Summary
Dette papir beskriver en protokol til syntese af guld nanorods, baseret på brugen af hydroquinon som reduktionsmiddel, plus de forskellige mekanismer til at kontrollere deres størrelse og formatforhold.
Abstract
Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag+) present in the “growth solution”. By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.
Introduction
Guld nanopartikler (AuNPs) er en af de mest udbredte og lovende nanostrukturer, der skal anvendes i biomedicinske anvendelser. Deres anvendelse er afgørende i mange point-of-care in vitro diagnostiske produkter 1 De er blevet foreslået som et effektivt værktøj til en række andre forskellige applikationer:. Som et kontrastmiddel i billeddiagnostiske undersøgelser, 2 som et lægemiddelafgivelsessystem 3 og som lægemidler til lys-induceret termoterapi (eller photothermal terapi). 4. det store potentiale i AuNPs har kørt i de sidste tyve år, intens forskning i udviklingen af ny syntese, der er i stand til at øge kontrollen på størrelse og form opnås. 5 dette skyldes, at forskellige former for AuNPs er i virkeligheden mere egnede end andre til specifikke anvendelser.
Blandt de forskellige guld nanostrukturer, har guld nanorods (AuNRs) sig som en af de mest interessante systemer. AuNRs er kendetegnet ved to Plasmonic fremkommet ved svingningen af elektroner langs den langsgående og de tværgående akser, henholdsvis. 6 Det er især vigtigt, at positionen af den mest intense langsgående top kan indstilles præcist mellem 620 og 800 nm, afhængigt af billedformatet af stængerne . Denne region svarer den biologiske vindue, 7, hvor de humane væv næsten ikke absorberer lys, således at udviklingen af en række af in vivo fotoniske anvendelser, der involverer AuNPs.
På trods af en enorm interesse for denne type af nanostrukturer, lider de syntetiske protokoller til fremstilling af AuNRs af adskillige begrænsninger. I de fleste tilfælde er nanorods fremstillet ifølge en totrins-metode udviklet af Sau og medarbejdere. 8 i deres protokol, er nanorods syntetiseres ved at reducere guldioner der anvender ascorbinsyre i nærvær af forud dannede guld frø, sølvioner og en stor mængde af hexadecyl trimethylammoniumbromid (CTAB), acationic lineær overfladeaktivt middel.
Ulempen ved denne protokol er, at udbyttet af guldioner reduktion er forholdsvis lav (ca. 20%) 9, og at en stor mængde CTAB, et dyrt reagens, der tegner sig for mere end halvdelen af de samlede omkostninger for reagenserne i syntesen, er nødvendigt. Udviklingen af en ny og mere effektiv syntesevej er derfra betragtes som et vigtigt behov, hvilket tillader spredning af biomedicinske metoder baseret på AuNRs.
I den første del af det nuværende papir, præsenterer vi en optimeret protokol til udarbejdelse af AuNR har et sideforhold på omkring tre. Syntesen er baseret på brugen af hydroquinon som et mildt reduktionsmiddel og det giver mulighed for udarbejdelse af AuNR med en næsten kvantitativ reduktion af guld ioner, der gør brug af en reduceret mængde CTAB. 10. Denne protokol til udarbejdelsen af AuNRs er baseret på en to-trins tilgang, hvor guld frø anvendes i en "vækst solution ".
I den anden del, vi vise, hvordan man finjustere størrelsen og skærmformat på det opnåede AuNR på to måder. Den første måde, der ligner den standardprotokol baseret på ascorbinsyre, er at variere mængden af sølvioner til stede i "vækst løsning". Den anden måde er baseret på variationen af mængden af CTAB, der kan reduceres ned til en koncentration på 10 mM (tæt på den kritiske micellekoncentration rapporteret af leverandøren) for at opnå veldefinerede korte nanorods.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen præsenteres her gælder hydroquinon, en aromatisk molekyle kendetegnet ved en svag potentiel reduktion, for at producere guld nanorods. Der er to primære fordele ved den foreliggende protokol mod den mest almindeligt anvendte syntesevej baseret på anvendelsen af ascorbinsyre: den første er, at hydroquinon er i stand til næsten kvantitativt reducere guldioner mulighed for produktion af højere mængde guld nanorods 11. sidstnævnte er givet ved det faktum, at det kræver en mindre mængde CTAB…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Funding for this research was provided by the Italian Ministry of Health under the frame of EuroNanoMed II (European Innovative Research & Technological Development Projects in Nanomedicine, project title: ”InNaSERSS”).
Materials
| Gold(III) chloride trihydrate | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Hydroquinone | Sigma Aldrich | H17902 | |
| Silver Nitrate | Sigma Aldrich | 209139 | toxic |
| Sodium Borohydride | Sigma Aldrich | 480886 | |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) | Sigma Aldrich | H5882 | Acute Tox. (oral). In this study we tested three different batches of CTAB (H5882) from Sigma Aldrich. Two of them were marked as made in China while one as made in India. In our experience only the batches marked as made in China were effective for the preparation of AuNR |
| Spectrophotometer | Thermo scientific | Nanodrop 2000C | |
| TEM | JEOL | 2100 |
References
- Zhou, W., Gao, X., Liu, D., Chen, X. Gold Nanoparticles for In Vitro Diagnostics. Chem Rev. 115 (19), 10575-10636 (2015).
- Bao, C., et al. Gold nanoprisms as optoacoustic signal nanoamplifiers for in vivo bioimaging of gastrointestinal cancers. Small. 9 (1), 68-74 (2013).
- Han, G., Ghosh, P., Rotello, V. M. Functionalized gold nanoparticles for drug delivery. Nanomedicine. 2 (1), 113-123 (2007).
- Choi, W. I., et al. Tumor regression in vivo by photothermal therapy based on gold-nanorod-loaded, functional nanocarriers. ACS Nano. 5 (3), 1995-2003 (2011).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Zhang, J., Mirkin, C. A. Defining Rules for the Shape Evolution of Gold Nanoparticles . J. Am. Chem. Soc. 134 (35), 14542-14554 (2012).
- Lohse, S. E., Murphy, C. J. The Quest for Shape Control: A History of Gold Nanorod Synthesis. Chem. Mater. 25 (8), 1250-1261 (2013).
- Weissleder, R. A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech. 19 (4), 316-317 (2001).
- Sau, T. K., Murphy, C. J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution. Langmuir. 20 (15), 6414-6420 (2004).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12, 2029-2036 (2010).
- Morasso, C., et al. Control of size and aspect ratio in hydroquinone-based synthesis of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 17, 330-337 (2015).
- Vigderman, L., Zubarev, E. R. High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chem. Mater. 25 (8), 1450-1457 (2013).
- Walsh, M. J., Barrow, S. J., Tong, W., Funston, A. M., Etheridge, J. Symmetry breaking and silver in gold nanorod growth. ACS Nano. 9 (1), 715-724 (2015).
