JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
생체공학

Manganoxid nanopartikelsyntes genom termisk sönderdelning av mangan(II) acetylacetonat

Published: June 18, 2020
doi:
10.3791/61572
,
1Department of Chemical and Biomedical Engineering,West Virginia University

Summary

Detta protokoll detaljer en facile, en-pot syntes av manganoxid (MnO) nanopartiklar genom termisk nedbrytning av mangan(II) acetylacetonat i närvaro av oleylamine och dibenzyl ether. MnO nanopartiklar har använts i olika tillämpningar inklusive magnetisk resonanstomografi, biosensing, katalys, batterier och avloppsvatten behandling.

Abstract

För biomedicinska tillämpningar har metalloxidnanopartiklar som järnoxid och manganoxid (MnO), använts som biosensorer och kontrastmedel vid magnetisk resonanstomografi (MRT). Medan järnoxid nanopartiklar ger konstant negativ kontrast på MRI över typiska experimentella tidsramar, genererar MnO omkopplingsbar positiv kontrast på MRI genom upplösning av MnO till Mn2 + vid lågt pH inom cellendosomes att ‘slå PÅ’ MRI kontrast. Detta protokoll beskriver en en-pot syntes av MnO nanopartiklar som bildas av termisk sönderdelning av mangan(II) acetylacetonat i oleylamine och dibenzyl eter. Även om det är enkelt att köra syntesen av MnO-nanopartiklar, kan den initiala experimentella uppställningen vara svår att reproducera om detaljerade instruktioner inte tillhandahålls. Således är glas och slangar församling först grundligt beskrivs för att tillåta andra utredare att enkelt reproducera installationen. Syntesmetoden innehåller en temperaturregulatorn för att uppnå automatiserad och exakt manipulering av den önskade temperaturprofilen, vilket kommer att påverka resulterande nanopartikelstorlek och kemi. Det termiska nedbrytningsprotokollet kan lätt anpassas för att generera andra nanopartiklar av metalloxid (t.ex. järnoxid) och för att inkludera alternativa organiska lösningsmedel och stabilisatorer (t.ex. oljesyra). Dessutom kan förhållandet mellan organiskt lösningsmedel och stabilisator ändras till ytterligare påverkan nanopartikel egenskaper, vilket visas häri. Syntetiserade MnO-nanopartiklar kännetecknas för morfologi, storlek, bulkkomposition och ytsammansättning genom transmissionselektronmikroskopi, röntgendiffraktion respektive Fourier-transform infraröd spektroskopi. Den MnO nanopartiklar syntetiseras genom denna metod kommer att vara hydrofoba och måste ytterligare manipuleras genom ligand utbyte, polymera inkapsling, eller lipid tak för att införliva hydrofila grupper för interaktion med biologiska vätskor och vävnader.

Introduction

Metalloxid nanopartiklar besitter magnetiska, elektriska, och katalytiska egenskaper, som har tillämpats i bioimaging1,2,3, sensorteknik4,5, katalys6,7,8, energilagring9, och vattenrening10. Inom det biomedicinska fältet har nanopartiklar av järnoxid och nanopartiklar av manganoxid (MnO) bevisat bruk som kontrastmedel vid magnetisk resonanstomografi (MRT)1,2. Järnoxid nanopartiklar producera robust negativ kontrast på T2* MRI och är kraftfulla nog att visualisera enda märkta celler in vivo11,12,13; den negativa MR-signalen kan dock inte moduleras och förblir “ON” under hela varaktigheten av typiska experiment. På grund av endogent järn som finns i levern, benmärg, blod och mjälte, kan den negativa kontrasten som genereras från järnoxid nanopartiklar vara svårt att tolka. MNO nanopartiklar, å andra sidan, är lyhörda för en nedgång i pH. MR-signal för MnO nanopartiklar kan övergå från “OFF” till “ON” när nanopartiklarna är internaliserade inuti målcellens låga pH-endosomer och lysosomer som t ex en cancercell14,15,16,17,18,19. Den positiva kontrasten på T1 MRI produceras från upplösningen av MnO till Mn2 + vid låga pH är omisskännlig och kan förbättra cancer upptäckt specificitet genom att endast belysning upp på målplatsen inom en malign tumör. Kontroll över nanopartikelstorlek, morfologi och sammansättning är avgörande för att uppnå maximal MRI-signal från MnO nanopartiklar. Häri beskriver vi hur man syntetiserar och karakteriserar MnO nanopartiklar med hjälp av termisk nedbrytningsmetod och noterar olika strategier för finjustering av nanopartikelegenskaper genom att förändra variabler i syntesprocessen. Detta protokoll kan enkelt modifieras för att producera andra magnetiska nanopartiklar som järnoxid nanopartiklar.

MnO nanopartiklar har framställts av en mängd olika tekniker inklusive termisk sönderdelning20,21,22,23,24,25, hydro/solvothermal26,27,28,29, exfolining 30,31,32,33,34, permanganates minskning35,36,37,38, och adsorption-oxidation39,40,41,42. Termisk nedbrytning är den mest använda tekniken som innebär upplösning av mangan prekursorer, organiska lösningsmedel, och stabiliserande medel vid höga temperaturer (180 – 360 °C) under förekomst av en inert gasformig atmosfär för att bilda MnO nanopartiklar43. Av alla dessa tekniker är termisk nedbrytning den överlägsna metoden för att generera en mängd olika MnO nanokristaller av ren fas (MnO, Mn3O4 och Mn2O3) med en smal storleksfördelning. Dess mångsidighet markeras genom förmågan att tätt kontrollera nanopartikelstorlek, morfologi och sammansättning genom att ändra reaktionstid44,45,46, temperatur44,47,48,49, typer/förhållanden av reaktanter20,45,47,48,50 och inert gas47,48,4550 används. De viktigaste begränsningarna i denna metod är kravet på höga temperaturer, den syrefria atmosfären, och den hydrofoba beläggningen av de syntetiserade nanopartiklarna, vilket kräver ytterligare modifiering med polymerer, lipider eller andra ligander för att öka lösligheten för biologiska tillämpningar14,51,52,53.

Förutom termisk nedbrytning, hydro/solvothermal metoden är den enda andra teknik som kan producera en mängd olika MnO faser inklusive MnO, Mn3O4, och MnO2; alla andra strategier bildar endast MnO2-produkter. Under hydro/solvothermal syntes, prekursorer som Mn(II) stearate54,55 och Mn(II) acetat27 värms upp till mellan 120-200 °C under flera timmar för att uppnå nanopartiklar med en smal storlek fördelning; dock krävs specialiserade reaktionskärl och reaktioner utförs vid höga tryck. Däremot innebär exfoliering strategin behandling av en skiktad eller bulk material för att främja dissociation i 2D enda skikt. Dess största fördel är att producera MnO2 nanosheets, men syntesprocessen är lång kräver flera dagar och den resulterande storleken på arken är svår att kontrollera. Alternativt kan permanganat som KMnO4 reagera med reduktionsmedel som oljesyra56,57, grafenoxid58 eller poly(allylaminhydroklorid)59 för att skapa MnO2 nanopartiklar. Användning av KMnO4 underlättar nanopartikelbildning vid rumstemperatur under några minuter till timmar inom vattenhaltiga förhållanden43. Tyvärr gör den snabba syntesen och nanopartikeltillväxten det utmanande att finstyra resulterande nanopartikelstorlek. MnO2 nanopartiklar kan också syntetiseras med hjälp av adsorption-oxidation som innebär att Mn2+ joner adsorberas och oxideras till MnO2 av syre under grundläggande förhållanden. Denna metod kommer att producera små MnO2 nanopartiklar med en smal storleksfördelning vid rumstemperatur under flera timmar i vattenhaltiga medier; emellertid villkorar kravet för adsorption av Mn2+ joner och alkali begränsar dess utbredda applikation43.

Av de MnO nanopartikel syntes metoder som diskuteras, termisk sönderdelning är den mest mångsidiga att generera olika monodisperse ren fas nanokristaller med kontroll över nanopartikelstorlek, form och sammansättning utan att kräva specialiserade syntes fartyg. I detta manuskript beskriver vi hur man syntetiseraR MnO-nanopartiklar genom termisk nedbrytning vid 280 °C med hjälp av mangan(II) acetylacetonat (Mn(II) ACAC) som källa till Mn2+ joner, oleylamine (OA) som reduktionsmedel och stabilisator och dibenzyleter (DE) som lösningsmedel under en kväveatmosfär. Glas och slang setup för nanopartikelsyntes förklaras i detalj. En fördel med tekniken är införandet av en temperaturregulator, termoelementsond och värmemanteln för att möjliggöra exakt kontroll över uppvärmningshastigheten, topptemperaturen och reaktionstiderna vid varje temperatur för att finjustera nanopartikelstorlek och sammansättning. Häri visar vi hur nanopartikelstorlek också kan manipuleras genom att ändra förhållandet mellan OA och DE. Dessutom visar vi hur man förbereder nanopartikelprover och mäter nanopartikelstorlek, bulkkomposition och ytsammansättning med hjälp av transmissionselektronmikroskopi (TEM), röntgendiffraktion (XRD) respektive Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR). Ytterligare vägledning ingår om hur man analyserar de insamlade bilderna och spektra från varje instrument. För att generera enhetligt formade MnO-nanopartiklar måste en stabilisator och ett adekvat kväveflöde finnas; XRD- och TEM-resultat visas för icke-önskvärda produkter som bildas i avsaknad av OA och under lågt kväveflöde. I avsnittet Diskussion belyser vi avgörande steg i protokollet, mätvärden för att bestämma framgångsrik nanopartikelsyntes, ytterligare variation av dekompositionsprotokollet för att modifiera nanopartikelegenskaper (storlek, morfologi och sammansättning), felsökning och begränsningar av metoden samt tillämpningar av MnO-nanopartiklar som kontrastmedel för biomedicinsk avbildning.

Protocol

1. Glas och slangar montering – ska utföras endast första gången OBS: Bild 1 visar den experimentella uppställningen för MnO nanopartikelsyntes med numrerade slanganslutningar. Bild S1 visar samma inställning med de viktigaste glaskomponenterna märkta. Om det finns en obalans mellan den kemikalieresistenta slangen och glasanslutningsstorleken, täck glasanslutningen först med en kort bit mindre slangar innan du lägger till de…

Representative Results

För att bekräfta framgångsrik syntes, MnO nanopartiklar bör assayed för storlek och morfologi (TEM), bulk sammansättning (XRD), och ytan sammansättning (FTIR). Figur 2 visar representativa TEM-bilder av MnO-nanopartiklar som syntetiseras med hjälp av minskande förhållanden av oleylamine (OA, stabilisatorn) till dibenzyleter (DE, det organiska lösningsmedlet): 60:0, 50:10, 40:20, 30:30, 20:40, 10:50. Ideala TEM-bilder består av enskilda nanopartiklar (visas som mörka rundade okta…

Discussion

Protokollet häri beskriver en facile, one-pot syntes av MnO nanopartiklar med hjälp av Mn(II) ACAC, DE, och OA. Mn(II) ACAC utnyttjas som utgångsmaterialet för att ge en källa till Mn2+ för MnO nanopartikelbildning. Utgångsmaterialet kan enkelt substitueras för att möjliggöra produktion av andra metalloxid nanopartiklar. Till exempel när järn(III) ACAC tillämpas, fe3O4 nanopartiklar kan genereras med hjälp av samma nanopartikel syntes utrustning och protokoll<sup class="xref…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av WVU Chemical and Biomedical Engineering Department startup funds (M.F.B.). Författarna vill tacka Dr Marcela Redigolo för vägledning om rutnät förberedelse och bildfångst av nanopartiklar med TEM, Dr Qiang Wang för stöd om utvärdering av XRD och FTIR spektra, Dr John Zondlo och Hunter Snoderly för programmering och integrera temperaturen controller i nanopartikel syntes protokoll, James Hall för hans hjälp i montering av nanopartikelsyntesen setup , Alexander Pueschel och Jenna Vito för medhjälp i kvantifiering av MnO-nanopartikeldiametrar från TEM-bilder, och WVU Shared Research Facility för användning av TEM, XRD och FTIR.

Materials

Chemicals and Gases
Benzyl ether (DE) Acros Organics AC14840-0010 Concentration: 99%, 1 L
Drierite W. A. Hammond Drierite Co. LTD 23001 Drierite 8 mesh, 1 lb
Ethanol Decon Laboratories  2701 200 proof, 4 x 3.7 L
Hexane Macron Fine Chemicals 5189-08 Concentration:  ≥98.5%, 4 L
Hydrochloric acid VWR BDH3030-2.5LPC Concentration: 36.5 – 38.0 % ACS, 2.5 L
Manganese (II) acetyl acetonate (Mn(II)ACAC) Sigma Aldrich 245763-100G 100 g
Nitrogen gas tank Airgas NI R300 Research 5.7 grade nitrogen, size 300 cylinder
Nitrogen regulator Airgas Y11244D580-AG Single stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-580 with needle outlet
Oleylamine (OA) Sigma Aldrich O7805-500G Concentration: 70%, technical grade, 500 g
Silicone oil Beantown Chemical 221590-100G 100 g
Equipment
Centrifuge Beckman-Coulter Avanti J-E JA-20 fixed-angle aluminum rotor, 8 x 50 mL, 48,400 x g
Hemisphere mantle Ace Glass Inc. 12035-17 115 V, 270 W, 500 mL, temperature up to 450 °C
Hot plate stirrer VWR 97042-642 120 V, 1000 W, 8.3 A, ceramic top
Temperature controller Yokogawa Electric Corporation UP351
Temperature probe Omega KMQXL-040G-12 Immersion probe, temperature up to 1335 °C
Vacuum oven Fisher Scientific 282A 120 V, 1800 W, temperature up to 280 °C
Vortex mixer Fisher Scientific 02-215-365 120 V, 50/60 Hz, 150 W
Water bath sonicator Fisher Scientific FS30H Ultrasonic power 130 W, 3.7 L tank
Tools and Materials
Dumont tweezer Electron Microscopy Sciences 72703D Style 5/45, Dumoxel, 109 mm, for picking up TEM grids
Dumont reverse tweezer Ted Pella 5748 Style N2a, 118 mm, NM-SS, self-closing, holding TEM grids in place for sample preparation
Mortar and pestle Amazon BS0007 BIPEE agate mortar and pestle, 70 X 60 X 15 mm labware
Nalgene™ Oak Ridge tubes ThermoFisher Scientific 3139-0050 Polypropylene copolymer, 50,000 x g, 50 mL, pack of 10
Scintillation vials Fisher Scientific 03-337-4 20 mL vials with white caps, case of 500
TEM grids Ted Pella 01813-F Carbon Type-B, 300 mesh, copper, pack of 50
Glassware Setup
4-neck round bottom flask Chemglass Life Sciences CG-1534-01 24/40 joint, 500 mL, #7 chem thread for thermometers
6-port vacuum manifold Chemglass Life Sciences CG-4430-02 480 nm, 6 ports, 4 mm PTFE stopcocks
Adapter Chemglass Life Sciences CG-1014-01 24/40 inner joint, 90°
Condenser Chemglass Life Sciences CG-1216-03 24/40 joint, 365 mm, 250 mm jacket length
Drierite 26800 drying column Cole-Parmer  EW-07193-00 200 L/hr, 90 psi
Funnel Chemglass Life Sciences CG-1720-L-02 24/40 joint, 100 powder funnel, 195 mm OAL
Interlocked worm gear hose clamp Grainger 16P292 1/2" wide stainless steel clamp, 3/8" to 7/8" diameter, to secure condenser tubing, 10 pack 
Keck clips Kemtech America Inc CS002440 24/40 joint
Metal claw clamp Fisher Scientific 05-769-7Q 22cm, three-prong extension clamps
Metal claw clamp holder Fisher Scientific 05-754Q Clamp regular holder
Mineral oil bubbler Kemtech America Inc B257040 185 mm
Rotovap trap Chemglass Life Sciences CG-1319-02 24/40 joints, 100 mL, self washing rotary evaporator
Rubber stopper Chemglass Life Sciences CG-3022-98 24/40 joints, red rubber
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T21 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 1/4" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T26 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 3/8" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for chemicals McMaster-Carr 5155T34 Clear Tygon PVC for chemicals, E-3603, 3/8" ID, 1/16" wall, 50 ft
Analysis Programs
XRD analysis program Malvern Panalytical N/A X'Pert HighScore Plus
FTIR analysis program Varian, Inc. N/A Varian Resolutions Pro
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Felton, C., et al. Magnetic nanoparticles as contrast agents in biomedical imaging: recent advances in iron- and manganese-based magnetic nanoparticles. Drug Metabolism Reviews. 46 (2), 142-154 (2014).
  2. Hsu, B. Y. W., et al. Relaxivity and toxicological properties of manganese oxide nanoparticles for MRI applications. RSC Advances. 6 (51), 45462-45474 (2019).
  3. Wierzbinski, K. R., et al. Potential use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vitro and in vivo bioimaging of human myoblasts. Scientific Reports. 8 (1), 1-17 (2018).
  4. Vukojević, V., et al. Enzymatic glucose biosensor based on manganese dioxide nanoparticles decorated on graphene nanoribbons. Journal of Electroanalytical Chemistry. 823, 610-616 (2018).
  5. George, J. M., Antony, A., Mathew, B. Metal oxide nanoparticles in electrochemical sensing and biosensing: a review. Microchimica Acta. 185 (7), 358 (2018).
  6. Fei, J., et al. Tuning the Synthesis of Manganese Oxides Nanoparticles for Efficient Oxidation of Benzyl Alcohol. Nanoscale Research Letters. 12, (2017).
  7. Le, T. H., Ngo, T. H. A., Doan, V. T., Nguyen, L. M. T., Le, M. C. Preparation of Manganese Dioxide Nanoparticles on Laterite for Methylene Blue Degradation. Journal of Chemistry. 2019, 1602752 (2019).
  8. Kuo, C. H., et al. Robust Mesoporous Manganese Oxide Catalysts for Water Oxidation. ACS Catalysis. 5 (3), 1693-1699 (2015).
  9. Farzana, R., Rajarao, R., Hassan, K., Behera, P. R., Sahajwalla, V. Thermal nanosizing: Novel route to synthesize manganese oxide and zinc oxide nanoparticles simultaneously from spent Zn-C battery. Journal of Cleaner Production. 196, 478-488 (2018).
  10. Elbasuney, S., Elsayed, M. A., Mostafa, S. F., Khalil, W. F. MnO2 Nanoparticles Supported on Porous Al2O3 Substrate for Wastewater Treatment: Synergy of Adsorption, Oxidation, and Photocatalysis. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. , (2019).
  11. Shapiro, E. M., et al. MRI detection of single particles for cellular imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (30), 10901-10906 (2004).
  12. Shapiro, E. M., Skrtic, S., Koretsky, A. P. Sizing it up: Cellular MRI using micron-sized iron oxide particles. Magnetic Resonance in Medicine. 53 (2), 329-338 (2005).
  13. Bennewitz, M. F., Tang, K. S., Markakis, E. A., Shapiro, E. M. Specific chemotaxis of magnetically labeled mesenchymal stem cells: implications for MRI of glioma. Molecular imaging and biology: MIB: the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 14 (6), 676-687 (2012).
  14. Bennewitz, M. F., et al. Biocompatible and pH-Sensitive PLGA Encapsulated MnO Nanocrystals for Molecular and Cellular MRI. ACS Nano. 5 (5), 3438-3446 (2011).
  15. Chen, Y., et al. Manganese oxide-based multifunctionalized mesoporous silica nanoparticles for pH-responsive MRI, ultrasonography and circumvention of MDR in cancer cells. Biomaterials. 33 (29), 7126-7137 (2012).
  16. Park, M., et al. Large-Scale Synthesis of Ultrathin Manganese Oxide Nanoplates and Their Applications to T1 MRI Contrast Agents. Chemistry of Materials. 23 (14), 3318-3324 (2011).
  17. Duan, B., et al. Core-Shell Structurized Fe3O4@C@MnO2 Nanoparticles as pH Responsive T1-T2* Dual-Modal Contrast Agents for Tumor Diagnosis. ACS Biomaterials Science & Engineering. 4 (8), 3047-3054 (2018).
  18. Hao, Y., et al. Multifunctional nanosheets based on folic acid modified manganese oxide for tumor-targeting theranostic application. Nanotechnology. 27 (2), 025101 (2015).
  19. Shi, Y., Guenneau, F., Wang, X., Hélary, C., Coradin, T. MnO2-gated Nanoplatforms with Targeted Controlled Drug Release and Contrast-Enhanced MRI Properties: from 2D Cell Culture to 3D Biomimetic Hydrogels. Nanotheranostics. 2 (4), 403-416 (2018).
  20. Zhang, H., et al. Revisiting the coordination chemistry for preparing manganese oxide nanocrystals in the presence of oleylamine and oleic acid. Nanoscale. 6 (11), 5918 (2014).
  21. McDonagh, B. H., et al. L-DOPA-Coated Manganese Oxide Nanoparticles as Dual MRI Contrast Agents and Drug-Delivery Vehicles. Small. 12 (3), 301-306 (2016).
  22. Ding, X., et al. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranostic agents for magnetic resonance imaging guided synergetic chemo-/photothermal therapy. Chemical Science. 7 (11), 6695-6700 (2016).
  23. Wei, R., et al. Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery. Nano Letters. 19 (8), 5394-5402 (2019).
  24. Na, H. B., et al. Development of a T1 contrast agent for magnetic resonance imaging using MnO nanoparticles. Angewandte Chemie (International Ed. in English). 46 (28), 5397-5401 (2007).
  25. Rockenberger, J., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. A New Nonhydrolytic Single-Precursor Approach to Surfactant-Capped Nanocrystals of Transition Metal Oxides. Journal of the American Chemical Society. 121 (49), 11595-11596 (1999).
  26. Han, C., et al. Synthesis of a multifunctional manganese(II)-carbon dots hybrid and its application as an efficient magnetic-fluorescent imaging probe for ovarian cancer cell imaging. Journal of Materials Chemistry B. 4 (35), 5798-5802 (2016).
  27. Wang, A., et al. Redox-mediated dissolution of paramagnetic nanolids to achieve a smart theranostic system. Nanoscale. 6 (10), 5270-5278 (2014).
  28. Jia, Q., et al. A Magnetofluorescent Carbon Dot Assembly as an Acidic H2O2-Driven Oxygenerator to Regulate Tumor Hypoxia for Simultaneous Bimodal Imaging and Enhanced Photodynamic Therapy. Advanced Materials. 30 (13), 1706090 (2018).
  29. Yang, B., et al. A three dimensional Pt nanodendrite/graphene/MnO 2 nanoflower modified electrode for the sensitive and selective detection of dopamine. Journal of Materials Chemistry B. 3 (37), 7440-7448 (2015).
  30. Li, J., Li, D., Yuan, R., Xiang, Y. Biodegradable MnO2 Nanosheet-Mediated Signal Amplification in Living Cells Enables Sensitive Detection of Down-Regulated Intracellular MicroRNA. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (7), 5717-5724 (2017).
  31. Fan, H., et al. A Smart DNAzyme-MnO2 Nanosystem for Efficient Gene Silencing. Angewandte Chemie International Edition. 54 (16), 4801-4805 (2015).
  32. Zhang, Y., et al. A real-time fluorescence turn-on assay for acetylcholinesterase activity based on the controlled release of a perylene probe from MnO 2 nanosheets. Journal of Materials Chemistry C. 5 (19), 4691-4694 (2017).
  33. Meng, H. M., et al. Multiple Functional Nanoprobe for Contrast-Enhanced Bimodal Cellular Imaging and Targeted Therapy. Analytical Chemistry. 87 (8), 4448-4454 (2015).
  34. Zhao, Z., et al. Activatable Fluorescence/MRI Bimodal Platform for Tumor Cell Imaging via MnO2 Nanosheet-Aptamer Nanoprobe. Journal of the American Chemical Society. 136 (32), 11220-11223 (2014).
  35. Chen, J. L., et al. A glucose-activatable trimodal glucometer self-assembled from glucose oxidase and MnO 2 nanosheets for diabetes monitoring. Journal of Materials Chemistry B. 5 (27), 5336-5344 (2017).
  36. Yang, G., et al. Hollow MnO 2 as a tumor-microenvironment-responsive biodegradable nano-platform for combination therapy favoring antitumor immune responses. Nature Communications. 8 (1), 1-13 (2017).
  37. Wu, Y., et al. Versatile in situ synthesis of MnO2 nanolayers on upconversion nanoparticles and their application in activatable fluorescence and MRI imaging. Chemical Science. 9 (24), 5427-5434 (2018).
  38. Jing, X., et al. Intelligent nanoflowers: a full tumor microenvironment-responsive multimodal cancer theranostic nanoplatform. Nanoscale. 11 (33), 15508-15518 (2019).
  39. Peng, Y. K., et al. Engineered core-shell magnetic nanoparticle for MR dual-modal tracking and safe magnetic manipulation of ependymal cells in live rodents. Nanotechnology. 29 (1), 015102 (2018).
  40. Ren, S., et al. Ternary-Responsive Drug Delivery with Activatable Dual Mode Contrast-Enhanced in vivo Imaging. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (38), 31947-31958 (2018).
  41. Zhen, W., et al. Multienzyme-Mimicking Nanocomposite for Tumor Phototheranostics and Normal Cell Protection. ChemNanoMat. 5 (1), 101-109 (2019).
  42. Tang, W., et al. Wet/Sono-Chemical Synthesis of Enzymatic Two-Dimensional MnO2 Nanosheets for Synergistic Catalysis-Enhanced Phototheranostics. Advanced Materials. 31 (19), 1900401 (2019).
  43. Ding, B., Zheng, P., Ma, P., Lin, J. Manganese Oxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, and Theranostic Applications. Advanced Materials. , 1905823 (2020).
  44. Schladt, T. D., Graf, T., Tremel, W. Synthesis and Characterization of Monodisperse Manganese Oxide Nanoparticles-Evaluation of the Nucleation and Growth Mechanism. Chemistry of Materials. 21 (14), 3183-3190 (2009).
  45. Yin, M., O’Brien, S. Synthesis of Monodisperse Nanocrystals of Manganese Oxides. Journal of the American Chemical Society. 125 (34), 10180-10181 (2003).
  46. Chen, Y., Johnson, E., Peng, X. Formation of Monodisperse and Shape-Controlled MnO Nanocrystals in Non-Injection Synthesis: Self-Focusing via Ripening. Journal of the American Chemical Society. 129 (35), 10937-10947 (2007).
  47. Nolis, G. M., Bolotnikov, J. M., Cabana, J. Control of Size and Composition of Colloidal Nanocrystals of Manganese Oxide. Inorganic Chemistry. 57 (20), 12900-12907 (2018).
  48. Seo, W. S., et al. Size-Dependent Magnetic Properties of Colloidal Mn3O4 and MnO Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 43 (9), 1115-1117 (2004).
  49. Douglas, F. J., et al. Formation of octapod MnO nanoparticles with enhanced magnetic properties through kinetically-controlled thermal decomposition of polynuclear manganese complexes. Nanoscale. 6 (1), 172-176 (2013).
  50. Salazar-Alvarez, G., Sort, J., Suriñach, S., Baró, M. D., Nogués, J. Synthesis and Size-Dependent Exchange Bias in Inverted Core-Shell MnO|Mn 3 O 4 Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 129 (29), 9102-9108 (2007).
  51. Zhang, T., Ge, J., Hu, Y., Yin, Y. A General Approach for Transferring Hydrophobic Nanocrystals into Water. Nano Letters. 7 (10), 3203-3207 (2007).
  52. Chhour, P., et al. Nanodisco balls: control over surface versus core loading of diagnostically active nanocrystals into polymer nanoparticles. ACS nano. 8 (9), 9143-9153 (2014).
  53. Suk, J. S., Xu, Q., Kim, N., Hanes, J., Ensign, L. M. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 99, 28-51 (2016).
  54. Huang, C. C., Khu, N. H., Yeh, C. S. The characteristics of sub 10 nm manganese oxide T1 contrast agents of different nanostructured morphologies. Biomaterials. 31 (14), 4073-4078 (2010).
  55. Zhao, N., et al. Size-Controlled Synthesis and Dependent Magnetic Properties of Nearly Monodisperse Mn3O4 Nanocrystals. Small. 4 (1), 77-81 (2008).
  56. He, D., Hai, L., He, X., Yang, X., Li, H. W. Glutathione-Activatable and O2/Mn2+-Evolving Nanocomposite for Highly Efficient and Selective Photodynamic and Gene-Silencing Dual Therapy. Advanced Functional Materials. 27 (46), 1704089 (2017).
  57. He, D., et al. Redox-responsive degradable honeycomb manganese oxide nanostructures as effective nanocarriers for intracellular glutathione-triggered drug release. Chemical Communications. 51 (4), 776-779 (2015).
  58. Chen, Y., et al. Multifunctional Graphene Oxide-based Triple Stimuli-Responsive Nanotheranostics. Advanced Functional Materials. 24 (28), 4386-4396 (2014).
  59. Prasad, P., et al. Multifunctional Albumin-MnO2 Nanoparticles Modulate Solid Tumor Microenvironment by Attenuating Hypoxia, Acidosis, Vascular Endothelial Growth Factor and Enhance Radiation Response. ACS Nano. 8 (4), 3202-3212 (2014).
  60. Perez De Berti, I., et al. Alternative low-cost approach to the synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles by thermal decomposition of organic precursors. Nanotechnology. 24, 175601 (2013).
  61. Mourdikoudis, S., Liz-Marzán, L. M. Oleylamine in Nanoparticle Synthesis. Chemistry of Materials. 25 (9), 1465-1476 (2013).
  62. Zheng, M., et al. A simple additive-free approach for the synthesis of uniform manganese monoxide nanorods with large specific surface area. Nanoscale Research Letters. 8 (1), 166 (2013).
  63. Xu, Z., Shen, C., Hou, Y., Gao, H., Sun, S. Oleylamine as Both Reducing Agent and Stabilizer in a Facile Synthesis of Magnetite Nanoparticles. Chemistry of Materials. 21 (9), 1778-1780 (2009).
  64. Hou, Y., Xu, Z., Sun, S. Controlled Synthesis and Chemical Conversions of FeO Nanoparticles. Angewandte Chemie. 119 (33), 6445-6448 (2007).
  65. McCall, R. L., Sirianni, R. W. PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS. Journal of Visualized Experiments. (82), (2013).
  66. Le Joncour, V., Laakkonen, P. Seek & Destroy, use of targeting peptides for cancer detection and drug delivery. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 26 (10), 2797-2806 (2018).
  67. Perry, J. L., et al. Mediating Passive Tumor Accumulation through Particle Size, Tumor Type, and Location. Nano Letters. 17 (5), 2879-2886 (2017).
  68. Tang, L., et al. Investigating the optimal size of anticancer nanomedicine. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (43), 15344-15349 (2014).
  69. Godunov, E. B., Izotov, A. D., Gorichev, I. G. Dissolution of Manganese Oxides of Various Compositions in Sulfuric Acid Solutions Studied by Kinetic Methods. Inorganic Materials. 54 (1), 66-71 (2018).

Tags

Keywords: Manganese OxideNanoparticle SynthesisThermal DecompositionManganese(II) AcetylacetonateUniform Metal Oxide NanoparticlesParticle Size ControlParticle Shape ControlChemical Composition ControlOne-pot SynthesisMetal PrecursorOrganic SolventStabilizerManganese Oxide NanoparticlesIron Oxide Nanoparticles
check_url/kr/61572?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Martinez de la Torre, C., Bennewitz, M. F. Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate. J. Vis. Exp. (160), e61572, doi:10.3791/61572 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image