סינתזה הידרוקינון המבוססת של Nanorods הזהב
Summary
מאמר זה מתאר פרוטוקול לסינתזה של nanorods זהב, המבוסס על השימוש של הידרוקינון כמו צמצום סוכן, בתוספת מנגנונים השונים לשליטה בגודל יחס ממדים שלהם.
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
חלקיקי זהב (AuNPs) הם אחד ננו הנרחב ביותר ומבטיח לשמש ביישומים ביו. השימוש בהם הוא חיוני רבים נקודת טיפול במוצרי אבחון במבחנה 1 הם הוצעו ככלי אפקטיבי עבור מספר יישומים שונים אחרים:. כסוכן בניגוד במחקרים הדמיה, 2 כמערכת משלוח סמים 3 וכפי תרופות thermotherapy אור מושרה (או טיפול photothermal). 4 הפוטנציאל הגדול של AuNPs העלה, בעשרים השנים האחרונות, מחקר אינטנסיבי על הפיתוח של סינתזה חדשה כי הוא מסוגל להגדיל את השליטה על הגודל והצורה שהושגה. 5 הסיבה לכך היא סוגים שונים של AuNPs הם למעשה מתאימים יותר מאחרים עבור יישומים ספציפיים.
בין ננו הזהב השונה, nanorods זהב (AuNRs) צמח כמו אחת מהמערכות המעניינות ביותר. AuNRs מאופיינת בשני plasmoפסגות nic הקשורים התנודה של אלקטרונים לאורך אורך הצירים הרוחביים, בהתאמה. 6 חשובות במיוחד כי המיקום של שיא האורך האינטנסיבי ביותר יכול להיות מכוון בדיוק בין 620 לבין 800 ננומטר, בהתאם יחס ההיבט של המוטות . באזור זה תואם את החלון הביולוגי, 7 שבו רקמות אדם כמעט לא לקלוט אור, המאפשרות פיתוח של מספר היישומים פוטוניים in vivo המעורב AuNPs.
למרות עניין רב בסוג זה של ננו, הפרוטוקולים הסינתטיים לעריכת AuNRs סובלים מספר מגבלות. ברוב המקרים, nanorods ערוך לפי שיטת שני שלבים שפותחה על ידי סאו ועמיתים לעבודה. 8 בפרוטוקול שלהם, nanorods מסונתז על ידי הפחתת יוני זהב באמצעות חומצה אסקורבית בנוכחותו של זרעי זהב preformed, יוני כסף וכמות גדולה ברומיד hexadecyl trimethylammonium (CTAB), acפעילי שטח ליניארית ationic.
החסרון של פרוטוקול זה הוא שתשואת ההפחתה של יוני זהב היא נמוכה יחסית (כ -20%) 9 וכי כמות גבוהה של CTAB, מגיב יקר כי חשבונות עבור יותר ממחצית העלות הכוללת של ריאגנטים בסינתזה, נחוץ. ההתפתחות המינית של במסלול סינטטי חדש ויעיל יותר היא משם נחשבת צורך חשוב מתן אפשרות הפריסה של גישות ביו מבוססות על AuNRs.
בחלקו הראשון של מאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול אופטימיזציה לעריכת AuNR בעל יחס גובה-רוחב של כשלוש. הסינתזה מבוסס על השימוש הידרוקינון כסוכן צמצום מתון והוא מאפשר הכנת AuNR עם ירידה כמותית כמעט של יוני זהב, תוך שימוש סכום מופחת של CTAB. 10 פרוטוקול זה לעריכה של AuNRs מבוסס על גישה בן שני שלבים שבו זרעי זהב משמשים "סול צמיחהution ".
בחלק השני, אנו מראים כיצד דקים לכוון את יחס גודל היבט של AuNR שהושג בשתי דרכים. הדרך הראשונה, בדומה הפרוטוקול הסטנדרטי המבוסס על חומצה אסקורבית, היא לשנות את כמות יוני כסף נוכח "פתרון הצמיחה". הדרך השנייה מבוססת על וריאציה של כמות CTAB כי ניתן להפחית עד ריכוז של 10 מ"מ (קרוב ריכוז micellar קריטי שדווח על ידי הספק) להשיג nanorods קצר מוגדרים היטב.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול המובא כאן מתייחס הידרוקינון, מולקולת ארומטית מאופיינת פוטנציאל הפחתה חלש, לייצר nanorods זהב. ישנם שני יתרונות עיקריים של הפרוטוקול הנוכחי לכיוון תוואי סינתטי מועסקים לרוב מבוסס על השימוש חומצה אסקורבית: הראשונה היא כי הידרוקינון הוא מסוגל כמעט כמותית להפחית…
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).
