JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Bioengineering

Manganoksid Nanopartikkelsyntese ved termisk nedbrytning av mangan(II) Acetylacetonat

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

Summary

Denne protokollen beskriver en facile, en-pot syntese av manganoksid (MnO) nanopartikler ved termisk nedbrytning av mangan (II) acetylacetonat i nærvær av oleylamin og dibenzyl eter. MnO nanopartikler har blitt benyttet i ulike applikasjoner, inkludert magnetisk resonansavbildning, biosensing, katalyse, batterier og behandling av avløpsvann.

Abstract

For biomedisinske applikasjoner har metalloksid nanopartikler som jernoksid og manganoksid (MnO), blitt brukt som biosensorer og kontrastmidler i magnetisk resonansavbildning (MR). Mens nanopartikler av jernoksid gir konstant negativ kontrast på MR over typiske eksperimentelle tidsrammer, genererer MnO byttbar positiv kontrast på MR gjennom oppløsning av MnO til Mn2+ ved lav pH i celleedosomer for å “slå PÅ” MR-kontrast. Denne protokollen beskriver en en-pot syntese av MnO nanopartikler dannet av termisk nedbrytning av mangan (II) acetylacetonat i oleylamin og dibenzyl eter. Selv om det er enkelt å kjøre syntesen av MnO nanopartikler, kan det første eksperimentelle oppsettet være vanskelig å reprodusere hvis detaljerte instruksjoner ikke er gitt. Dermed blir glass og rørenheten først grundig beskrevet slik at andre utprøver enkelt kan reprodusere oppsettet. Syntesemetoden inneholder en temperaturregulator for å oppnå automatisert og presis manipulering av ønsket temperaturprofil, noe som vil påvirke resulterende nanopartikkelstørrelse og kjemi. Den termiske nedbrytningsprotokollen kan lett tilpasses for å generere andre metalloksid nanopartikler (f.eks. jernoksid) og å inkludere alternative organiske løsemidler og stabilisatorer (f.eks oleic acid). I tillegg kan forholdet mellom organisk løsningsmiddel og stabilisator endres til ytterligere innvirkning nanopartikkelegenskaper, som vises her. Syntetiserte MnO nanopartikler er preget for morfologi, størrelse, bulksammensetning og overflatesammensetning gjennom overføring elektronmikroskopi, røntgendiffraksjon og Fourier-transform infrarød spektroskopi, henholdsvis. MnO nanopartikler syntetisert ved denne metoden vil være hydrofobe og må manipuleres ytterligere gjennom ligand utveksling, polymer innkapsling, eller lipid capping å innlemme hydrofile grupper for interaksjon med biologiske væsker og vev.

Introduction

Metalloksid nanopartikler har magnetiske, elektriske og katalytiske egenskaper, som har blitt brukt i bioimaging1,,2,,3,sensor teknologier4,,5,katalyse6,,7,,8,energilagring9,og vannrensing10. Innenfor biomedisinsk felt, jernoksid nanopartikler og manganoksid (MnO) nanopartikler har bevist nytte som kontrastmidler i magnetisk resonans imaging (MR)1,2. Jernoksid nanopartikler produsere robust negativ kontrast på T2* MR og er kraftige nok til å visualisere enkelt merkede celler in vivo11,,12,,13; Det negative MR-signalet kan imidlertid ikke moduleres og forblir “ON” gjennom hele varigheten av typiske eksperimenter. På grunn av endogene jern tilstede i leveren, benmarg, blod og milt, kan den negative kontrasten generert fra jernoksid nanopartikler være vanskelig å tolke. MnO nanopartikler, derimot, er lydhøre for en dråpe i pH. MR-signal for MnO nanopartikler kan gå fra “OFF” til “ON” når nanopartiklene er internalisert inne i de lave pH-endosomene og lysosomer i målcellen som en kreftcelle14,15,16,17,18,19. Den positive kontrasten på T1 MR produsert fra oppløsningen av MnO til Mn2 + ved lav pH er umiskjennelig og kan forbedre kreftdeteksjonsspesifisiteten ved bare å lyse opp på målstedet i en ondartet svulst. Kontroll over nanopartikkelstørrelse, morfologi og sammensetning er avgjørende for å oppnå maksimalt MR-signal fra MnO nanopartikler. Her beskriver vi hvordan man syntetiserer og karakteriserer MnO nanopartikler ved hjelp av den termiske nedbrytningsmetoden og noterer ulike strategier for finjustering av nanopartikkelegenskaper ved å endre variabler i synteseprosessen. Denne protokollen kan enkelt endres for å produsere andre magnetiske nanopartikler som jernoksid nanopartikler.

MnO nanopartikler har blitt produsert av en rekke teknikker, inkludert termisk nedbrytning20,21,22,23,24,25, hydro / solvothermal26,27,28,29, exfoli30,31,32,33,34, permanganates reduksjon35,36,37,38, og adsorpsjon-oksidasjon39,40,41,42. Termisk nedbrytning er den mest brukte teknikken som innebærer oppløsning av manganforløpere, organiske løsemidler og stabiliserende midler ved høye temperaturer (180 – 360 °C) under tilstedeværelse av en inert gassatmosfære for å danne MnO nanopartikler43. Av alle disse teknikkene er termisk nedbrytning den overlegne metoden for å generere en rekke MnO nanokrystaller av ren fase (MnO, Mn3O4 og Mn2O3) med en smal størrelsesfordeling. Dens allsidighet er fremhevet gjennom evnen til å tett kontrollere nanopartikkelstørrelse, morfologi og sammensetning ved å endre reaksjonstid44,45,,46,temperatur44,,47,,48,,49,typer / forhold mellom reaktanter20,45,47,,48,50 og inert gass47,48,50 brukt. De viktigste begrensningene ved denne metoden er kravet til høye temperaturer, den oksygenfrie atmosfæren og hydrofobe belegget til de syntetiserte nanopartiklene, noe som krever ytterligere modifisering med polymerer, lipider eller andre ligandeler for å øke løseligheten for biologiske applikasjoner14,,51,,52,,53.

Foruten termisk nedbrytning er hydro / solvothermal metode den eneste andre teknikken som kan produsere en rekke MnO-faser, inkludert MnO, Mn3O4og MnO2; alle andre strategier danner bare MnO2-produkter. Under hydro/solvothermal syntese, forløpere som Mn(II) stearat54,,55 og Mn(II) acetat27 varmes opp til mellom 120-200 °C over flere timer for å oppnå nanopartikler med en smal størrelsesfordeling; Imidlertid er spesialiserte reaksjonskar nødvendig og reaksjoner utføres ved høyt trykk. I motsetning innebærer eksfolieringsstrategien behandling av et lagdelt eller bulkmateriale for å fremme dissosiasjon i 2D-enkeltlag. Den største fordelen er å produsere MnO2 nanoark, men synteseprosessen krever lang tid flere dager, og den resulterende størrelsen på arkene er vanskelig å kontrollere. Alternativt kan permanganater som KMnO4 reagere med å redusere midler som oljesyre56,57, grafenoksid58 eller poly (allylaminhydroklorid)59 for å lage MnO2 nanopartikler. Bruk av KMnO4 forenkler nanopartikkeldannelse ved romtemperatur over noen få minutter til timer under vandige forhold43. Dessverre gjør den raske syntesen og nanopartikkelveksten det utfordrende å finkontrolle resulterende nanopartikkelstørrelse. MnO2 nanopartikler kan også syntetiseres ved hjelp av adsorpsjon-oksidasjon der Mn2 + ioner adsorberes og oksideres til MnO2 av oksygen under grunnleggende forhold. Denne metoden vil produsere små MnO2 nanopartikler med en smal størrelsesfordeling ved romtemperatur over flere timer i vandige medier; men kravet om adsorpsjon av Mn2 + ioner og alkali forhold begrenser sin utbredte søknad43.

Av MnO nanopartikkelsyntese metoder diskutert, er termisk nedbrytning den mest allsidige for å generere forskjellige monodisperse rene fase nanokrystaller med kontroll over nanopartikkelstørrelse, form og sammensetning uten å kreve spesialiserte syntesekar. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan man syntetiserer MnO nanopartikler ved termisk nedbrytning ved 280 °C ved hjelp av mangan(II) acetylacetonate (Mn(II) ACAC) som kilde til Mn2 + ioner, oleylamin (OA) som reduksjonsmiddel og stabilisator, og dibenzyl eter (DE) som løsningsmiddel under en nitrogenatmosfære. Glass og røroppsett for nanopartikkelsyntese er forklart i detalj. En fordel med teknikken er inkludering av en temperaturregulator, termoelementsonde og oppvarmingsmantel for å muliggjøre nøyaktig kontroll over varmehastigheten, topptemperaturen og reaksjonstidene ved hver temperatur for å finjustere nanopartikkelstørrelse og sammensetning. Her viser vi hvordan nanopartikkelstørrelse også kan manipuleres ved å endre forholdet mellom OA og DE. I tillegg viser vi hvordan man lager nanopartikkelprøver og måler nanopartikkelstørrelse, bulksammensetning og overflatesammensetning ved hjelp av henholdsvis transmisjonselektronmikroskopi (TEM), røntgendiffraksjon (XRD) og Fourier-transform infrarød spektroskopi (FTIR). Ytterligere veiledning er inkludert om hvordan du analyserer de innsamlede bildene og spektra fra hvert instrument. For å generere jevnt formede MnO nanopartikler, må en stabilisator og tilstrekkelig nitrogenstrøm være tilstede; XRD- og TEM-resultater er vist for uønskede produkter dannet i fravær av OA og under lav nitrogenstrøm. I Diskusjon-delen fremhever vi viktige trinn i protokollen, beregninger for å bestemme vellykket nanopartikkelsyntese, ytterligere variasjon av nedbrytningsprotokollen for å endre nanopartikkelegenskaper (størrelse, morfologi og sammensetning), feilsøking og begrensninger av metoden og anvendelser av MnO nanopartikler som kontrastmidler for biomedisinsk bildebehandling.

Protocol

1. Glass og rørenhet – skal bare utføres første gang MERK: Figur 1 viser det eksperimentelle oppsettet for MnO nanopartikkelsyntese med nummererte rørforbindelser. Figur S1 viser det samme oppsettet med de viktigste glasskomponentene merket. Hvis det er en mismatch mellom den kjemiske resistente slangen og glasstilkoblingsstørrelsen, dekk glasstilkoblingen først med et kort stykke mindre slange før du legger til de kjemikaliebe…

Representative Results

For å bekrefte vellykket syntese bør MnO nanopartikler analyseres for størrelse og morfologi (TEM), bulksammensetning (XRD) og overflatesammensetning (FTIR). Figur 2 viser representative TEM-bilder av MnO nanopartikler syntetisert ved hjelp av synkende forhold mellom oleylamin (OA, stabilisatoren) til dibenzyl eter (DE, det organiske løsningsmidlet): 60:0, 50:10, 40:20, 30:30, 20:40, 10:50. Ideelle TEM-bilder består av individuelle nanopartikler (vist som mørke avrundede oktogoner <str…

Discussion

Protokollen beskriver her en facile, en-pot syntese av MnO nanopartikler ved hjelp av Mn(II) ACAC, DE og OA. Mn(II) ACAC brukes som startmateriale for å gi en kilde til Mn2 + for MnO nanopartikkeldannelse. Startmaterialet kan enkelt erstattes for å muliggjøre produksjon av andre metalloksid nanopartikler. For eksempel, når jern (III) ACAC brukes, kan Fe3O4 nanopartikler genereres ved hjelp av samme nanopartikkelsynteseutstyr og protokoll som erbeskrevet 63. DE …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av WVU Chemical and Biomedical Engineering Department oppstartsfond (M.F.B.). Forfatterne vil gjerne takke Dr. Marcela Redigolo for veiledning om grid forberedelse og bildefangst av nanopartikler med TEM, Dr. Qiang Wang for støtte på evaluering av XRD og FTIR spektra, Dr. John Zondlo og Hunter Snoderly for programmering og integrering av temperaturkontrolleren i nanopartikkelsyntese protokollen, James Hall for hans hjelp i montering av nanopartikkelsyntese oppsett , Alexander Pueschel og Jenna Vito for å hjelpe til med kvantifisering av MnO nanopartikkeldiameter fra TEM-bilder, og WVU Shared Research Facility for bruk av TEM, XRD og 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

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/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