Hydroquinone Based Synthèse de l'or nanorods
Summary
Le présent document décrit un protocole pour la synthèse des nanotubes d'or, basée sur l'utilisation d'hydroquinone à titre d'agent réducteur, ainsi que les différents mécanismes de contrôle de leur taille et rapport d'aspect.
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
nanoparticules d'or (AuNPs) sont l'un des nanostructures les plus répandues et les plus prometteuses pour être utilisé dans des applications biomédicales. Leur utilisation est essentielle dans de nombreux points de soins in vitro des produits de diagnostic 1 Ils ont été proposés comme un outil efficace pour un certain nombre d'autres applications différentes:. Comme un agent de contraste dans les études d'imagerie, 2 comme un système de délivrance de médicament 3 et comme médicaments pour la thermothérapie induite par la lumière (ou la thérapie photothermique). 4 le grand potentiel de AuNPs a mené, au cours des vingt dernières années, d' intenses recherches sur le développement d' une nouvelle synthèse qui est en mesure d'augmenter le contrôle sur la taille et la forme obtenue. 5 en effet, les différents types de AuNPs sont en fait plus appropriés que d'autres pour des applications spécifiques.
Parmi les différentes nanostructures d'or, nanorods or (AuNRs) ont émergé comme l'un des systèmes les plus intéressants. AuNRs sont caractérisés par deux plasmopics nic associés à l'oscillation des électrons le long de la direction longitudinale et les axes transversaux, respectivement. 6 Il est particulièrement important que la position du pic longitudinal le plus intense peut être ajusté précisément entre 620 et 800 nm, en fonction du rapport d'allongement des tiges . Cette région correspond à la fenêtre biologique, 7 où les tissus humains ne presque pas absorber la lumière, ce qui permet le développement d'un certain nombre d'applications photoniques in vivo impliquant AuNPs.
Malgré un énorme intérêt pour ce genre de nanostructures, les protocoles de synthèse pour la préparation de AuNRs souffrent de plusieurs limitations. Dans la plupart des cas, les nanotiges sont préparées selon un procédé en deux étapes développée par Sau et coll. 8 dans leur protocole, nanotiges sont synthétisés par réduction des ions d'or en utilisant de l' acide ascorbique en présence de graines d'or préformées, des ions d' argent et une grande quantité du bromure d'hexadécyl triméthylammonium (CTAB), catensioactif linéaire ationic.
L'inconvénient de ce protocole est que le rendement de la réduction des ions d'or est relativement faible (environ 20%) , 9 et qu'une grande quantité de CTAB, un réactif coûteux qui représente plus de la moitié du coût total des réactifs dans la synthèse, est nécessaire. Le développement d'une nouvelle et plus efficace voie de synthèse est de là, considéré comme un besoin important, permettant la diffusion des approches biomédicales basées sur AuNRs.
Dans la première partie du présent document, nous présentons un protocole optimisé pour la préparation de AuNR ayant un rapport d'aspect d'environ trois. La synthèse est basée sur l'utilisation d'hydroquinone à titre d'agent réducteur doux et il permet la préparation de AuNR avec une réduction presque quantitative des ions d'or, ce qui rend l' utilisation d'une quantité réduite de CTAB. 10 Le protocole de préparation des AuNRs est basée sur une approche en deux étapes où les graines d'or sont utilisés dans un "sol de croissanceution ".
Dans la deuxième partie, nous montrons comment régler finement la taille et les proportions du AuNR obtenu de deux façons. La première façon, similaire au protocole standard basé sur l'acide ascorbique, est de faire varier la quantité d'ions argent présents dans la «solution de croissance». La deuxième voie est basée sur la variation de la quantité de CTAB qui peut être réduite à une concentration de 10 mM (proche de la concentration micellaire critique signalée par le fournisseur) pour obtenir des nanotiges courtes bien définies.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole présenté ici vaut hydroquinone, une molécule aromatique caractérisé par un faible potentiel de réduction, pour produire des nanotubes d'or. Il y a deux principaux avantages du présent protocole vers la voie de synthèse la plus couramment employée basée sur l'utilisation de l' acide ascorbique: la première est que l' hydroquinone est en mesure de réduire presque quantitativement les ions d'or permettant la production d' une quantité plus élevée de nanotiges d'or <su…
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).
