JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

وصف العمل الحالي أسلوب اختﻻق micellar نانوكريستالس، طبقة رئيسية ناشئة من نانوبيوماتيريالس. يجمع هذا الأسلوب بين اليكتروسبراي من أعلى إلى أسفل، أسفل إلى أعلى في التجميع الذاتي، ومراقبة الهيكل القائم على المذيبات. أسلوب التصنيع المستمر إلى حد كبير، ويمكن أن تنتج منتجات ذات جودة عالية، ويملك وسيلة غير مكلفة لهيكل الرقابة.

Abstract

وقد أصبحت نانوكريستالس micellar (المذيلات مع نانوكريستالس مغلفة) طبقة رئيسية ناشئة من نانوبيوماتيريالس. يصف لنا طريقة لاختلاق نانوكريستالس micellar استناداً إلى الجمع بين اليكتروسبراي من أعلى إلى أسفل، أسفل إلى أعلى التجميع الذاتي، ومراقبة الهيكل القائم على المذيبات. يتضمن هذا الأسلوب أولاً باستخدام اليكتروسبراي لتوليد قطيرات أظهرت موحدة، كل منها يعمل بمثابة مفاعل الصغرى التي التجميع الذاتي يحدث رد فعل نانوكريستالس micellar تشكل، مع الهياكل (الشكل مذيل ونانوكريستال تغليف) الخاضعة للمذيبات العضوية المستخدمة. هذا الأسلوب هو مستمر إلى حد كبير، وتنتج منتجات ذات جودة عالية نانوكريستال ميسيلار مع نهج تحكم بنية غير مكلفة. باستخدام مياه الامتزاج العضوي المذيبات رباعي هيدرو الفوران (THF)، يمكن أن تنتج على شكل دودة نانوكريستالس micellar سبب مذيل المذيبات-التي يسببها/سهل الانصهار. مقارنة مع نانوكريستالس micellar كروية مشتركة، يمكن أن تقدم على شكل دودة نانوكريستالس micellar المصغر امتصاص الخلوية غير محددة، وبالتالي تعزيز استهداف البيولوجية. بتغليف نانوكريستالس متعددة شاركت في كل مذيل، يمكن تحقيق تأثيرات متعددة الوظائف أو التآزر. القيود الحالية لهذا الأسلوب تلفيق، التي ستكون جزءا من العمل في المستقبل، تشمل في المقام الأول ناقصة تغليف المنتج نانوكريستال ميسيلار والطبيعة المستمرة غير كامل للعملية.

Introduction

نانوكريستالس مثل أشباه الموصلات الكم النقاط (قدس) وأكسيد الحديد سوبيرباراماجنيتيك جسيمات نانوية (سبيونس) وقد أظهرت إمكانات كبيرة للبيولوجي الكشف والتصوير والتلاعب والعلاج1،2، 34،،،من56. تم تغليف نانوكريستالس واحد أو أكثر في مذيل أسلوب مستخدمة على نطاق واسع لواجهة نانوكريستالس مع البيئات البيولوجية3،6. وأصبحت نانوكريستالس micellar (المذيلات مع نانوكريستالس مغلفة) وبالتالي شكلت طبقة ناشئة من نانوبيوماتيريالس7،،من89،10. تشمل الأساليب المستخدمة عادة اختﻻق المذيلات التي تغلف مواد مختلفة (مثلاً، نانوكريستالس والأدوية جزيء صغير والأصباغ) ترطيب الفيلم والغسيل الكلوي وآخرون7،11.

وصف العمل الحالي أسلوب اختﻻق نانوكريستالس micellar على أساس الجمع بين اليكتروسبراي من أعلى إلى أسفل، أسفل إلى أعلى التجميع الذاتي، والمذيبات بوساطة التحكم الهيكلية. بالمقارنة مع طرق التصنيع الأخرى نانوكريستالس micellar، لدينا أسلوب يوفر العديد من الميزات المفيدة: (1) عملية إنتاج مستمرة إلى حد كبير. هذه الميزة أساسا إلى حقيقة أن يستخدم اليكتروسبراي في أسلوبنا لتشكيل قطرات مستحلب. وفي المقابل، استخدام بعض الأساليب الأخرى فورتيكسينج أو سونيكيشن لتشكيل قطرات مستحلب، مما يجعل هذه العمليات الدفعية أساليب في الطبيعة12. (2) فإنه ينتج عن المنتجات مع ارتفاع المياه-تشتت والاستقرار الغروية ممتازة وسليمة الوظائف البدنية نانوكريستالس مغلفة. يمكن أن تعطي هذه العملية غالباً منتجات ذات جودة متفوقة مقارنة بأساليب التغليف مذيل أخرى، إلى حد كبير لأن اليكتروسبراي يمكن أن تشكل قطيرات المستحلب أظهرت وموحدة. (3) هياكل المنتجات، بما في ذلك الشكل مذيل وعدد نانوكريستالس مغلفة، يمكن التحكم بواسطة المذيب، وغير مكلفة أكثر بكثير بالمقارنة مع طرق أخرى للتحكم مثل تغيير amphiphilic البوليمرات المستخدمة، ويمكن أن تنتج لا تتوفر عادة مذيل كروية الشكل بل مذيل مثل دودة الشكل عن طريق الانصهار مذيل13. وتوجد التالي شكلت على شكل دودة micellar نانوكريستالس لهذا العرض إلى حد كبير انخفاض الإقبال الخلوية غير محددة من نظرائهم كروية13. أنها من ناحية أخرى، تجدر الإشارة إلى أن هذا الأسلوب يتطلب برنامج الإعداد من جهاز اليكتروسبراي، التي تطالب بأكثر إلى حد ما من الناحية التقنية (على الرغم من أن أبعد ما تكون عن الباهظة) من الحاجة إلى الأجهزة في الأساليب الأخرى.

يتضمن أسلوب تصنيع توليد أظهرت قطيرات (غالباً من النفط في المياه مستحلب) مع أحجام موحدة أولاً قبل اليكتروسبراي، متبوعاً بتبخر المذيبات العضوية مما أدى إلى التجميع الذاتي لتشكيل نانوكريستالس micellar (الرقم 1 ). الإعداد اليكتروسبراي بتكوين متحد محور باستخدام الإبر متحدة المركز: مرحلة النفط، الذي يحتوي على أمفيفيليك كتلة البوليمرات الإسهامية ومسعور نانوكريستالس المذابة في المذيبات العضوية، يتم تسليم الإبرة الداخلية (ز 27 الفولاذ المقاوم للصدأ شعري ) مع مضخة الحقن؛ يتم تسليم المرحلة المائية، الذي يحتوي على خافض للتوتر السطحي المذابة في الماء، الإبرة الخارجي (موصل ثلاثي الفولاذ المقاوم للصدأ ز 20) مع مضخة الحقن ثاني. يتم تطبيق جهد العالي على فوهة متحد المحور. قطرات أظهرت مع أحجام موحدة تتولد بسبب قوة إلكترودينامي التغلب على التوتر السطحي والإجهاد القصور الذاتي في السائل. كل الحبرية يعمل أساسا ك 'مايكرو-مفاعل' فيه، عند إزالة المذيبات العضوية بالتبخر، التجميع الذاتي 'رد فعل' يحدث تلقائياً نتيجة للتفاعلات مسعور. استخدام المذيبات العضوية المختلفة يؤدي إلى مختلف هياكل نانوكريستالس micellar: كلوروفورم المذيبات عضوية غير قابلة للامتزاج مياه يؤدي إلى مذيل كروية الشكل، بينما المذيبات عضوية مياه الامتزاج THF مع زمن رد فعل يؤدي إلى مثل دودة الشكل مذيل جنبا إلى جنب مع تغليف نانوكريستال المحسن.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تنبيه: نظراً لاستخدام المذيبات العضوية، جميع العمليات ينبغي أن يتم في غطاء الأبخرة كيميائية. بسبب استخدام الجهد الكهربائي العالي، تجنب الاتصال الجسم مع الجهاز عندما يكون الإمداد بالطاقة في. استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة مثل استخدام معدات الوقاية الشخصية (سلامة النظارات والقفازات ومعطف مختبر، كامل طول السراويل وأحذية أغلقت تو). التشاور مع جميع بطاقات بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS).

1-إعداد المواد

  1. إعداد QD الحل، حل 10 ملغ قدس مسعور (الانبعاثات الفلورسنت ذروة الطول الموجي = 605 شمال البحر الأبيض المتوسط، يستخدم نانوكريستالس النموذجي هنا) في 20 مل المذيبات العضوية (كلوروفورم لإنتاج مذيل كروية الشكل أو THF لإنتاج مذيل مثل دودة الشكل) و دوامة ل 20 ثانية.
  2. إعداد PS-شماعة الحل، حل 100 مغ PS-شماعة (أمفيفيليك كتلة كوبوليمر، مع الجزء كاتشين 9.5 PS و 18.0 كاتشين شماعة الجزء) في 10 مل المذيبات العضوية (كلوروفورم لإنتاج مذيل كروية الشكل أو THF لإنتاج مذيل مثل دودة الشكل). Sonicate ميكس الحل قبل فورتيكسينج 1 دقيقة (كلوروفورم) أو حمام لمدة 2 دقيقة (THF).
  3. مل 1 ميكس QD الحل والحل شماعة PS 1 مل ودوامه للحد الأدنى 1 إضافة الخليط إلى حقنه ألف المحاقن مصنوعة من PTFE.
  4. لإعداد حل بولي، تذوب 400 مغ بولي (13-23 كاتشين، 87-89% تحلل) في 10 مل من الماء في حمام مائي ساخن في 60 – 80 درجة مئوية عن 4 – 5 حاء السماح الحل بولي ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل الاستعمال.
  5. إضافة 5 مل من محلول بولي إلى "حقنه ب" المحاقن مصنوعة من PTFE.

2-الإعداد للمعدات

  1. إدراج الشعرية الداخلية في الجمعية الشعرية الخارجي ولطف المسمار في الموقف. لا تشديد أكثر. ويبين الشكل 2 الإعداد الإجمالية للنظام اليكتروسبراي متحد المحور. الإبرة الشعرية الداخلية شعري فولاذ المقاوم للصدأ ز 27 (القطر الخارجي 500 ميكرومتر؛ القطر الداخلي 300 ميكرون)، والإبرة الخارجي موصل ثلاثي فولاذ المقاوم للصدأ ز 20 (القطر الخارجي 1,000 ميكرومتر؛ القطر الداخلي 500 ميكرومتر). وقد PTEE الأنابيب المستخدمة قطر داخلي ل 1.8 مم.
  2. تحميل حقنه A على "مضخة الحقن" كما هو مبين في الشكل 2. قم بتوصيل ألف حقنه الشعرية الفولاذ المقاوم للصدأ الداخلية من فوهة محوري اليكتروسبراي استخدام أنابيب PTFE.
  3. تحميل "ب حقنه" في "المحقن مضخة ب" كما هو مبين في الشكل 2. الاتصال "ب حقنه" الشعرية الفولاذ المقاوم للصدأ الخارجي من فوهة محوري اليكتروسبراي استخدام أنابيب PTFE.
  4. موقف فوهة محوري اليكتروسبراي نصيحة حوالي 0.8 سم فوق خاتم الصلب على الأرض (قطرها 1.5 سم).
  5. مكان جمع زجاج طبق حوالي 10 سم تحت فوهة متحد المحور.
  6. مع الإمداد بالطاقة إيقاف، الاتصال سلك الأرضي (السلك الأسود في الشكل 2) الطوق الصلب على الأرض.
  7. مع إمدادات الطاقة إيقاف، الاتصال الطرفية الإيجابية (السلك الأحمر في الشكل 2) للإمداد بالطاقة الإبرة الداخلية من فوهة متحد المحور باستخدام مقطع التمساح معدني.

3-إنتاج نانوكريستالس Micellar

  1. تعيين سرعة "ضخ حقنه" A إلى 0.6 مل/ساعة.
  2. تعيين سرعة "الحقن مضخة ب" 1.5 مل/ساعة.
  3. بدء كل المحاقن مضخات والانتظار لمعدلات تدفق كل منها لتحقيق الاستقرار. قطرات تشكيل في فوهة بمعدل ثابت يشير إلى معدل تدفق ثابت. عادة ما يحدث هذا خلال 60 ثانية بعد بدء تشغيل مضخات الحقن.
    ملاحظة: ينبغي أن يكون هناك لا فقاعات في الأنابيب، وينبغي أن تشكل قطرات في فوهة اليكتروسبراي متحد المحور.
  4. بدوره على إمدادات الطاقة لتطبيق جهد العالي إيجابية على فوهة اليكتروسبراي متحد المحور. ضبط الجهد المطبقة داخل نطاق 5 – 9 كيلو فولت، حتى مقعر مخروط النفاثة (أي، طائرة نفاثة متقاربة، المعروف بمخروط تايلور) ويلاحظ في غيض فوهة متحد المحور (كما هو موضح في الإطار الداخلي الشكل 3a).
    تنبيه: تأكد من عدم لمس فوهة اليكتروسبراي عند تطبيق الجهد العالي. اتباع احتياطات السلامة المناسبة.
    ملاحظة: عدم كفاية الجهد المطبق سيؤدي إلى قطيرات تشكيل في غيض الفوهة (كما هو موضح في الإطار الداخلي الشكل 3b)، حين عالية جداً للجهد المطبق سوف يسبب قوس كهربائي بين الفوهة والطوق الصلب على الأرض.
  5. بعد أن تم الحصول على مخروط تايلور مستقرة (الشكل 3 ألف)، إضافة منزوع الماء إلى طبق جمع نظيفة 10 مل واستبدال طبق جمع الزجاج في برنامج الإعداد. الطبق الجديد سيتم جمع المنتج نانوكريستال ميسيلار.
  6. تشغيل عملية إنتاج نانوكريستال ميسيلار لمدة زمنية معينة (بالنسبة لما يقرب من 40 دقيقة لإنتاج مذيل كروية الشكل أو ما يقرب من 90 دقيقة لإنتاج الشكل مذيل مثل دودة). قم بإزالة الطبق مجموعة من أسفل فوهة اليكتروسبراي.
  7. إيقاف ضخ حقنه A و b
  8. إيقاف إمدادات الطاقة عالية الجهد.
  9. السماح بالمذيبات العضوية تتبخر (في غطاء دخان) من الطبق كشفت جمع بين عشية وضحاها.
    ملاحظة: انطلاقا من نتائج توصيف المنتجات نانوكريستال ميسيلار، التبخر بين عشية وضحاها غير كافية لإزالة المذيبات العضوية للحصول على منتجات ذات نوعية جيدة.
  10. وأخيراً، نقل المنتج نانوكريستال ميسيلار إلى أنبوب الطرد مركزي 15 مل لتوصيف (مثلاً، التحليل الطيفي الفلورسنت وتشتت الضوء الحيوي، ومجهر إلكتروني والتحليل الحراري) أو التطبيق أو التخزين. تخزين المنتج النهائي نانوكريستال ميسيلار في ثلاجة عند 4 درجة مئوية.
    ملاحظة: يمكن أن تبقى المنتج مستقرة تحت هذا الشرط التخزين لمدة شهر واحد على الأقل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

ويبين الشكل 1 تخطيطي تلخيص السيطرة على هياكل (الشكل والتغليف) نانوكريستالس micellar بالمذيبات العضوية المستخدمة في عملية الإنتاج. بإيجاز، الميثان يؤدي إلى المذيلات كروية مع لا تغليف نانوكريستالس؛ كلوروفورم يؤدي إلى المذيلات كروية مع عدد تغليف منخفضة من نان?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

طريقة تصنيع نانوكريستالس micellar الموصوفة في هذا العمل يجمع بين أعلى-أسفل اليكتروسبراي، ينطلق التجميع الذاتي، والتحكم في الهيكل القائم على المذيبات. طريقة فعالة ومريحة لمراقبة الجودة استخدام المخروط تايلور شكلت في طرف فوهة متحد المحور. هذا سبب مخروط تايلور مشكلة بشكل صحيح يشير إلى التوازن ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

الكتاب الاعتراف بامتنان الدعم المالي جائزة "ألف مواهب الشباب العالمي" من "الحكومة المركزية الصينية"، على جائزة "شوانغ شوانغ" من "حكومة مقاطعة جيانغسو"، وبدء عمل الصندوق من كلية الهندسة والتطبيقية جائزة العلوم، جامعة نانجينغ، الصين، من "تيان دي" مؤسسة، ومنحة من الأولوية الأكاديمية برنامج التنمية الصندوق من جيانغسو التعليم العالي المؤسسات (PAPD)، منح من "صندوق العلوم الطبيعية مقاطعة جيانغسو".

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Hydrophobic quantum dotsOcean NanotechQSPSolid hydrophobic CdSe/ZnS quantum dots. Peak fluorescence emission wavelength is 605 nm.
Poly(styrene)-b-poly(ethylene glycol) (PS-PEG)Sigma-Aldrich666476-500MGMolecular weight of PS segment is 9.5 kDa and that of PEG segment is 18.0 kDa.
Poly(vinyl alcohol) (PVA)Sigma-Aldrich363170-500GMolecular weight 13–23 kDa, 87–89% hydrolyzed.
Tetrahydrofuran (THF)Sinopharma Chemical Reagent80124418
ChloroformSinopharma Chemical Reagent40007960
Syringe pumpsBao Ding Shen ChenSPLab01
TubingShanghei Lai Xing2 mm outer diameter and 1.8 mm inner diameter PTFE tubing.
SyringesYi Ming5.CC5 mL disposable syringe made of PTFE.
High voltage power supplyDong WenDW SeriesDirect current power supply (0–50 kV range).
Electrospray coaxial nozzleHunan Chang Sha Na YiStainless steel assembly. Inner capillary needle was a 27 gauge (outer diameter 500 μm; inner diameter 300 μm). Outer capillary was a 20 gauge (outer diameter 1,000 μm; inner diameter 500 μm).
VortexerXi'an HEB Biotechnology Co., Ltd. ChinaMX-SMX-S with wide speed range of 0–2,500 rpm, stepless speed regulation, touch and continuous operations.
Steel ringYiwu Wan TuRings with a range of diameters (0.8–1.8 cm) can be constructued. For example, a 1.3 cm diameter ring was constructed by curling an approximately 25 cm (length) of 0.5-mm diamter (24 gauge, AWG) steel wire.
Glass collecting dishGrainger1u508425-mm height and 120-mm diameter glass dish.
15 mL centrifuge tubeJiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd.X-407Centrifuge tube is made of transparent polypropylene (PP).

References

  1. Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. Nanotechnology Applications in Cancer. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).
  2. Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging. Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).
  3. Heath, J. R., Davis, M. E. Nanotechnology and Cancer. Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).
  4. Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging. J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).
  5. Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine. Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).
  6. Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).
  7. Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles. Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).
  8. Ruan, G., et al. Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures. Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).
  9. Ruan, G., Winter, J. O. Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking. Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).
  10. Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery. Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).
  11. Torchilin, V. P. PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities. Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).
  12. Sun, Y., et al. Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals. Nanoscale Research Letters. 12, 434(2017).
  13. Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals. RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).
  14. Sailor, M., Park, J. Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer. Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).
  15. Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes. Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).
  16. Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging. Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).
  17. Mura, S., Couvreur, P. Nanotheranostics for personalized medicine. Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).
  18. Louie, A. Y. Multimodality imaging probes: design and challenges. Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

132

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved