Name: synthesis of immunotargeted magneto-plasmonic nanoclusters
Uploaded: 2014-08-22T16:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
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1計装ガラス製品の準備<ol><li> すなわち 、実験着と使い捨て手袋、目の保護を適切な保護具を着用してください。 </li><li>凝縮器に丸底フラスコを接続し、温度計による温度監視とシリコーン油浴でそれを浸す。オイルバス（ 図1）の下での熱の供給源（ 例えば、ホットプレート）を配置します。 260℃以上の温度を測定できる温度計を使用してください。 </li></ol>初代ハイブリッド磁気プラズモニックナノ粒子の合成2。 <ol><li>磁性芯ナノ粒子を作る<ol><li>ラウンド353.2（1ミリモル）の鉄（III）アセチルアセトネート、1ミリリットル（2ミリモル）のオレイン酸を1ml（2ミリモル）オレイルアミン、1.292グラム（5mmol）の1,2 - ヘキサデカン、および10mlのフェニルエーテルを追加-bottomフラスコ。 </li><li>還流下で1時間250〜260℃に磁気攪拌棒および熱を用いて混合物を激しく撹拌する。その後、冷却するために解決策を待つRTまで。温度がフェニルエーテルの沸騰を防止し、凝縮器の丸底フラスコから反応混合物の爆発を防止するために、260℃以下であることを確認してください。 注意：反応混合物は、非常に高温であり、化学物質が、炎症を引き起こす場合がある。ヒュームフードの下で動作し、適切な個人用保護具を着用しなければならない。油浴のための十分な換気を確保してください。 NOTE：油浴磁性ナノ粒子の合成中、1時間250〜260ºC温度に維持される。原理的には、パイレックスガラス皿は、この目的のために使用することができる。しかし、パイレックスガラスの最大連続温度はベンダーの情報に従ってºC〜260である。そのため、金属容器は、それがより高い温度に耐え、複数の実行中に長く続くことができるように、反応のためのより安全なオプションを提供します。 </li></ol></li><li>磁気コアナノ粒子​​上に金のシェルを堆積<ol><li> 411.5ミリグラム（1.1ミリモル）の金のACEを追加テート0.25ミリリットル（0.75ミリモル）のオレイン酸を1.5ml（3.0ミリモル）オレイルアミン、丸底フラスコに775.3ミリグラム（3mmol）の1,2 - ヘキサデカン、そして15mlのフェニルエーテル。 </li><li>ステップ2.1から磁性ナノ粒子を5mlの懸濁液を追加します。 180°Cまで反応混合物を加熱し、1時間加熱還流続ける。 RTに冷却するソリューションを待ちます。 </li><li> 15分間3,250×gで遠心分離したハイブリッドの一次ナノ粒子を析出させ50ミリリットルのエタノールを加える。 </li><li>風呂ソニケーターを使用して25ミリリットルのヘキサン中の沈殿物を再懸濁します。プライマリーハイブリッドナノ粒子を析出させ25ミリリットルのエタノールを加える。 15分間3,250×gで遠心分離し、ヘキサンで沈殿物を懸濁します。この手順を3回繰り返します。 </li><li>真空デシケーター、O / Nが析出した主なハイブリッドナノ粒子を乾燥させます。粒子が完全に乾燥していることを確認します。 </li></ol></li></ol> 3ハイブリッド磁気プラズモニックナノクラスターの合成とサイズ分離<ol><li&gt;入浴ソニケーターを使用して、1ミリリットルのヘキサン中の乾燥原発ハイブリッドナノ粒子を再懸濁5mgの。目に見える沈殿物が存在しなくなるまで、ナノ粒子懸濁液を超音波処理する。 </li><li>添付のキャップ付き20mlのガラスバイアル中に3.1〜10ミリリットルのステップからのドデシル硫酸ナトリウム（2.8 mg / mlで）の水溶液を溶液を加える。次のステップの前に二つの相の混合を避けるために、ドロップすることによって、プライマリハイブリッドナノドロップの懸濁液を追加します。 </li><li> 10分間80℃の水浴中で加熱し2時間、浴超音波処理器内の二相溶液を、超音波処理する。 RTに冷却するソリューションを待ちます。 <ol><li>超音波処理浴の動作レベルラインまで水を入れます。超音波処理浴中にガラスバイアルをセンタリング。直ちに二相間のエマルジョンが形成される。超音波処理の開始後、手で2相溶液を振る。これは、プライマリハイブリッドナノ粒子を含む相と下部の水相間の混合が容易になります。 注：THAに注意してくださいソニケータートン作業の2時間後に発熱します。 </li></ol></li><li>遠心分離し、30分間100×gでハイブリッドナノクラスターサスペンション。沈殿物と上澄みの両方を収集します。 10分間の超音波処理下で0.1 mMクエン酸ナトリウムでの沈殿物を再懸濁する。ナノクラスターの予想されるサイズは直径〜180nmである。 </li><li>新しいコニカルチューブにステップ3.3から上清を移し。 </li><li> 30分間400×gでステップ3.4からサスペンションを遠心。沈殿物と上澄みの両方を収集します。 10分間の超音波処理下で0.1 mMクエン酸ナトリウムでの沈殿物を再懸濁する。ナノクラスターの予想されるサイズは直径〜130nmである。 </li><li>新しいコニカルチューブにステップ3.5から上清を移し。 </li><li> 30分間1500×gでステップ3.6からサスペンションを遠心。 10分間の超音波処理下で0.1 mMクエン酸ナトリウムでの沈殿物を再懸濁を収集します。ナノクラスターの予想されるサイズは直径〜90nmである。 </li><li> 300の追加_6、UV-可視-NIR吸収スペクトルを測定するための96ウェルマイクロプレートリーダーへリットルナノクラスターの懸濁液。 TEM画像化のための炭素被覆銅グリッド上に10μlのナノクラスターサスペンションをドロップします。 </li></ol>ナノクラスターへのモノクローナル抗体の4抱合<ol><li> PBS、pH7.2中100μlのモノクローナル抗体液（1 mg / mlで）を調製し、 例えば 、抗上皮成長因子受容体2（HER2）抗体または抗上皮成長因子受容体1（EGFR）抗体。 </li><li> 3.9 mlの4のHEPES、pH7.2にステップ4.1からの抗体溶液を加える。遠心し、8℃で20分間3,250×gで10 K MWCO遠心フィルターを通して溶液。 100μlの最終容積に、4のHEPES、pH7.2中の抗体を懸濁します。 注：このステップはHEPESで抗体溶液に元のメディアを交換するために行われる。 </li><li>抗体溶液100μlに100 mMののNaIO 4を10μlを追加します。アルとの反応バイアルをカバーRTでuminum箔とオービタルシェーカーを用いて30分間混ぜる。 </li><li> 1×500μlのPBSを加えることによって反応をクエンチ。 </li><li>ステップ4.4から抗体溶液に46.5 mMのリンカー溶液2μl（dithiolaromatic PEG6-CONHNH 2）を追加し、室温で1時間振とうする。 </li><li> 8℃で20分間3,250×gで10 K MWCO遠心フィルターを用いて溶液をフィルタリングします。 〜1 mg / mlの抗体濃度をもたらす100μlの最終容積に1×PBS中の抗体を再懸濁する。 </li><li> RTで120分間のステップ4.6（1 mg / ml）での抗体を改変された1μlのOD〜1.0で100μlのナノクラスターの懸濁液を混ぜる。 </li><li> 10 -3 M 5 kDaのチオールPEGの10μLを加え、室温で15分間振とうする。 </li><li> 3分間830×gでソリューションを遠心。上澄みを捨て、100μlの2％PBS、pH7.2の中で重量/体積5kDaのPEGで沈殿物を懸濁します。 </li><li>抗体結合ナノクラスターの吸光度スペクトルを測定し、tに比較彼は裸のナノクラスターのスペクトルを吸光度です。抱合後にナノメートルの赤色偏移のカップルを期待しています。 </li><li>赤NIR領域におけるODの増加に伴って大きな変化によって示されるように、ナノ粒子が凝集した場合、5×10 -3 Mに、チオールPEGの濃度を増加させるまた、30分にチオールPEGとのインキュベーション時間を増大させ、200×gの単位での遠心速度を低下させる。 </li><li>癌細胞ラベリング試験のために、いずれかの培地または1×PBS中の癌細胞懸濁液（1ミリリットル〜10 6細胞）を、ステップ4.9からの抗体コンジュゲートナノ粒子を追加し、60分間混合する。 </li></ol>

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	<li>Bigall, N. C., Parak, W. 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著者は、彼らが競合する金融利害がないことを宣言します。

磁気プラズモニックナノクラスターの合成に成功における重要なステップは、高度に単分散し、一次ゴールドシェル/鉄酸化物コア粒子を作製し、ナノクラスターに一次粒子の自己組織化を指示することを含む。一次粒子と界面活性剤とのモル比は、ナノクラスターのサイズ分布を決定する際に重要な役割を果たしている。一次粒子の不均一なサイズ分布は、磁気プラズモニックナノクラスタ...

個別の物理化学的特性を有する異なる材料からなるハイブリッドナノ粒子は、マルチモーダル分子イメージング、治療送達およびモニタリング、新たなスクリーニングおよび診断アッセイ1-3を含む生物医学的応用に新たな機会を開くことができます。それはプラズモン共鳴磁場に対する応答に関連付けられた非常に強い光散乱および吸収断面積を提供するので、単一ナノ粒子における表面プラズモンと磁気特性との組み合わせは、特に興味深い。例えば、磁気プラズモニックナノ粒子は、外部電磁石3-5を経由して時間信号の変調を適用することにより、標識された細胞の暗視野イメージングでのコントラストを高めるために使用した。磁気光音響イメージング、磁気プラズモニックナノ粒子は、コントラストと信号対バックグラウンドラットに大きな改善を可能にする - 最近では、同様の原理は、新しいイメージングモダリティの開発に適用されたioは6,7。また、ハイブリッドナノ粒子は、全血およびインビボ 8,9 中の循環腫瘍細胞の同時捕捉および検出のために使用できることが示された。さらに、磁気プラズモニックナノ粒子は、癌細胞10の光熱療法と組み合わせた分子の特定の光学的及びMRイメージングのために使用することができるセラノスティック剤が有望である。 いくつかのアプローチが磁気プラズモニックナノ粒子の合成のために調査した。例えば、Yu らダンベル状の二官能性のAuのFe 3 O 4ナノ粒子11を形成するために、金ナノ粒子上のFe（CO）5の分解や酸化を利用した。 Wang らは、熱分解法12を用いて、金被覆酸化鉄ナノ粒子を合成した。いくつかの他のアプローチは、Agを堆積する磁気コアナノ粒子​​上にコーティングポリマーまたはアミン機能性分子に依存しているハイブリッド粒子7,13を作成するために、ポリマー表面上に古いシェル。また、酸化鉄ナノ粒子は、静電的相互作用または化学反応14,15を介して金ナノロッドに結合させた。これらのアプローチは、磁気プラズモニックナノ構造をもたらすが、それらはそのような生物医学的用途において非常に望ましい両方とも、近赤外（NIR）ウィンドウ内の光吸収や強い磁気モーメントとして磁気プラズモニック組み合わせのある程度特性に妥協。例えば、ダンベルのAuのFe 3 O 4ナノ粒子に起因このスペクトル範囲において高い組織濁度インビボにおけるそれらの有用性を制限する520nmでのプラズモン共鳴ピークを有する。さらに、現在のプロトコルによって生成される磁気プラズモニックナノ粒子は、ACHかもしれないよりもはるかに少ないつだけ11または数（10未満）14,15超常磁性部分（ 例えば 、酸化鉄ナノ粒子）に制限されています高密度に充填されたナノ構造にieved。例えば、高密度に充填された直径60nmの球状ナノ粒子は、千6 nmの超常磁性ナノ粒子のオーダーに含めることができます。そのため、ハイブリッドナノ粒子の磁気特性を向上させるための大きな余地がある。また、前述のプロトコルのいくつかは、比較的複雑であり、合成14,15の間に粒子の凝集を回避するために慎重な最適化を必要とする。 ここでは、強力な磁気モーメントと現在の技術の主要な制限に対処する強力な近赤外吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。合成は、水中油型マイクロエマルション法16においてその起源を持っています。それは、はるかに小さい一次粒子​​から所望の大きさのナノ粒子のアセンブリに基づいています。このアプローチは成功し、金、酸化鉄、及び半導体PRIのような単一の材料からナノ構造を生成するために使用されているメアリーは16粒子 。私たちは、最終的な球状のナノ構造体への一次ハイブリッド粒子を組み立て、その後、6 nmの直径の金のシェル/酸化鉄コア粒子を製造し、第による磁気プラズモニックナノ粒子の合成に拡張する。ナノクラスターに一次粒子の組み立ては、このような超常磁性の特性を維持しながら、より強力な磁気モーメントを達成する等の構成ナノ粒子の特性を高めることができますが、またこうしてこのような強力等の構成のナノ粒子、欠席新しい特性を作成し、個別のナノ粒子間の相互作用を利用しているだけでなく、 NIRウィンドウ内の光吸収。このプロトコルは、磁気およびプラズモニック機能の高密度ハイブリッドナノ粒子が得られます。一次粒子が合成された後、本手法は、基本的に単純なワンポット反応である。全体的なプラズモン共鳴強度および磁気モーメントが一次粒子と、THERの数によって決定されるお使いになる前に、容易にアプリケーションに応じて最適化することができる。さらに、私たちはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学的用途のためのハイブリッドナノ粒子に抗体結合のための手順を開発しました。抗体は、抗原が標的化するための利用可能な結合を担うFab部分を残して、Fc部分を介して結合されている。

<table><tbody><tr><td>PYREX 50 ml round bottom boiling flask with short neck &amp;amp; 24/40 [ST] joint</td><td>Corning</td><td>4320A-50</td><td>Thermal decomposition reaction</td></tr><tr><td>PYREX 41 x 300 mm 5-bulb Allihn condenser with 24/40 [ST] outer/inner joints</td><td>Corning</td><td>2480-300</td><td>Thermal decomposition reaction</td></tr><tr><td>Silicone oil</td><td>Fisher</td><td>S159-500</td><td>Oil bath</td></tr><tr><td>Hot plate stirrer</td><td>Corning</td><td>PC-351</td><td>Heat the reacton with stirring function</td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>ThermoWorks</td><td>221-092</td><td>Measure temperature</td></tr><tr><td>Iron(III) acetylacetonate</td><td>Fisher</td><td>AC11913-0250</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Oleic acid 99%</td><td>Fisher</td><td>A195-500</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Gold(III) acetate</td><td>Fisher</td><td>AA3974206</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Fisher</td><td>H292-1</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Phenyl ether 99%</td><td>Fisher</td><td>AC13060-0025</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>1,2-Hexadecanediol 90%</td><td>Sigma</td><td>213748-50G</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Oleylamine 70%</td><td>Sigma</td><td>O7805-100G</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Sodium dodecyl sulfate</td><td>Fisher</td><td>BP166-100</td><td>Cluster synthesis</td></tr><tr><td>Sodium citrate dihydrate</td><td>Sigma</td><td>W302600</td><td>Cluster synthesis</td></tr><tr><td>Monoclonal anti-EGF receptor antibody</td><td>Sigma</td><td>E2156</td><td>Cell labeling specificity test</td></tr><tr><td>Monoclonal anti-HER2 antibody</td><td>Sigma</td><td>AMAB90627</td><td>Cell labeling specificity test</td></tr><tr><td>Sodium periodate</td><td>Sigma</td><td>311448</td><td>Oxidate Fc region of antibodies</td></tr><tr><td>Dithiolaromatic PEG6-CONHNH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>SensoPath Technologies</td><td>SPT-0014B</td><td>Heterofunctional linker for antibody conjugation to nanoclusters</td></tr><tr><td>Methoxy-PEG-thiol, 5 k</td><td>Creative PEGworks</td><td>PLS-604</td><td>Passivate the remaining gold surface after antibody conjugation</td></tr><tr><td>Amicon Ultra-4 centrifugal filter unit with Ultracel-10 membrane</td><td>Millipore</td><td>UFC801008</td><td>Protein purification</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma</td><td>H3375</td><td>Buffer</td></tr><tr><td>PBS, 1x solution</td><td>Fisher</td><td>BP2438-20</td><td>Buffer</td></tr><tr><td>UV-Vis spectroscopy</td><td>BioTek&amp;nbsp;</td><td>Synergy HT</td><td>Obtain spectrum</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td>Separation</td></tr><tr><td>Transmission Electron Microscope</td><td>FEI</td><td>TECNAI G2 F20 X-TWIN</td><td>Obtain morphology of nanostructures</td></tr><tr><td>Upright microscope</td><td>Leica</td><td>DM6000</td><td>Obtain dark-field images</td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Branson</td><td>1510</td><td>Sonication</td></tr><tr><td>Carbon film 300 mesh grid</td><td>EMS</td><td>CF300-Cu</td><td>TEM imaging</td></tr><tr><td>96-well plate</td><td>Corning</td><td>09-761-145</td><td>UV-Vis reading plate</td></tr></tbody></table>

synthesis of immunotargeted magneto-plasmonic nanoclusters

単一ナノ粒子に複合磁気とプラズモニック特性は、コントラスト小説磁力の画像診断法の向上、同時キャプチャと（のCTC）循環腫瘍細胞の検出、および光熱療法と併用マルチモーダル分子イメージングなど、生物医学アプリケーションの数で有利である相乗効果を提供癌細胞の。これらのアプリケーションは、近赤外（NIR）領域での光吸収率と強い磁気モーメントを持つ磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルの開発に大きな関心を刺激してきた。ここでは、水中油型マイクロエマルション法に基づいているようなハイブリッドナノ粒子の合成のための新規なプロトコルを提示する。ここに記載されたプロトコルのユニークな特徴は、磁気プラズモニック特性があり、一次ブロックからさまざまなサイズの磁気プラズモニックナノ粒子の合成である。このアプローチは、高いデンを有するナノ粒子が得られ均一にナノ粒子の体積全体に分散されている磁気およびプラズモニック機能のsity。ハイブリッドナノ粒子は、容易に標的とするための利用可能な抗原結合を担うFab部分を残して、Fc部分を介して抗体を結合することによって官能化することができる。

immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成のためのスキームを図2に示す。まず、磁性のFe 3 O 4の酸化鉄ナノ粒子は、熱分解法によって合成されている。その後、薄い約 1 nm金シェルは、熱分解によって酸化鉄コア粒子上に堆積される。プライマリ約 6nmのハイブリッドナノ粒子は、水中油型マイクロエマルション法を利用して磁気プラズモ?...

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Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

ここでは、強力な磁気モーメントと強い近赤外（NIR）吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。このプロトコルはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学アプリケーションのためのFc部分を介してナノ粒子への抗体結合が含まれています。

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

15.2K ビュー.  University of Texas at Austin. ここでは、強力な磁気モーメントと強い近赤外（NIR）吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。このプロトコルはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学アプリケーションのためのFc部分を介してナノ粒子への抗体結合が含まれています。 

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Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

生物工学

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

化学

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

多機能ハイブリッドのFe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Auナノ粒子の効率的なプラズモニック暖房

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

工学

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Enrich and Expand Rare Antigen-specific T Cells with Magnetic Nanoparticles

We have developed a tool to both enrich and expand antigen-specific T cells. This can be helpful in cases such as to A) detect the existence of antigen-specific T cells, B) probe the dynamics of antigen-specific responses, C) understand how antigen-specific responses affect disease state such as autoimmunity, D) demystify heterogeneous responses for antigen-specific T cells, or E) utilize antigen-specific cells for therapy. The tool is based on a magnetic particle that we conjugate antigen-specific and T cell co-stimulatory signals, and that we term as artificial antigen presenting cells (aAPCs). Consequently, since the technology is simple to produce, it can easily be adopted by other laboratories; thus, our purpose here is to describe in detail the fabrication and subsequent use of the aAPCs. We explain how to attach antigen-specific and co-stimulatory signals to the aAPCs, how to utilize them to enrich for antigen-specific T cells, and how to expand antigen-specific T cells. Furthermore, we will highlight engineering design considerations based on experimental and biological information of our experience with characterizing antigen-specific T cells.

Antigen-specific T cells are difficult to characterize or utilize in therapies due to their extremely low frequency. Herein, we provide a protocol to develop a magnetic particle which can bind to antigen-specific T cells to enrich these cells and then to expand them several hundred-fold for both characterization and therapy.

豊かにし、磁性ナノ粒子でまれな抗原特異的 T 細胞を展開

We have developed a tool to both enrich and expand antigen-specific T cells. This can be helpful in cases such as to A) detect the existence of ...

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the target site while minimizing deleterious effects to off-target sites. Magnetic cell targeting is an efficient, safe, and straightforward delivery technique. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are biodegradable, biocompatible, and can be endocytosed into cells to render them responsive to magnetic fields. The synthesis process involves creating magnetite (Fe3O4) nanoparticles followed by high-speed emulsification to form a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating. The PLGA-magnetite SPIONs are approximately 120 nm in diameter including the approximately 10 nm diameter magnetite core. When placed in culture medium, SPIONs are naturally endocytosed by cells and stored as small clusters within cytoplasmic endosomes. These particles impart sufficient magnetic mass to the cells to allow for targeting within magnetic fields. Numerous cell sorting and targeting applications are enabled by rendering various cell types responsive to magnetic fields. SPIONs have a variety of other biomedical applications as well including use as a medical imaging contrast agent, targeted drug or gene delivery, diagnostic assays, and generation of local hyperthermia for tumor therapy or tissue soldering.

Targeted cell delivery is useful in a variety of biomedical applications. The goal of this protocol is to use superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) to label cells and thereby enable magnetic cell targeting approaches for a high degree of control over cell delivery and localization.

細胞標識および超常磁性酸化鉄ナノ粒子とターゲティング

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical lattice consists of an array of nanostructures, which exhibit a variety of trapping and transport behaviors. We report the experimental procedures to trap micro-particles in a simple square nanoplasmonic optical lattice. We also describe the optical setup and the nanofabrication of a nanoplasmonic array. The optical potential is created by illuminating an array of gold nanodiscs with a Gaussian beam of 980 nm wavelength, and exciting plasmon resonance. The motion of particles is monitored by fluorescence imaging. A scheme to suppress photothermal convection is also described to increase usable optical power for optimal trapping. Suppression of convection is achieved by cooling the sample to a low temperature, and utilizing the near-zero thermal expansion coefficient of a water medium. Both single particle transport and multiple particle trapping are reported here.

We describe a procedure to optically trap micro-particles in nanoplasmonic optical lattice.

Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

Synthesis of Near-Infrared Emitting Gold Nanoclusters for Biological Applications

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been devoted to their development. In this protocol, a recently developed, facile method for preparation of water soluble, biocompatible, and colloidally stable near-infrared emitting AuNCs have been described in detail. This room-temperature, bottom-up chemical synthesis provides easily functionalizable AuNCs capped with thioctic acid and thiol-modified polyethylene glycol in aqueous solution. The synthetic approach requires neither organic solvents or additional ligand exchange nor extensive knowledge of synthetic chemistry to reproduce. The resulting AuNCs offer free surface carboxylic acids, which can be functionalized with various biological molecules bearing a free amine group without adversely affecting the photoluminescent properties of the AuNCs. A quick, reliable procedure for flow cytometric quantification and confocal microscopic imaging of AuNC uptake by HeLa cells also been described. Due to the large Stokes shift, proper setting of filters in flow cytometry and confocal microscopy is necessary for efficient detection of near-infrared photoluminescence of AuNCs.

A reliable and easily reproducible method for preparation of functionalizable, near-infrared emitting photoluminescent gold nanoclusters and their direct detection inside HeLa cells by flow cytometry and confocal laser scanning microscopy is described.

近赤外線発光金ナノクラスターの生物応用のための合成

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

要約

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強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

多機能ハイブリッドのFe

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

豊かにし、磁性ナノ粒子でまれな抗原特異的 T 細胞を展開

細胞標識および超常磁性酸化鉄ナノ粒子とターゲティング

Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

近赤外線発光金ナノクラスターの生物応用のための合成

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

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強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

多機能ハイブリッドのFe

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

豊かにし、磁性ナノ粒子でまれな抗原特異的 T 細胞を展開

細胞標識および超常磁性酸化鉄ナノ粒子とターゲティング

Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

近赤外線発光金ナノクラスターの生物応用のための合成

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作