Este trabalho foi financiado em parte pelos subsídios NIH R01 e R01 EB008101 CA103830.

1. Aparelhos de Copos Preparação <ol><li> Usar equipamento de proteção adequado, ou seja, um jaleco, luvas descartáveis ​​e proteção para os olhos. </li><li> Conectar um balão de fundo redondo com um condensador e mergulhá-lo em um banho de óleo de silicone com uma monitorização de temperatura por um termómetro. Coloque uma fonte de calor (por exemplo, placa de aquecimento), sob o banho de óleo (Figura 1). Utilizar um termómetro capaz de medir a temperatura mais elevada do que 260 ° C. </li></ol> Nanopartículas 2 Síntese de híbrido primário Magneto-plasmônicos <ol><li> Fazer Magnetic Núcleo Nanopartículas <ol><li> Adicionar 353,2 mg (1 mmol) de ferro acetilacetonato (III), 1 ml (2 mmol) de ácido oleico, 1 ml (2 mmol) oleilamina, 1,292 g (5 mmol) de 1,2-hexadecanediol, e 10 ml de éter de fenil a uma ronda frasco -bottom. </li><li> Agita-se vigorosamente a mistura usando uma barra de agitação e aquece-magnética a 250-260 ° C durante 1 h sob refluxo. Em seguida, aguarde a solução para se refrescarpara baixo para a TA. Certifique-se de que a temperatura está abaixo de 260 ° C para evitar a ebulição do éter fenil e evitar uma explosão da mistura de reacção do balão de fundo redondo para o condensador. ATENÇÃO: A mistura de reacção é extremamente quente e os produtos químicos podem causar irritação. Deve operar sob um exaustor e usar equipamentos de proteção individual adequados. Assegurar uma ventilação adequada para o banho de óleo. NOTA: O banho de óleo mantido a 250-260 ° C de temperatura durante 1 hora durante a síntese das nanopartículas magnéticas. Em princípio, um vidro pirex pode ser utilizado para esta finalidade. No entanto, a temperatura máxima contínua de vidro Pyrex é ~ 260 ° C de acordo com a informação de vendedor. Portanto, um recipiente de metal proporciona uma opção mais segura para a reação, pois ele pode suportar uma temperatura mais elevada e durar mais tempo durante várias execuções. </li></ol></li><li> Deposição de uma concha de ouro em nanopartículas núcleo magnético <ol><li> Adicionar 411,5 mg (1,1 mmol) ace ouroTate, 0,25 ml (0,75 mmol) de ácido oleico, 1,5 ml (3,0 mmol) oleilamina, 775,3 mg (3 mmol) de 1,2-hexadecanediol, e 15 ml de éter de fenil para um balão de fundo redondo. </li><li> Adicionar 5 ml de suspensão de nanopartículas magnéticas a partir do passo 2.1. Aquece-se a mistura de reacção a 180 ° C e manter sob refluxo durante 1 hora. Aguarde até que a solução para esfriar a temperatura ambiente. </li><li> Adicionar 50 ml de etanol para precipitar as nanopartículas híbridos primários seguido de centrifugação a 3250 × g durante 15 min. </li><li> Ressuspender o precipitado em 25 ml de hexano por meio de um banho de ultra-sons. Adicionar 25 ml de etanol para precipitar as nanopartículas híbridos primários. Centrifugar a 3.250 xg durante 15 min e ressuspender o precipitado em hexano. Repita este passo três vezes. </li><li> Secam-se as nanopartículas híbridas primário precipitados em um excicador de vácuo S / N. Confirme que as partículas estão completamente secos. </li></ol></li></ol> Nanoclusters 3 Híbrido Magneto-plasmônicos Síntese e Separação Tamanho <ol><li&gt; Ressuspender 5 mg de nanopartículas híbridas primárias secas em 1 ml de hexano, usando um sonicador de banho. Sonicar a suspensão de nanopartículas até nenhum precipitado visível está presente. </li><li> Adicionar a solução do passo 3,1-10 ml de solução aquosa de dodecil sulfato de sódio (2,8 mg / ml) em um frasco de vidro de 20 ml com tampas anexadas. Adicionar a suspensão de nanopartículas híbridas primário gota a gota para evitar a mistura das duas fases antes da etapa seguinte. </li><li> Sonicar a solução de duas fases, em um banho de ultra-sons, durante 2 horas, seguido por aquecimento num banho de água a 80 ° C durante 10 min. Aguarde até que a solução para esfriar a temperatura ambiente. <ol><li> Encha de água para a linha de nível operacional do banho de ultra-sons. Centralize o frasco de vidro no banho de ultra-sons. Forma-se um emulsão imediatamente entre as duas fases. Agitar a solução de duas fases com a mão após o início da sonicação; isso facilita a mistura entre a fase que contém nanopartículas híbridos primários e a fase aquosa inferior. NOTA: Lembre-se that do sonicador vai aquecer após 2 horas de operação. </li></ol></li><li> Centrifugar a suspensão a 100 nanocluster híbrido xg durante 30 min. Recolhe-se o precipitado e tanto o sobrenadante. Ressuspender o precipitado em 0,1 mM de citrato de sódio 10 min sob ultra-sons. O tamanho esperado das nanopartículas é ~ 180 nm de diâmetro. </li><li> Transferir o sobrenadante do passo 3.3 para um novo tubo cónico. </li><li> Centrifugar a suspensão a partir do passo 3.4 a 400 xg durante 30 min. Recolhe-se o precipitado e tanto o sobrenadante. Ressuspender o precipitado em 0,1 mM de citrato de sódio 10 min sob ultra-sons. O tamanho esperado das nanopartículas é ~ 130 nm de diâmetro. </li><li> Transferir o sobrenadante do passo 3.5 para um novo tubo cónico. </li><li> Centrifugar a suspensão a partir do passo 3.6 a 1.500 xg durante 30 min. Recolher o precipitado e ressuspender em citrato de sódio 0,1 mM menos de 10 min de sonicação. O tamanho esperado das nanopartículas é ~ 90 nm de diâmetro. </li><li> Adicionar 300 _6, l nanocluster suspensão para um leitor de microplacas de 96 poços para medir um espectro de absorção de UV-Vis-NIR. Queda de 10 mL de suspensão nanocluster em malha de cobre revestido de carbono para TEM imagem. </li></ol> 4. Conjugação de Anticorpos Monoclonais para Nanoclusters <ol><li> Preparar solução de 100 ul de anticorpo monoclonal (1 mg / ml) em PBS, pH 7,2, por exemplo, anti-Receptor do Factor de Crescimento Epidérmico 2 (HER2) ou anticorpos anti-factor de crescimento epidérmico receptor 1 (EGFR). </li><li> Adicionar a solução de anticorpo a partir do passo 4,1-3,9 ml de HEPES 4 mM, pH 7,2. Centrifugar a solução através de um filtro centrífugo 10 k MWCO em 3250 xg durante 20 minutos a 8 ° C. Ressuspender o anticorpo em HEPES 4 mM, pH 7,2, para um volume final de 100 ul. NOTA: Este passo é realizado para substituir o suporte de dados original na solução de anticorpo com HEPES. </li><li> Adicionam-se 10 ul de 100 mM NAIO 4-100 ul de solução de anticorpo. Cubra o frasco de reação com um alfolha uminum à TA e mistura-se durante 30 min utilizando um agitador orbital. </li><li> Extingue-se a reacção por adição de 500 ul de 1x PBS. </li><li> Adicionar 2 ml de solução de ligante de 46,5 mM (dithiolaromatic PEG6-CONHNH 2) à solução do anticorpo a partir do passo 4.4 e agita-se durante 1 hora à temperatura ambiente. </li><li> Filtrar a solução através de um filtro centrífugo 10 k MWCO em 3250 xg durante 20 minutos a 8 ° C. Ressuspender o anticorpo em 1x PBS, para um volume final de 100 uL, que conduz a uma concentração de anticorpo de ~ 1 mg / ml. </li><li> Misturar 100 mL em suspensão nanocluster OD ~ 1,0 com 1 ml de anticorpos modificados a partir do passo 4.6 (1 mg / ml) durante 120 minutos à temperatura ambiente. </li><li> Adicionar 10 ul de 10 -3 M de 5 kDa PEG tiol e agitar por 15 min à temperatura ambiente. </li><li> Centrifuga-se a solução a 830 x g durante 3 min. Descartar o sobrenadante e ressuspender o sedimento em 100 ul de 2% w / v de PEG de 5 kDa, em PBS, pH 7,2. </li><li> Medir o espectro de absorção das nanopartículas de anticorpo conjugado e comparar a tele absorbância espectro das nanopartículas nuas. Espere alguns nanômetros desvio para o vermelho após a conjugação. </li><li> Se as nanopartículas agregar, como mostrado por uma mudança significativa, com um aumento na OD na região do vermelho-NIR, aumentar a concentração de PEG tiol de 5 x 10 -3 M. Além disso, aumentar o tempo de incubação com o tiol de PEG a 30 min e diminui a velocidade da centrífuga, em incrementos de 200 xg. </li><li> Para o teste de rotulagem de células cancerígenas, adicione o anticorpo nanopartículas conjugados a partir do passo 4.9 para suspensão de células de câncer no Médio ou 1x PBS (1 ml ~ 10 6 células) e misture por 60 min. </li></ol>

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	<li>Bigall, N. C., Parak, W. J., Dorfs, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent,+magnetic+and+plasmonic&#8212;Hybrid+multifunctional+colloidal+nano+objects.">Fluorescent, magnetic and plasmonic&#8212;Hybrid multifunctional colloidal nano objects.</a> Nano Today. 7, 282-296 (2012).</li><li>Gautier, J., Allard-Vannier, E., Herve-Aubert, K., Souce, M., Chourpa, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+strategies+of+hybrid+metallic+nanoparticles+for+theragnostic+applications.">Design strategies of hybrid metallic nanoparticles for theragnostic applications.</a> Nanotechnology. 24, 432002 (2013).</li><li>Wei, Q., Wei, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+with+dynamic+contrast+agents.">Optical imaging with dynamic contrast agents.</a> Chemistry. 17, 1080-1091 (2011).</li><li>Aaron, J. 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A., Bankson, J., Aaron, J., Sokolov, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+plasmonic+magnetic+nanoparticles+as+molecular+specific+agents+for+MRI/optical+imaging+and+photothermal+therapy+of+cancer+cells.">Hybrid plasmonic magnetic nanoparticles as molecular specific agents for MRI/optical imaging and photothermal therapy of cancer cells.</a> Nanotechnology. 18, 325101 (2007).</li><li>Yu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dumbbell-like+bifunctional+Au-Fe3O4+nanoparticles.">Dumbbell-like bifunctional Au-Fe3O4 nanoparticles.</a> Nano letters. 5, 379-382 (2005).</li><li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodispersed+core-shell+Fe3O4@Au+nanoparticles.">Monodispersed core-shell Fe3O4@Au nanoparticles.</a> The journal of physical chemistry. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand-mediated+self-assembly+of+hybrid+plasmonic+and+superparamagnetic+nanostructures.">Ligand-mediated self-assembly of hybrid plasmonic and superparamagnetic nanostructures.</a> Langmuir. 29, 2465-2470 (2013).</li><li>Bai, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Versatile+Bottom&#8208;up+Assembly+Approach+to+Colloidal+Spheres+from+Nanocrystals.">A Versatile Bottom&#8208;up Assembly Approach to Colloidal Spheres from Nanocrystals.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46, 6650-6653 (2007).</li></ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

As etapas críticas na síntese bem-sucedida de nanopartículas de magneto-plasmônica incluem tornar altamente monodispersos ouro primário shell / núcleo de ferro óxido de nanopartículas e dirigir a auto-montagem das partículas primárias em nanopartículas. A proporção molar entre as partículas primárias e surfactantes desempenham um papel importante na determinação da distribuição do tamanho das nanopartículas. Distribuição de tamanho não uniforme das nanopartículas primárias podem causar a formaç...

Nanopartículas híbridas, compreendendo diferentes materiais com propriedades físico-químicas distintas pode abrir novas oportunidades em aplicações biomédicas, incluindo imagens multimodal molecular, a administração de terapêutica e acompanhamento, nova triagem e testes de diagnóstico 1-3. A combinação de propriedades magnéticas e plasmonic num nanopartículas é de particular interesse uma vez que proporciona uma muito forte absorção de luz e dispersão de secções transversais associadas com ressonâncias plasmon e capacidade de resposta a um campo magnético. Por exemplo, as nanopartículas magneto-plasmonic foram usadas para aumentar o contraste de imagem de campo escuro de células marcadas por aplicação de uma modulação de sinal temporal, através de um electroíman externo 3-5. Mais recentemente, um princípio semelhante foi aplicada no desenvolvimento de uma nova modalidade de imagens - imagiologia magneto-fotoacústica, onde nanopartículas magneto-plasmónico permitir grandes melhorias em contraste rato e de sinal para fundoio 6,7. Mostrou-se também que as nanopartículas híbridas podem ser usadas para a captura e detecção de células tumorais em circulação em todo o sangue e in vivo 8,9 simultânea. Além disso, as nanopartículas magneto-plasmônicos são promissores agentes theranostic que podem ser usados ​​para imagiologia óptica molecular e MR especifica combinada com a terapia de células cancerosas fototérmica 10. Várias abordagens foram exploradas para a síntese de nanopartículas magneto-plasmónico. Por exemplo, Yu et al. Decomposição utilizado e a oxidação de Fe (CO) 5, em nanopartículas de ouro para formar haltere-bifuncionais como Au-Fe 3 O 4 nanopartículas 11. Wang et al. Sintetizaram nanopartículas de óxido de ferro revestidas com ouro usando o método de decomposição térmica 12. Alguns outros métodos baseiam-se em polímero de revestimento ou de amina moléculas funcionais a nanopartículas de núcleo magnético, seguido de deposição de agshell de idade sobre a superfície do polímero para criar o híbrido partículas 7,13. Além disso, as nanopartículas de óxido de ferro foram anexados ao nanobastões de ouro via interações eletrostáticas ou uma reação química 14,15. Embora estas abordagens produzir nanoestruturas magneto-plasmonic, que comprometem a algumas propriedades de extensão da combinação magneto-plasmónico como absorvância óptica na janela do infravermelho próximo (NIR), ou um forte momento magnético ambos os quais são altamente desejáveis ​​em aplicações biomédicas. Por exemplo, haltere Au-Fe 3 O 4 nanopartículas tem um pico de ressonância de plasmon de a 520 nm, o que limita a sua utilidade in vivo devido à turvação elevado tecido nesta gama espectral. Além disso, as nanopartículas magneto-plasmónico produzidas por protocolos correntes estão limitados a apenas um ou alguns (11 a menos de 10) 14,15 metades superparamagnéticas (por exemplo, nanopartículas de óxido de ferro) que é significativamente menor do que poderia ser achquistada em uma nanoestrutura densamente. Por exemplo, a 60 nm de diâmetro das nanopartículas esféricas densamente pode conter na ordem de um milhar de 6 nanopartículas superparamagnéticas nm. Por conseguinte, existe uma grande margem para melhorar as propriedades magnéticas das nanopartículas híbridas. Além disso, alguns dos protocolos anteriormente descritos são relativamente complexas e requerem optimização cuidadosa, a fim de evitar a agregação das partículas durante a síntese 14,15. Aqui, nós descrevemos um protocolo para a síntese de nanopartículas magneto-plasmónico com um forte momento magnético e uma forte absorvância NIR que aborda as principais limitações da técnica actual. A síntese tem suas origens no método 16 microemulsão óleo em água. Ele baseia-se na montagem de nanopartículas de um tamanho desejado de uma muito menores partículas primárias. Esta abordagem tem sido utilizada com sucesso para a produção de nanoestruturas de um único material, tal como ouro, óxido de ferro, e pri semicondutormary partículas 16. Nós alargado a síntese de nanopartículas de magneto-plasmônica, por um lado, fazendo 6 nm de diâmetro de concha de ouro / núcleo de ferro óxido de partículas e, em seguida, montar as partículas híbridas primárias para a nanoestrutura esférico final. Montagem partículas primárias em nanopartículas não só permite melhorar as propriedades das nanopartículas constituintes, tais como realização de um momento magnético mais forte, preservando as propriedades superparamagnéticas, mas também tira proveito da interação entre nanopartículas individuais, criando assim novas características ausentes das nanopartículas constituintes, como a forte absorção óptica na janela de NIR. Este protocolo resulta nanopartículas híbridas com uma alta densidade de funcionalidades magnéticos e plasmonic. Depois de as partículas primárias são sintetizados, o nosso método é essencialmente uma reacção simples de um só recipiente. A força total de ressonância de plasmon de momento magnético e são determinadas por um certo número de partículas primárias e, utrasntes, pode ser facilmente otimizado de acordo com o pedido. Além disso, também desenvolvemos um procedimento para anticorpo conjugação com as nanopartículas híbridas para várias aplicações biomédicas que exigem segmentação específica molecular. Os anticorpos são ligados através da unidade Fc deixando a porção Fab que é responsável pela ligação ao antigénio disponíveis para direccionamento.

<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

Propriedades magnéticas e plasmonic combinadas em um único nanopartícula proporcionar uma sinergia que é vantajoso em algumas aplicações biomédicas, incluindo aumento de contraste em novas modalidades de imagem magnetomotrizes, captação simultânea e detecção de células tumorais em circulação (CTC), e imagiologia molecular multimodal combinada com terapia fototérmica de células cancerosas. Estas aplicações têm estimulado um interesse significativo no desenvolvimento de protocolos para a síntese de nanopartículas de magneto-plasmônica com absorção óptica na região do infravermelho próximo (NIR) e um forte momento magnético. Aqui, nós apresentamos um novo protocolo para a síntese de tais nanopartículas híbridas que é baseada num método de microemulsão óleo-em-água. A característica única do protocolo aqui descrito é a síntese de nanopartículas de magneto-plasmônica de vários tamanhos de blocos primários que também têm características magneto-plasmônicos. Esta abordagem produz nanopartículas com uma alta densidade de funcionalidades magnéticos e plasmonic que são distribuídos uniformemente em todo o volume de nanopartículas. As nanopartículas híbridos podem ser facilmente funcionalizados anexando anticorpos através da porção Fc deixando a porção Fab que é responsável pela ligação ao antigénio disponíveis para direccionamento.

Um esquema para a síntese de nanopartículas magneto-plasmónico immunotargeted é mostrado na Figura 2. Primeiro, magnéticos Fe 3 O 4 nanopartículas de óxido de ferro são sintetizados através do método de decomposição térmica. Em seguida, um a cerca de 1 nm de ouro casca fina é depositado sobre as partículas de núcleo de óxido de ferro, através da decomposição térmica. As nanopartículas híbridos primários cerca de 6 nm servem como sementes pa...

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Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Aqui, nós descrevemos um protocolo para a síntese de nanopartículas de magneto-plasmônica com um forte momento magnético e um (NIR) absorção forte de infravermelho próximo. O protocolo também inclui a conjugação de anticorpos para as nanopartículas, através da unidade Fc para diversas aplicações biomédicas que requerem direccionamento específico molecular.

Síntese de Immunotargeted magneto-plasmónico Nanoclusters

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

synthesis-of-immunotargeted-magneto-plasmonic-nanoclusters

Research

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Chemistry

15.2K visualizações.  University of Texas at Austin.  Aqui, nós descrevemos um protocolo para a síntese de nanopartículas de magneto-plasmônica com um forte momento magnético e um (NIR) absorção forte de infravermelho próximo. O protocolo também inclui a conjugação de anticorpos para as nanopartículas, através da unidade Fc para diversas aplicações biomédicas que requerem direccionamento específico molecular. 

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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.

Utilização de Nanoestruturas Cristal plasmônicos e Fotônica para Manipulação de Micro-e Nanopartículas melhorada

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

Bioengenharia

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.

Síntese, caracterização e funcionalização de híbrida UA / CDS e Au / ZnS Núcleo / Shell Nanopartículas

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

Química

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.

Híbrido multifuncional Fe<sub&gt; 2</sub&gt; ó<sub&gt; 3</sub&gt; -au Nanopartículas para Aquecimento plasmonic Eficiente

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

Engenharia

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.

Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e 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 ...

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.

Fabricação de matrizes de periódicos Nanocup ouro usando litografia coloidal

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.

Enriquecer e expandir células raras T antígeno-específicos com nanopartículas magnéticas

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.

Rotulagem celular e Segmentação com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas

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.

Captura de Micro partículas em Lattice ótico Nanoplasmonic

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.

Síntese de nanoaglomerados de ouro emissor próximos para aplicações biológicas

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.

Microbolhas magnéticas, acústicas e óptica-tripla-responsivas para hipertermia magnética e terapia de câncer de combinação pothototérmica

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 ...