Summary

סינתזה של כמעט אינפרא-אדום פליטת מזהב ננו אשכולות עבור יישומים ביולוגיים

Published: March 22, 2020
doi:

Summary

שיטה אמינה ומתוכעת בקלות להכנת הפונקציונל, הקרוב-אינפרא-אדום פולט ננו אשכולות זהב והגילוי הישיר שלהם בתוך תאי הלה על ידי הזרמת cy, ומיקרוסקופ לייזר קונפוקלית וקד מתוארת.

Abstract

במהלך העשור האחרון, ננואשכולות זהב פלורסנט (אונמcs) היו עדים הפופולריות גדל ביישומים ביולוגיים ומאמצים עצומים הוקדשה התפתחותם. בפרוטוקול זה, שיטה מפותחת, שפותחה לאחרונה להכנת מסיסים במים, מתאימות ביולית ויציבה כמעט באינפרא-אדום, הנמצאות בפירוט. זו טמפרטורה החדר, מלמטה למעלה סינתזה כימית מספק בקלות פונקציונל הכתיר עם חומצה thioctic ואת thiol שונה פוליאתילן גליקול הפתרון מימית. הגישה הסינתטית אינה מצריכה ממיסים אורגניים או ליגניות או החלפת ידע נרחבת בכימיה סינתטית להתרבות. כתוצאה ממנה מציעה החברה החופשית לפני השטח, אשר ניתן לתפקד באמצעות מולקולות ביולוגיות שונות הנושאות קבוצת אמין חופשית מבלי להשפיע לרעה על המאפיינים של האוטוליומינטונים. הליך מהיר ואמין לעיבוד הקוונאוטומטריות והדמיה של מיקרוסקופים של ספיגת AuNC על ידי תאי הלה גם כן תוארו. בשל השינוי הגדול סטוקס, הגדרה נכונה של מסננים באמצעות cy, מיקרוסקופ הזרימה הנדרשת לאיתור יעיל של photoluמיניואומיורפולוגיה ליד אינפרא אדום.

Introduction

בעשור האחרון, ultrasmall (≤ 2 nm) פוטולומינטאוסטרים זהב ננואשכולות (PL) הופיעו כבדיקות מבטיחות עבור מחקר בסיסי ויישומים מעשיים1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. המאפיינים הרצויים הרבים שלהם כוללים באיכות גבוהה של פוטויציבות, פליטת מעטה מקסימה, אורך חיים של פליטה ארוכה, שינויי סטוקס גדולים, רעילות נמוכה, biocompatibility טובה, סיווג כליות וביוקוניוגציה. הארגון יכול לספק פוטוטולוי מכחול לאזור הספקטרלי הקרוב לאינפרא-אדום (ניר), בהתאם למספר האטומים בתוך האשכול11 ולאופי המשטח של ליגאן ו-12. ניר (650-900 nm) פולט האוננים מבטיחים במיוחד לטווח ארוך בתוך מבחנה ובvivo הדמיה של תאים ורקמות, כפי שהם מציעים יחס אות לרעש גבוה עקב חפיפה מינימלית עם התאמה אוטומטית פנימית, פיזור חלש וקליטה, וחדירה רקמות גבוהות של ניר אור13,14.

בשנים האחרונות פותחו גישות שונות המנצלים את מגוון האינטראקציות הקוולניות של האו, כדי להכין את ניר-PL הכתיר במגוון רחב של ליגנדס13,15,16,17. עבור יישומים ביו-רפואיים, יש לתפקד באמצעות מרכיב ביולוגי כדי להקל על אינטראקציות מחייבות. לפיכך, האתר מהווה את היציבות הגבוהה ביותר הניתן לפונקציונליות של ממסים מימית. המטרה הכוללת של הפרוטוקול הנוכחי היא לתאר את ההכנה שדווחה בעבר ב-18 הכנות של הארגון עם מכלול של חומצה בעלת פונקציונליות של החברה הקיימת על פני השטח על-ידי שימוש בחומצה thioctic ו פוליאתילן גליקול (פג) בסביבה מימית בפירוט והקוניוגתן עם מולקולות הנושאות אמין ראשי בעקבות בגלל הקלות של סינתזה והתחנון גבוהה, פרוטוקול זה יכול לשמש ומותאם על ידי חוקרים מרקע שאינו כימיה.

אחד הדרישות המרכזיות עבור יישומים של מחקר של ה-אונcs במחקר ביו-רפואי היא היכולת להתבונן ולמדוד את ה-אונcs בתאים. בין השיטות הזמינות כדי לפקח על ספיגת ננו-חלקיק על ידי תאים, זרימה cy try (fcm) ו קונפוקלית וקד לייזר סריקת מיקרוסקופ (clsm) להציע חזק, תפוקה גבוהה שיטות המאפשרות מדידות מהירות של הפנמה של ננו פלורסנט במספר גדול של תאים19. כאן, FCM ו-CLSM שיטה למדידה ישירה וניתוח של הכלא PL בתוך תאים, ללא צורך בצבעים נוספים, הוצגו גם.

Protocol

1. הכנת מיכל הפליטה הכמעט-אינפרא-אדום (1) הוסף 7.8 מ”ג (37.8 μm) thioctic חומצה (TA) ו 60 μl של 2 מ naoh כדי 23.4 mL של מים אלקטרופורזה (שקעים 18.2 MΩ. cm ב -25 ° c) ומערבבים (לפחות 1,000 rpm) עד שהוא מתמוסס לחלוטין (~ 15-20 דקות). לפירוק מהיר יותר של TA, sonicate התערובת. עבור הסינתזה, מומלץ לפתרון ה-TA הטרי. הוסף 10.2 μL של האוקלר…

Representative Results

ניר PL הוכנו מ-Au3 + בנוכחות TA, ולאחר מכן thiol-הסתיים פג (MW 2,000) היה מאוגד על משטח aunc כדי לקבל 1 בעקבות זרימת העבודה המוצגת באיור 1. צימוד אמאידיג בין 1 ל -3-(aminopropyl) triphenylphosphonium (tpp) ברומיד בתנאי 2. כצפוי, ספקטרום הקליטה (איור 2a) הראהכי ב-דו…

Discussion

ניר-פולט מסונתז באמצעות גישה מלמטה-למעלה שבה מטופלת התמיסה המקודבת הזהב (HAuCl4) עם ליגניות מתאימות, ולאחריה הפחתה של Au3 +. הפחתה של יוני מתכת בתמיסה מימית נוטים לצבור ותוצאות חלקיקים גדולים במקום באולטרסאונד NCs21. כדי להכין בדיקת אולטרה-סאונד (≤ 2 ננומטר) PL, התנאים הסינת…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים אסירי תודה על Alzbeta Magdolenova עבור עזרתה עם cy, הזרמת לזרום. המחברים מכירים בתמיכה הפיננסית מפרויקט GACR Nr. 18-12533S. המיקרוסקופיה בוצעה במעבדה של המיקרוסקופיה ומיקרוסקופית הפלואורסצנטית במימון הקרן האירופית לפיתוח האזור ותקציב המדינה של צ’כיה, פרויקטים לא. CZ. 1.05/4.1.00/16.0347 ו-CZ. 2.16/3.1.00/21515, ונתמך על-ידי הפרוייקט הצ-ביודמיה הגדולות של project LM2015062.

Materials

1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride TCI Chemicals D1601 https://www.tcichemicals.com/eshop/en/eu/commodity/D1601/;jsessionid=3AD046E5389206AAE33C8AAB5036CDD6?gclid=CjwKCAjwiZnnBRBQEiwAcWKfYrO69K6Np3tYeSsAouqGndUvzzsy1hStBPuHG-X3cpTIsAqq9z0cDBoC76MQAvD_BwE
Bovine serum albumin Sigma-Aldrich A4161 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a4161?lang=en&region=CZ
Disodium hydrogen phosphate dihydrate PENTA s.r.o. 15130-31000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_281.pdf
DL-Thioctic acid, 98% Alfa Aesar L04711 https://www.alfa.com/en/catalog/L04711/
Hydrochloric acid 35% PENTA s.r.o. 19350-11000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_512.pdf
Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate, ACS, 99.99% (metals basis), Au 49.0% min Alfa Aesar 36400 https://www.alfa.com/en/catalog/036400/
O-(2-Mercaptoethyl)-O′-methylpolyethylene glycol 2000 Sigma-Aldrich 743127 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/743127?lang=en&region=CZ
Potassium chloride PENTA s.r.o. 16200-31000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_346.pdf
Sodium borohydride Sigma-Aldrich 452882 https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/452882?lang=en&region=CZ&gclid=CjwKCAjwiZnnBRBQEiwAcWKfYuoZKvdK_fH24F1gGugG4pamF2FFZLd36YyZmRTdGgkbm5SbyGP0jBoCoo0QAvD_BwE
Sodium chloride PENTA s.r.o. 16610-31000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_376.pdf
Sodium dihydrogenphosphate dihydrate PENTA s.r.o. 12330-31000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_124.pdf
Sodium hydroxide pellets PENTA s.r.o. 15740-31000 https://www.pentachemicals.eu/soubory/specifikace/specifikace_307.pdf
XTT (sodium 2, 3-bis (2-methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl)-5-[(phenylamino)-carbonyl]-2H-tetrazolium inner salt) Thermo Fisher Scientific X12223 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/X12223#/X12223

References

  1. Wang, Y., Chen, J., Irudayaraj, J. Nuclear Targeting Dynamics of Gold Nanoclusters for Enhanced Therapy of HER2+ Breast Cancer. ACS Nano. 5 (12), 9718-9725 (2011).
  2. Chen, L. Y., Wang, C. W., Yuan, Z., Chang, H. T. Fluorescent Gold Nanoclusters: Recent Advances in Sensing and Imaging. Analytical Chemistry. 87 (1), 216-229 (2015).
  3. Dongyun, C., Zhentao, L., Li, N., Lee, J. Y., Xie, J., Lu, J. Jianmei Amphiphilic Polymeric Nanocarriers with Luminescent Gold Nanoclusters for Concurrent Bioimaging and Controlled Drug Release. Advanced Functional Materials. 23 (35), 4324-4331 (2013).
  4. Tan, X., Jin, R. Ultrasmall metal nanoclusters for bio-related applications. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 5 (6), 569-581 (2013).
  5. Yuan, X., Luo, Z., Yu, Y., Yao, Q., Xie, J. Luminescent Noble Metal Nanoclusters as an Emerging Optical Probe for Sensor Development. Chemistry – An Asian Journal. 8 (5), 858-871 (2013).
  6. Zheng, K., Setyawati, M. I., Leong, D. T., Xie, J. Antimicrobial Gold Nanoclusters. ACS Nano. 11 (7), 6904-6910 (2017).
  7. Li, Q., et al. Design and mechanistic study of a novel gold nanocluster-based drug delivery system. Nanoscale. 10 (21), 10166-10172 (2018).
  8. Zhang, X. D., et al. Ultrasmall Au10-12(SG)10-12 Nanomolecules for High Tumor Specificity and Cancer Radiotherapy. Advanced Materials. 26 (26), 4565-4568 (2014).
  9. Zhang, X. D., et al. Ultrasmall Glutathione-Protected Gold Nanoclusters as Next Generation Radiotherapy Sensitizers with High Tumor Uptake and High Renal Clearance. Scientific Reports. 5, 8669 (2015).
  10. Zhang, X. D., et al. Enhanced Tumor Accumulation of Sub-2 nm Gold Nanoclusters for Cancer Radiation Therapy. Advanced Healthcare Materials. 3 (1), 133-141 (2014).
  11. Zheng, J., Zhang, C., Dickson, R. M. Highly Fluorescent, Water-Soluble, Size-Tunable Gold Quantum Dots. Physical Review Letters. 93 (7), 077402 (2004).
  12. Wu, Z., Jin, R. On the Ligand’s Role in the Fluorescence of Gold Nanoclusters. Nano Letters. 10 (7), 2568-2573 (2010).
  13. Lin, C. A. J., et al. Synthesis, Characterization, and Bioconjugation of Fluorescent Gold Nanoclusters toward Biological Labeling Applications. ACS Nano. 3 (2), 395-401 (2009).
  14. Yang, L., Shang, L., Nienhaus, G. U. Mechanistic aspects of fluorescent gold nanocluster internalization by live HeLa cells. Nanoscale. 5 (4), 1537-1543 (2013).
  15. Mishra, D., et al. Aqueous Growth of Gold Clusters with Tunable Fluorescence Using Photochemically Modified Lipoic Acid-Based Ligands. Langmuir. 32 (25), 6445-6458 (2016).
  16. Wu, Z., Gayathri, C., Gil, R. R., Jin, R. Probing the Structure and Charge State of Glutathione-Capped Au25(SG)18 Clusters by NMR and Mass Spectrometry. Journal of the American Chemical Society. 131 (18), 6535-6542 (2009).
  17. Stamplecoskie, K. G., Kamat, P. V. Size-Dependent Excited State Behavior of Glutathione-Capped Gold Clusters and Their Light-Harvesting Capacity. Journal of the American Chemical Society. 136 (31), 11093-11099 (2014).
  18. Pramanik, G., et al. Gold nanoclusters with bright near-infrared photoluminescence. Nanoscale. 10 (8), 3792-3798 (2018).
  19. Salvati, A., et al. Quantitative measurement of nanoparticle uptake by flow cytometry illustrated by an interlaboratory comparison of the uptake of labelled polystyrene nanoparticles. NanoImpact. 9, 42-50 (2018).
  20. Zhang, C. J., et al. Mechanism-Guided Design and Synthesis of a Mitochondria-Targeting Artemisinin Analogue with Enhanced Anticancer Activity. Angewandte Chemie. 128 (44), 13974-13978 (2016).
  21. Shang, L., Dong, S., Nienhaus, G. U. Ultra-small fluorescent metal nanoclusters: Synthesis and biological applications. Nano Today. 6 (4), 401-418 (2011).
  22. Higaki, T., et al. Controlling the Atomic Structure of Au30 Nanoclusters by a Ligand-Based Strategy. Angewandte Chemie International Edition. 55 (23), 6694-6697 (2016).
  23. Li, G., et al. Tailoring the Electronic and Catalytic Properties of Au25 Nanoclusters via Ligand Engineering. ACS Nano. 10 (8), 7998-8005 (2016).
  24. Kim, A., Zeng, C., Zhou, M., Jin, R. Surface Engineering of Au36(SR)24 Nanoclusters for Photoluminescence Enhancement. Particle & Particle Systems Characterization. 34 (8), 1600388 (2017).
  25. Chevrier, D. M., et al. Molecular-Scale Ligand Effects in Small Gold–Thiolate Nanoclusters. Journal of the American Chemical Society. 140 (45), 15430-15436 (2018).
  26. Yuan, X., Goswami, N., Chen, W., Yao, Q., Xie, J. Insights into the effect of surface ligands on the optical properties of thiolated Au25 nanoclusters. Chemical Communications. 52 (30), 5234-5237 (2016).
  27. Yuan, X., Goswami, N., Mathews, I., Yu, Y., Xie, J. Enhancing stability through ligand-shell engineering: A case study with Au25(SR)18 nanoclusters. Nano Research. 8 (11), 3488-3495 (2015).
  28. Jiang, J., et al. Oxidation at the Core-Ligand Interface of Au Lipoic Acid Nanoclusters That Enhances the Near-IR Luminescence. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (35), 20680-20687 (2014).
  29. Padelford, J. W., Wang, T., Wang, G. Enabling Better Electrochemical Activity Studies of H2O-Soluble Au Clusters by Phase Transfer and a Case Study of Lipoic-Acid-Stabilized Au22. ChemElectroChem. 3 (8), 1201-1205 (2016).
  30. Wang, T., Wang, D., Padelford, J. W., Jiang, J., Wang, G. Near-Infrared Electrogenerated Chemiluminescence from Aqueous Soluble Lipoic Acid Au Nanoclusters. Journal of the American Chemical Society. 138 (20), 6380-6383 (2016).
  31. Aldeek, F., Muhammed, M. A. H., Palui, G., Zhan, N., Mattoussi, H. Growth of Highly Fluorescent Polyethylene Glycol- and Zwitterion-Functionalized Gold Nanoclusters. ACS Nano. 7 (3), 2509-2521 (2013).
  32. Oh, E., Susumu, K., Goswami, R., Mattoussi, H. One-Phase Synthesis of Water-Soluble Gold Nanoparticles with Control over Size and Surface Functionalities. Langmuir. 26 (10), 7604-7613 (2010).
  33. Nair, L. V., Nazeer, S. S., Jayasree, R. S., Ajayaghosh, A. Fluorescence Imaging Assisted Photodynamic Therapy Using Photosensitizer-Linked Gold Quantum Clusters. ACS Nano. 9 (6), 5825-5832 (2015).
  34. Porret, E., et al. Hydrophobicity of Gold Nanoclusters Influences Their Interactions with Biological Barriers. Chemistry of Materials. 29 (17), 7497-7506 (2017).
  35. Shang, L., et al. One-Pot Synthesis of Near-Infrared Fluorescent Gold Clusters for Cellular Fluorescence Lifetime Imaging. Small. 7 (18), 2614-2620 (2011).
  36. Wu, M., et al. Solution NMR Analysis of Ligand Environment in Quaternary Ammonium-Terminated Self-Assembled Monolayers on Gold Nanoparticles: The Effect of Surface Curvature and Ligand Structure. Journal of the American Chemical Society. 141 (10), 4316-4327 (2019).
  37. Gao, X., Cui, Y., Levenson, R. M., Chung, L. W. K., Nie, S. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots. Nature Biotechnology. 22 (8), 969-976 (2004).
  38. Bartczak, D., Kanaras, A. G. Preparation of Peptide-Functionalized Gold Nanoparticles Using One Pot EDC/Sulfo-NHS Coupling. Langmuir. 27 (16), 10119-10123 (2011).
  39. Dutta, D., Sailapu, S. K., Chattopadhyay, A., Ghosh, S. S. Phenylboronic Acid Templated Gold Nanoclusters for Mucin Detection Using a Smartphone-Based Device and Targeted Cancer Cell Theranostics. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (4), 3210-3218 (2018).
  40. Retnakumari, A., et al. CD33 monoclonal antibody conjugated Au cluster nano-bioprobe for targeted flow-cytometric detection of acute myeloid leukaemia. Nanotechnology. 22 (28), 285102 (2011).
  41. Pyo, K., et al. Highly Luminescent Folate-Functionalized Au22 Nanoclusters for Bioimaging. Advanced Healthcare Materials. 6 (16), 1700203 (2017).
  42. Fernández, T. D., et al. Intracellular accumulation and immunological properties of fluorescent gold nanoclusters in human dendritic cells. Biomaterials. 43, 1-12 (2015).
check_url/kr/60388?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Pramanik, G., Keprova, A., Valenta, J., Bocan, V., Kvaková, K., Libusova, L., Cigler, P. Synthesis of Near-Infrared Emitting Gold Nanoclusters for Biological Applications. J. Vis. Exp. (157), e60388, doi:10.3791/60388 (2020).

View Video