Summary
Dette dokumentet beskriver en protokoll for syntese av nanostaver gull, basert på bruk av hydrokinon som reduksjonsmiddel, i tillegg til de forskjellige mekanismer for å kontrollere deres størrelse og størrelsesforhold.
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
Gull nanopartikler (AuNPs) er en av de mest utbredte og lovende nanostrukturer som skal brukes i biomedisinske applikasjoner. Bruken er viktig i mange point-of-care in vitro diagnostiske produkter 1 De har blitt foreslått som et effektivt verktøy for en rekke andre forskjellige programmer. Som kontrastmiddel i imaging studier, 2 som et stoff levering system 3 og som legemidler for lys-indusert thermo (eller fototermiske terapi). 4 den store potensialet for AuNPs har drevet, i de siste tjue årene, intens forskning på utvikling av ny syntese som er i stand til å øke kontrollen på størrelse og form innhentet. 5 dette er fordi ulike typer AuNPs er faktisk mer egnet enn andre for spesifikke applikasjoner.
Blant de forskjellige gullnanostrukturer, har gull nanorods (AuNRs) dukket opp som en av de mest interessante systemer. AuNRs er preget av to plasmonic topper i forbindelse med svingningen av elektroner langs den langsgående og de tverrgående akser, henholdsvis. 6 Det er spesielt viktig at posisjonen av den mest intense langsgående topp kan være innstilt nøyaktig mellom 620 og 800 nm, avhengig av størrelsesforholdet av stengene . Denne regionen varer med den biologiske vinduet, 7, hvor de humane vev nesten ikke absorberer lys, slik at utviklingen av en rekke in vivo fotoniske anvendelser som involverer AuNPs.
Til tross for en stor interesse for denne type av nanostrukturer, de syntetiske protokoller for fremstilling av AuNRs lider av flere begrensninger. I de fleste tilfeller er nanostaver fremstilt ifølge en to-trinns metode som er utviklet av Sau og medarbeidere. 8 i deres fremgangsmåte er nanorods syntetisert ved reduksjon av gullioner ved hjelp av askorbinsyre i nærvær av på forhånd dannede gull frø, sølvioner og en stor mengde av heksadecylfunksjonell trimetylammoniumbromid (CTAB), acationic lineær surfaktant.
Ulempen med denne protokollen er at reduksjonen utbyttet av gull-ioner er relativt lav (ca 20%) 9, og at en høy andel av CTAB, en dyr reagens som står for mer enn halvparten av den totale kostnaden for reagenser i syntesen, trengs. Utviklingen av en ny og mer effektiv syntetisk rute er derfra ansett for å være et viktig behov, slik at spredning av biomedisinske metoder basert på AuNRs.
I den første del av foreliggende papir, presenterer vi en optimalisert protokoll for fremstilling av AuNR har et sideforhold på omtrent tre. Syntesen er basert på anvendelse av hydrokinon som et mildt reduksjonsmiddel, og det tillater fremstilling av AuNR med en nesten kvantitativ reduksjon av gullioner, som gjør bruk av en redusert mengde av CTAB. 10 Denne protokollen for fremstilling av AuNRs er basert på en to-trinns metode hvor gull frø brukes i en "vekst solution ".
I den andre delen, viser vi hvordan du kan finjustere størrelsen og størrelsesforhold av det oppnådde AuNR på to måter. Den første måte, i likhet med den standard protokoll basert på askorbinsyre, er å variere mengden av sølvioner som er tilstede i "vekst løsning". Den andre måten er basert på variasjonen av mengden av CTAB som kan reduseres ned til en konsentrasjon på 10 mM (nær den kritiske micelle-konsentrasjonen rapportert av leverandøren) for å oppnå veldefinerte korte nanorods.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen som presenteres her gjelder hydrokinon, et aromatisk molekyl kjennetegnet ved en svak reduksjon potensial, for å fremstille gull nanorods. Det er to hovedfordeler ved den foreliggende protokoll mot den mest vanlig anvendt syntetisk rute, basert på bruken av askorbinsyre: den første er at hydrokinon er i stand til nesten kvantitativt redusere gullioner som tillater fremstilling av større mengde gull nanostaver 11. sistnevnte er gitt ved det faktum at den krever en mindre mengde av CTAB og en p?…
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).
