aldrich	520918	99.9+ %
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)	Sigma-Aldrich	H6269
JEOL 2010-F	JEOL		Transmission electron microscope
Hitachi S-5500	Hitachi		Used in scanning electron microscope mode
Olis Cary-14 spectrophotometer	Olis		Spectrophotometer