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

ويقدم بروتوكول السطحية إلى أسطح نانودياموندس مع بوليدوباميني فونكتيوناليزي.

Abstract

لا تزال صعبة بسبب تنوع المجموعات الوظيفية على السطوح ND الروغان السطحية من نانودياموندس (NDs). هنا، نبدي بروتوكول بسيط لتعديل سطح متعدد الوظائف NDs باستخدام الطلاء بوليدوباميني مستوحاة من بلح البحر (PDA). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الطبقة الوظيفية للمساعد الشخصي الرقمي على NDs كعامل تخفيض لتوليف واستقرار الجسيمات النانوية المعدنية. يمكن الذاتي بلمرة الدوبامين (DA) وتشكل طبقات المساعد الشخصي الرقمي على الأسطح ND تلقائياً إذا NDs والدوبامين هي ببساطة مختلطة معا. يتم التحكم في سمك طبقة المساعد الشخصي الرقمي باختلاف تركيز جدول أعمال التنمية. وتبين أن نتيجة نموذجية بسمك من ~ 5 إلى ~ 15 نانومتر طبقة المساعد الشخصي الرقمي ويمكن الوصول إلى إضافة 50 إلى 100 ميكروغرام/مل دا إلى 100 نانومتر ND المعلقات. وعلاوة على ذلك، تستخدم المساعد الشخصي الرقمي--NDs كركيزة للحد من أيونات المعادن، مثل Ag [(NH3)2]+للفضة جسيمات نانوية (أجنبس). أحجام أجنبس الاعتماد على التركيزات المبدئية من Ag [(NH3)2]+. جنبا إلى جنب مع زيادة في تركيز Ag [(NH3)2]+، يزيد عدد مصادر القدرة النووية، فضلا عن أقطار مصادر القدرة النووية. وباختصار، هذه الدراسة ليس فقط يقدم طريقة سهلة لتعديل أسطح NDs مع المساعد الشخصي الرقمي، لكن كما يوضح وظائف محسنة لنظام قواعد البيانات الوطنية بترسيخ الأنواع المختلفة من الاهتمام (مثل أجنبس) للتطبيقات المتقدمة.

Introduction

نانودياموندس (NDs)، مادة الكربون أساس رواية، اجتذبت قدرا كبيرا من الاهتمام في السنوات الأخيرة لاستخدامها في مختلف التطبيقات1،2. على سبيل المثال، توفير المساحات السطحية العالية من NDs الدعم محفز ممتاز للجسيمات النانوية المعدنية (NPs) بسبب الاستقرار الكيميائي فائقة والموصليه الحرارية3. وعلاوة على ذلك، NDs تلعب أدواراً هامة في بيو-التصوير والاستشعار الحيوي، وإيصال الأدوية بسبب تلك المعلقة توافق مع الحياة ونونتوكسيسيتي4،5.

لكفاءة توسيع قدراتها، أنها ذات قيمة متزاوجة الأنواع الفنية على السطوح من NDs، مثل البروتينات، والأحماض النووية، وجسيمات نانوية6. على الرغم من أن مجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية (على سبيل المثال.، الهيدروكسيل، الكربوكسيل، لاكتوني، إلخ) يتم إنشاؤها على أسطح NDs خلال على تنقية، غلة الاقتران من المجموعات الوظيفية لا تزال منخفضة جداً بسبب كثافة منخفضة لكل 7من المجموعة الكيميائية النشطة. وهذا يؤدي في NDs غير المستقرة، التي تميل إلى مجتمعة، والحد من زيادة تطبيق8.

حاليا، الطرق الأكثر شيوعاً المستخدمة في فونكتيوناليزي NDs، تصريف التساهمية باستخدام الكيمياء فوق خالية من النحاس9، الروابط التساهمية الببتيد الأحماض النووية (السلطة الوطنية الفلسطينية)10، وتجميعها ذاتيا الحمض النووي11. كما اقترح الالتفاف غير التساهمية لنظام قواعد البيانات الوطنية، بما في ذلك جيش صرب البوسنة معدلة الكربوهيدرات4، وطلاء12يمتلكهما. ومع ذلك، نظراً لأن هذه الأساليب مضيعة للوقت وغير كفء، من المرغوب فيه أنه يمكن تطوير طريقة بسيطة وقابلة للتطبيق عموما لتعديل أسطح NDs.

الدوبامين (DA)13، المعروف ناقل عصبي طبيعية في الدماغ، ويستخدم على نطاق واسع للالتزام والجسيمات النانوية، مثل الذهب جسيمات نانوية (أونبس)14و Fe2س315SiO216 فونكتيوناليزينج . الذاتي مبلمرة المساعد الشخصي الرقمي طبقات إثراء المجموعات الأمينية والفينوليه، التي يمكن استخدامها لتقليل الجسيمات النانوية المعدنية مباشرة أو لشل ثيول/أمين-تتضمن الجزيئات الحيوية في محلول مائي سهولة. وكان تطبيق هذا النهج بسيطة مؤخرا على فونكتيوناليزي NDs التي تشين وآخرون. ولدينا مختبر17،18، على الرغم من أن يعملن المشتقات دا لتعديل NDs عبر "انقر فوق الكيمياء" في دراسات سابقة19،20.

هنا، نحن تصف طريقة بسيطة تعديل سطح القائم على المساعد الشخصي الرقمي بكفاءة فونكتيوناليزيس NDs. باختلاف تركيز دا، يمكننا السيطرة سمك طبقة PDA من بضعة نانومتر إلى عشرات نانومتر. وباﻹضافة إلى ذلك، الجسيمات النانوية المعدنية مباشرة تخفيض واستقرت على سطح المساعد الشخصي الرقمي دون الحاجة إلى عوامل إضافية لتخفيض السامة. تعتمد أحجام جسيمات نانوية فضية على التركيزات المبدئية ل Ag [(NH3)2]+. يسمح هذا الأسلوب لترسب المساعد الشخصي الرقمي التي تسيطر عليها جيدا على أسطح NDs وتوليف ND مترافق أجنبس، الذي يمتد الأداء الوظيفي ل NDs هائلة كما يدعم منصات نانو ممتازة من محفز، بيو-التصوير، و السيرة الذاتية-أجهزة الاستشعار.

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

Protocol

1. إعداد الكواشف

تنبيه: الرجاء قراءة وفهم جميع صحائف بيانات السلامة المادية (MSDS) قبل الاستخدام. وبعضها من المواد الكيميائية السامة والمتفجرة. يرجى اتباع إجراءات معالجة خاصة ومتطلبات التخزين. أثناء إجراء تجريبي، استخدام معدات الحماية الشخصية مثل القفازات، ونظارات السلامة، ومعطف مختبر لتجنب المخاطر المحتملة.

  1. إعداد المخزن المؤقت تريس-HCl
    1. حل ز 30.29 مسحوق تريس في 100 مل من منزوع ح2س، ضمان أن يذوب المسحوق تماما، ومن ثم نقل الحل إلى قارورة 250 مل حجمي.
    2. إضافة منزوع ح2س إلى حجم 250 مل في دورق حجمي لإعطاء 1.0 متر من المخزن المؤقت تريس.
    3. تمييع العازلة تريس 1.0 متر 100 مرة لتعطي 0.01 متر تريس المخزن المؤقت وضبط درجة الحموضة إلى 8.5 باستخدام الحل القياسية HCl 1.0 متر.
    4. استخدم مقياس الأس الهيدروجيني لمعايرة قيمة pH 0.01 متر تريس-HCl المخزن المؤقت.
  2. إعداد تعليق ND
    1. تمييع 100 نانومتر معلقات البللورات ND (1.0 ملغ/مل) 50 مرة مع المخزن المؤقت 0.01 M تريس-HCl لإعطاء 0.02 مغ/مل معلقات ND.
  3. إعداد الحل الدوبامين
    1. حل 20 ملغ هيدروكلوريد الدوبامين في 2.0 مل من 0.01 م تريس-HCl العازلة لإعطاء 10 ملغ/مل الحل دا.
      ملاحظة: الحل دا يجب طازجة أعدت واستخدمت في غضون 15 دقيقة.
  4. إعداد Ag [(NH3)2] حل أوه
    1. حل 100 مجم إنيو3 الصلبة في 10 مل من منزوع ح2س لإعطاء 10 ملغ/مل إنيو3 الحل.
    2. إضافة هيدروكسيد الأمونيوم 1.0 متر (NH3· ح2س) دروبويسي إلى الحل3 إنيو حتى الأصفر يعجل بأشكال، ثم استمر في إضافة NH3· ح2س الحل حتى يختفي هطول الأمطار.
      ملاحظة: جعل حجم الحد الأدنى المطلوب؛ إعداد فورا قبل الاستخدام والتخلص منها بعد الاستخدام مباشرة.
      تنبيه: إضافة NH3· ح2س في غطاء الدخان مع الوجه الدروع، القفازات، ونظارات واقية.

2. توليف المساعد الشخصي الرقمي طبقة على سطح NDs (المساعد الشخصي الرقمي--NDs)

  1. إضافة الحل دا الطازجة (10 مغ/مل) لأن الإيقاف ND إعطاء تتباين تركيزات النهائي 50، 75، 100 ميكروغرام/مل من جدول أعمال التنمية. ضبط حجم إجمالي رد فعل لمل 1.0 ونقلها إلى أنبوب اختبار مل 10 وقوة إثارة عند 25 درجة مئوية، في الظلام ح 12.
  2. الطرد المركزي الحل المساعد الشخصي الرقمي--NDs ح 2 في 16,000 س ز وإزالة المادة طافية وتغسل ثلاث مرات بالمياه ح 1 في 16، 000 x ز في كل مرة.
  3. إعادة تفريق المساعد الشخصي الرقمي--NDs في 200 ميليلتر من المياه مع سونيكيشن لمدة 30 ثانية. المساعد الشخصي الرقمي--المغلفة NDs ستكون جاهزة لاستخدامها مرة أخرى.

3. الحد أجنبس على السطح من المساعد الشخصي الرقمي--NDs (أجنبس--المساعد الشخصي الرقمي--NDs)

  1. تمييع ميليلتر 40 من المساعد الشخصي الرقمي--NDs المركبة مسبقاً في "الخطوة 2، 3" مرتين مع المياه. الحل يا [(NH3)2] جي إضافة إعطاء مختلف التركيزات النهائية من Ag [(NH3)2]+ (0.08 و 0.16، 0.24، 0.40 و 0.60 مغ/مل).
  2. ضبط الحجم النهائي إلى 100 ميليلتر في أنبوب 1.5 مل-أجهزة الطرد مركزي عن طريق إضافة المياه، تليها سونيكيشن لمدة 10 دقائق.
  3. الطرد المركزي في أجنبس--المساعد الشخصي الرقمي--NDs لمدة 15 دقيقة في 16,000 س ز إزالة أيونات الفضة الحرة، نبذ المادة طافية بعد الطرد المركزي وإضافة 100 ميليلتر من المياه، وتغسل ثلاث مرات بالمياه في س 16,000 ز لمدة 5 دقائق في كل مرة.
  4. إعادة تفريق أجنبس--المساعد الشخصي الرقمي--NDs في 100 ميليلتر من ديونيزيدواتير مع سونيكيشن لمدة 30 ثانية للتحضير لاستخدام المزيد.

4. تحليل المساعد الشخصي الرقمي--NDs ومجموعات أجنبس--المساعد الشخصي الرقمي--NDs

  1. أطياف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية (الأشعة فوق البنفسجية)
    1. استخدام أطياف الأشعة فوق البنفسجية لرصد توزيع حجم متوسط أجنبس على الأسطح ND المساعد الشخصي الرقمي. نقل العينات أجنبس--المساعد الشخصي الرقمي--NDs إعدادها في الخطوة 3.4 مع تركيزات متنوعة من Ag [(NH3)2] يا في 1 سم-الكوارتز ومبومو ورصد الامتصاص في موجه المسح الضوئي من 250 إلى 550 نانومتر.
  2. مجهر الانتخابات (TEM)
    1. وضع شبكات النحاس الكربون المغلفة على شريحة زجاجية مغلفة مع بارافيلم للحفاظ الشبكات في المكان. إدراج الشريحة الزجاجية مع المرفقة تيم الشبكات في البلازما أنظف. قم بتشغيل البلازما أنظف ومضخة فراغ. بعد 5 دقائق، قم بتشغيل البلازما وأداء الشبكات مع مستوى قوة متوسطة لمدة 3 دقائق.
    2. إيداع 5 ميليلتر العينات على الفيلم الكربون المغلفة Cu-الشبكات للحد الأدنى 3 استخدام ورق الترشيح فتيلة قبالة عينة إضافية من حافة الشبكة. ثم إيداع قطره مياه على الشبكة لمدة 15 ثانية لإزالة الأملاح، الفتيل ثم إيقاف الماء مع أوراق الترشيح. كرر الإجراء الغسيل مرتين وتسمح الشبكة للهواء الجاف لاستخدامها مرة أخرى.
    3. تصور العينات التي تيم، عادة في 38,000 X التكبير. تعمل في 200 كيلو فولت.

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

النتائج

تم تحليل تشكيل طبقات المساعد الشخصي الرقمي على الأسطح ND بال (الشكل 1). ولوحظت سمك مختلفة من طبقات المساعد الشخصي الرقمي كأعلى تركيزات دا أدى إلى سمكا المساعد الشخصي الرقمي طبقات. وبالإضافة إلى ذلك، بعد تغيير فعل التغليف، لون الحل NDs من عديم اللون إلى الظلام...

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

Discussion

توفر هذه المقالة بروتوكول مفصل الروغان السطحية من NDs مع طلاء دا مبلمرة الذاتي، والحد من Ag [(NH3)2]+ إلى أجنبس في طبقات المساعد الشخصي الرقمي (الشكل 3). الاستراتيجية التي قادرة على إنتاج سمك مختلف طبقات المساعد الشخصي الرقمي بمجرد تغيير تركيز جدول أعمال التنمية...

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

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

هذا البحث كان تدعمها "المؤسسة الوطنية للعلوم" (CCF 1814797) وجامعة ميسوري البحثية المجلس، مركز بحوث المواد، وكلية الفنون والعلوم في جامعة ميسوري للعلوم والتكنولوجيا

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

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
NanodiamondFND Biotech, Inc.brFND-100dispersed in water, and used without further purification
Dopamine hydrochlorideSigmaH8502-25Gprepare freshly
Silver NitrateFisherS181-25
Ammonium HydroxideFisherA669S-500highly toxic
Tris HydrochlorideFisherBP153-500
TEM grid carbon filmTed Pella01843-F300 mesh copper

References

  1. Mochalin, V. N., Shenderova, O., Ho, D., Gogotsi, Y. The properties and applications of nanodiamonds. Nature Nanotechnology. 7 (1), 11-23 (2011).
  2. Kucsko, G., et al. Nanometre-scale thermometry in a living cell. Nature. 500 (7460), 54-58 (2013).
  3. Liu, J., et al. Origin of the Robust Catalytic Performance of Nanodiamond-Graphene-Supported Pt Nanoparticles Used in the Propane Dehydrogenation Reaction. ACS Catalysis. 7 (5), 3349-3355 (2017).
  4. Chang, B. -M., et al. Highly Fluorescent Nanodiamonds Protein-Functionalized for Cell Labeling and Targeting. Advanced Functional Materials. 23 (46), 5737-5745 (2013).
  5. Ho, D., Wang, C. H., Chow, E. K. Nanodiamonds: The intersection of nanotechnology, drug development, and personalized medicine. Science Advances. 1 (7), 1500439(2015).
  6. Hsu, M. H., et al. Directly thiolated modification onto the surface of detonation nanodiamonds. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7198-7203 (2014).
  7. Krueger, A. Diamond Nanoparticles: Jewels for Chemistry and Physics. Advanced Materials. 20 (12), 2445-2449 (2008).
  8. Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., Mochalin, V. N. Salt-assisted ultrasonic deaggregation of nanodiamond. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (38), 25461-25468 (2016).
  9. Akiel, R. D., Zhang, X., Abeywardana, C., Stepanov, V., Qin, P. Z., Takahashi, S. Investigating Functional DNA Grafted on Nanodiamond Surface Using Site-Directed Spin Labeling and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry B. 120 (17), 4003-4008 (2016).
  10. Gaillard, C., et al. Peptide nucleic acid-nanodiamonds: covalent and stable conjugates for DNA targeting. RSC Advances. 4 (7), 3566-3572 (2014).
  11. Zhang, T., et al. DNA-based self-assembly of fluorescent nanodiamonds. Journal of the American Chemical Society. 137 (31), 9776-9779 (2015).
  12. Liu, W., et al. Fluorescent Nanodiamond-Gold Hybrid Particles for Multimodal Optical and Electron Microscopy Cellular Imaging. Nano Letters. 16 (10), 6236-6244 (2016).
  13. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318 (5849), 426-430 (2007).
  14. Wang, C., Zhou, J., Wang, P., He, W., Duan, H. Robust Nanoparticle-DNA Conjugates Based on Mussel-Inspired Polydopamine Coating for Cell Imaging and Tailored Self-Assembly. Bioconjugate Chemistry. 27 (3), 815-823 (2016).
  15. Liu, R., Guo, Y., Odusote, G., Qu, F., Priestley, R. D. Core-shell Fe3O4 polydopamine nanoparticles serve multipurpose as drug carrier, catalyst support and carbon adsorbent. ACS Applied Materials and Interfaces. 5 (18), 9167-9171 (2013).
  16. Liu, R., et al. Dopamine as a Carbon Source: The Controlled Synthesis of Hollow Carbon Spheres and Yolk-Structured Carbon Nanocomposites. Angewandte Chemie International Edition. 50 (30), 6799-6802 (2011).
  17. Zeng, Y., Liu, W., Wang, Z., Singamaneni, S., Wang, R. Multifunctional surface modification of nanodiamonds based on dopamine polymerization. Langmuir. 34 (13), 4036-4042 (2018).
  18. Qin, S., et al. Dopamine@Nanodiamond as novel reinforcing nanofillers for polyimide with enhanced thermal, mechanical and wear resistance performance. RSC Advances. 8 (7), 3694-3704 (2018).
  19. Barras, A., Lyskawa, J., Szunerits, S., Woisel, P., Boukherroub, R. Direct functionalization of nanodiamond particles using dopamine derivatives. Langmuir. 27 (20), 12451-12557 (2011).
  20. Khanal, M., et al. Toward Multifunctional "Clickable" Diamond Nanoparticles. Langmuir. 31 (13), 3926-3933 (2015).
  21. Rad, M. H., Zamanian, A., Hadavi, S. M. M., Khanlarkhani, A. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. A Two-Stage Kinetics Model for Polydopamine Layer Growth. Macromolecular Chemistry and Physics. , 1700505(2018).
  22. Ball, V., Frari, D. D., Toniazzo, V., Ruch, D. Kinetics of polydopamine film deposition as a function of pH and dopamine concentration: Insights in the polydopamine deposition mechanism. Journal of Colloid and Interface Science. 386 (1), 366-372 (2012).
  23. Liu, Y., Ai, K., Lu, L. Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields. Chemical Reviews. 114 (9), 5057-5115 (2014).
  24. Hu, J., Wu, S., Cao, Q., Zhang, W. Synthesis of core-shell structured alumina/Cu microspheres using activation by silver nanoparticles deposited on polydopamine-coated surfaces. RSC Advances. 6 (85), 81767-81773 (2016).
  25. Orishchin, N., et al. Rapid Deposition of Uniform Polydopamine Coatings on Nanoparticle Surfaces with Controllable Thickness. Langmuir. 33, 6046-6053 (2017).
  26. González, A. L., Noguez, C., Beránek, J., Barnard, A. S. Size, Shape, Stability, and Color of Plasmonic Silver Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry C. 118 (17), 9128-9136 (2014).
  27. Muthuchamy, N., Gopalan, A., Lee, K. -P. A new facile strategy for higher loading of silver nanoparticles onto silica for efficient catalytic reduction of 4-nitrophenol. RSC Advances. 5 (93), 76170-76181 (2015).
  28. Bastus, N. G., Comenge, J., Puntes, V. Kinetically Controlled Seeded Growth Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles of up to 200 nm: Size Focusing versus Ostwald Ripening. Langmuir. 27 (17), 11098-11105 (2011).
  29. Jana, J., Gauri, S. S., Ganguly, M., Dey, S., Pal, T. Silver nanoparticle anchored carbon dots for improved sensing, catalytic and intriguing antimicrobial activity. Dalton Transactions. 44 (47), 20692-20707 (2015).
  30. Zamudio, A., et al. Efficient anchoring of silver nanoparticles on N-doped carbon nanotubes. Small. 2 (3), 346-350 (2006).
  31. Modification of membranes with polydopamine and silver nanoparticles formed in situ to mitigate biofouling. U.S. Patent Application. , 14/689,085 (2016).

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

141

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