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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Un protocollo facile è presentato per funzionalizzare le superfici di nanodiamanti con polydopamine.

Abstract

Funzionalizzazione superficiale di nanodiamanti (NDs) è comunque impegnativa a causa della diversità di gruppi funzionali sulle superfici ND. Qui, dimostriamo un protocollo semplice per la modifica di superficie multifunzionale di NDs tramite rivestimento cozza-ispirato polydopamine (PDA). Inoltre, il livello funzionale di PDA su NDs potrebbe servire come un agente riducente per sintetizzare e stabilizzare nanoparticelle metalliche. Dopamina (DA) può auto-polimerizzare e spontaneamente formare strati di PDA su superfici ND se il NDs e dopamina sono semplicemente mescolati insieme. Lo spessore di uno strato di PDA è controllato variando la concentrazione di DA. Un risultato tipico dimostra che uno spessore di 5 ~ a ~ 15 nm dello strato PDA è raggiungibile con l'aggiunta di 50 a 100 µ g/mL di DA alle sospensioni di ND 100 nm. Inoltre, il PDA-NDs sono usati come substrato per ridurre ioni metallici, come ad esempio Ag [(NH3)2]+, all'argento nanoparticelle (AgNPs). Le dimensioni dell'AgNPs si basano sulle concentrazioni iniziali di Ag [(NH3)2]+. Con un aumento della concentrazione di Ag [(NH3)2]+, aumenta il numero di NPs, così come i diametri di NPs. In sintesi, questo studio non solo presenta un metodo facile per modificare le superfici di NDs con PDA, ma dimostra anche la funzionalità avanzata di NDs ancorando varie specie di interesse (ad esempio AgNPs) per applicazioni avanzate.

Introduzione

Nanodiamanti (NDs), un nuovo materiale a base di carbonio, hanno attratto l'attenzione considerevole negli ultimi anni per l'uso in varie applicazioni1,2. Per esempio, le alte superfici di NDs forniscono supporto eccellente catalizzatore per nanoparticelle metalliche (NPs) a causa della loro stabilità Super-chimica e conducibilità termica3. Inoltre, NDs gioca un ruolo significativo nel bio-imaging, biosensori e consegna della droga a causa della loro eccezionale biocompatibilità e nontoxicity4,5.

Per estendere in modo efficiente le loro capacità, è prezioso per coniugare specie funzionale sulle superfici di NDs, come proteine, acidi nucleici e nanoparticelle6. Anche se una varietà di gruppi funzionali (ad es., ossidrile, carbossilico, lattone, ecc.) vengono creati sulle superfici del NDs durante la loro purificazione, i rendimenti di coniugazione di gruppi funzionali sono ancora molto bassi a causa della bassa densità di ciascuno gruppo chimico attivo7. Questo si traduce in NDs instabili, che tendono ad aggregare, limitando ulteriormente applicazione8.

Attualmente, i metodi più comuni utilizzati per funzionalizzare NDs, sono coniugazione covalente utilizzando clic esente da rame chimica9, covalente di peptidi acidi nucleici (PNA)10e auto-assemblati DNA11. È stato proposto anche l'avvolgimento non-covalente di NDs, compreso carboidrato-modificato BSA4e rivestimento12HSA. Tuttavia, poiché questi metodi sono molto tempo e inefficiente, è auspicabile che un metodo semplice e generalmente applicabile può essere sviluppato per modificare le superfici di NDs.

Dopamina (DA)13, noto come un neurotrasmettitore naturale nel cervello, è stato ampiamente utilizzato per aderire e funzionalizzazione di nanoparticelle, quali nanoparticelle d'oro (AuNPs)14, Fe2O315e SiO216 . Self-polimerizzate strati PDA arricchiscono gruppi amminici e fenolici, che possono essere ulteriormente utilizzati direttamente ridurre nanoparticelle metalliche o facilmente immobilizzare biomolecole contenenti tiolo/su una soluzione acquosa. Questo semplice approccio è stato recentemente applicato per funzionalizzare NDs da Qin et al. e il nostro laboratorio17,18, anche se DA derivati sono stati impiegati per modificare NDs tramite clic su chimica in precedenti studi19,20.

Qui, descriviamo un metodo semplice modificazione superficiale basato su PDA che efficientemente functionalizes NDs. Variando la concentrazione di DA, possiamo controllare lo spessore di uno strato di PDA da pochi nanometri a decine di nanometri. Inoltre, le nanoparticelle di metalli sono direttamente ridotto e stabilizzate sulla superficie PDA senza la necessità di agenti tossici ulteriore riduzione. Le dimensioni delle nanoparticelle d'argento dipendono le concentrazioni iniziali di Ag [(NH3)2]+. Questo metodo consente la deposizione di ben controllata di PDA sulle superfici del NDs e la sintesi di ND coniugato AgNPs, , che drammaticamente si estende la funzionalità del NDs come eccellente nano-piattaforme di catalizzatore supporta, bio-imaging, e bio-sensori.

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Protocollo

1. Preparazione dei reagenti

Attenzione: Leggere e comprendere tutte le schede di dati di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Alcuni dei prodotti chimici sono tossici e volatili. Si prega di seguire le procedure di gestione speciale e i requisiti di archiviazione. Durante la procedura sperimentale, utilizzare dispositivi di protezione individuale, quali guanti, occhiali di sicurezza e un camice da laboratorio per evitare potenziali pericoli.

  1. Preparazione del tampone Tris-HCl
    1. Sciogliere 30,29 g di polvere di Tris in 100 mL di deionizzata H2O, assicurarsi che la polvere si dissolve completamente e poi trasferire la soluzione in un 250 mL-matraccio.
    2. Aggiungere deionizzata H2O alla scala da 250 mL in matraccio per dare 1,0 M di tampone Tris.
    3. Diluire il tampone di Tris di 1,0 M 100 volte a dare 0,01 M tampone Tris e regolare il pH a 8,5 utilizzando soluzione standard di HCl 1,0 M.
    4. Utilizzare un pH-metro per calibrare il valore pH del buffer 0.01 M Tris-HCl.
  2. Preparazione di sospensioni di ND
    1. Diluire 100 nm di monocristallino ND sospensioni (1,0 mg/mL) 50 volte con il buffer di 0,01 M Tris-HCl per dare 0,02 mg/mL di sospensioni di ND.
  3. Preparazione della soluzione di dopamina
    1. Sciogliere 20 mg di dopamina cloridrato in 2,0 mL di buffer di 0,01 M Tris-HCl per dare 10 mg/mL soluzione DA.
      Nota: La soluzione DA deve essere appena preparata e utilizzata entro 15 min.
  4. Preparazione della soluzione di Ag [(NH3)2] OH
    1. Sciogliere 100 mg di AgNO3 tinta in 10 mL di deionizzata H2O a dare 10 mg/mL soluzione3 AgNO.
    2. Aggiungere 1,0 M di idrossido di ammonio (NH3· H2O) goccia a goccia per la soluzione di AgNO3 fino al giallo precipitare forme, quindi continuare ad aggiungere il NH3· Soluzione di H2O fino a quando scomparirà la precipitazione.
      Nota: Rendere il volume minimo richiesto; preparare immediatamente prima dell'uso e smaltire immediatamente dopo l'uso.
      Attenzione: Aggiungere NH3· H2O in cappa aspirante con viso scudi, guanti e occhiali.

2. Sintesi PDA strato sulla superficie del NDs (PDA-NDs)

  1. Aggiungere la soluzione preparata DA (10 mg/mL) per le sospensioni di ND per dare varie concentrazioni finali di 50, 75, 100 µ g/mL di DA. Regolare il volume di reazione totale di 1,0 mL, trasferirlo in una provetta 10 mL-prova e mescolare vigorosamente a 25 ° C, al buio per 12 h.
  2. Centrifugare la soluzione di PDA-NDs per 2 h a 16.000 x g, eliminare il surnatante e lavare tre volte con acqua deionizzata per 1 h a 16, 000 x g ogni volta.
  3. Ri-disperdere il PDA-NDs in 200 µ l di acqua deionizzata con sonicazione per 30 s. PDA - rivestito NDs sarà pronto per un ulteriore uso.

3. Riduzione di AgNPs sulla superficie del PDA-NDs (AgNPs-PDA-NDs)

  1. Diluire 40 µ l di PDA-NDs pre-sintetizzati in Step 2.3 due volte con acqua deionizzata. Aggiungi Ag [(NH3)2] OH soluzione per dare varie concentrazioni finali di Ag [(NH3)2]+ (0,08, 0.16, 0.24, 0,40 e 0,60 mg/mL).
  2. Regolare il volume finale di 100 µ l in una provetta da 1,5 mL-centrifuga con l'aggiunta di acqua deionizzata, seguita da sonicazione per 10 min.
  3. Centrifugare il AgNPs-PDA-NDs per 15 min a 16.000 x g per rimuovere gli ioni di argento, scartare il supernatante dopo la centrifugazione, aggiungere 100 µ l di acqua deionizzata e lavare tre volte con acqua deionizzata a 16.000 x g per 5 minuti ogni volta.
  4. Ri-disperdere la AgNPs-PDA-NDs in 100 µ l di deinoizzata con sonicazione per 30 s per preparare per un ulteriore uso.

4. Analisi di PDA-NDs e cluster AgNPs-PDA-NDs

  1. Spettro ultravioletto-visibile (UV)
    1. Utilizzare gli spettri UV per monitorare la distribuzione di dimensione media di AgNPs sulle superfici di PDA-ND. Trasferire i campioni di AgNPs-PDA-NDs preparati nel passaggio 3.4 con varie concentrazioni di Ag [(NH3)2] OH in 1 cuvette in quarzo di cm e monitorare l'assorbimento alla lunghezza d'onda di scansione di 250 a 550 nm.
  2. Microscopia di elezione di trasmissione (TEM)
    1. Posizionare le griglie di rame rivestito di carbonio su una lastra di vetro avvolta con parafilm per mantenere le griglie sul posto. Inserire il vetrino con annesso griglie TEM nel plasma cleaner. Accendere il plasma cleaner e la pompa del vuoto. Dopo 5 min, accendere il plasma e scarico le griglie con un livello di media potenza per 3 min.
    2. Deposito 5 µ l dei campioni sulla pellicola carbonio rivestito Cu-griglie per 3 min. uso carta da filtro a stoppino supplementare dei campioni dal bordo della griglia. Poi, depositare una goccia di acqua deionizzata sulla griglia per 15 s per rimuovere sali, poi stoppino via l'acqua con carta da filtro. Ripetere il lavaggio due volte e lasciare asciugare per un ulteriore uso della griglia per l'aria.
    3. Visualizzare i campioni di TEM, in genere a 38.000 ingrandimenti. Operare a 200 KV.

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Risultati

La formazione di strati di PDA su superfici ND sono stati analizzati da TEM (Figura 1). Diversi spessori degli strati di PDA sono stati osservati come concentrazioni più elevate di DA portato a strati più spessi di PDA. Inoltre, dopo una reazione di incapsulamento, il colore della soluzione NDs cambiato da incolore a scuro, mentre il più alto la concentrazione iniziale di DA era, è diventato più scuro della soluzione.

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Discussione

Questo articolo fornisce un protocollo dettagliato per la funzionalizzazione di superficie di NDs con self-polimerizzata DA rivestimento e la riduzione di Ag [(NH3)2]+ a AgNPs su strati di PDA (Figura 3). La strategia è in grado di produrre vari spessori degli strati di PDA semplicemente cambiando la concentrazione di DA. La dimensione della AgNPs può essere controllata anche alterando la concentrazione originale della soluzione dello ione del metallo. L'im...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Riconoscimenti

Questa ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation (CCF 1814797) e Università di Missouri Research Board, centro di ricerca di materiale e il College of Arts and Science presso Missouri University of Science and Technology

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Materiali

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

Riferimenti

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