JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Facile bir protokol nanodiamonds polydopamine ile yüzeyleri functionalize için sunulmuştur.

Özet

Nanodiamonds (NDs) yüzey functionalization hala fonksiyonel grupların ND yüzeylerde çeşitliliği nedeniyle zordur. Burada, biz NDs çok fonksiyonlu yüzey modifikasyonu için basit bir protokol midye ilham kaynağı polydopamine (PDA) kaplama kullanarak göstermek. Buna ek olarak, NDs PDA'da fonksiyonel tabakasının sentez ve metal nano tanecikleri stabilize etmek üzere bir indirgeyici hizmet verebilir. Dopamin (DA) kendi kendine polimerize ve NDs ve dopamin sadece birlikte karıştırılır kendiliğinden PDA katmanları ND yüzeylerde kopyalarsınız. Bir PDA katman kalınlığı da konsantrasyon değişen tarafından kontrol edilir Tipik bir sonucu bu kalınlığı, ~ 5 ~ nm PDA tabakasının 100 nm ND süspansiyonlar için 50-100 µg/mL DA ekleyerek ulaşılabilir-15 gösterir. Ayrıca, PDA-NDs bir substrat Ag gibi metal iyonlarının azaltmak için kullanılan [(NH3)2]+ silver nano tanecikleri (AgNPs),. Ag ilk konsantrasyonları AgNPs boyutlarda itimat [(NH3)2]+. Ag konsantrasyon artışı ile birlikte [(NH3)2]+, NPs sayısını artırır, NPs çapları yanı sıra. Özet olarak, bu çalışmada sadece PDA ile NDs yüzeylerin değiştirmek için facile bir yöntem sunuyor ama aynı zamanda gelişmiş uygulamalar için çeşitli türler (AgNPs gibi) ilgi ankraj tarafından NDs gelişmiş işlevselliğini gösterir.

Giriş

Nanodiamonds (NDs), karbon bazlı bir roman malzeme kullanmak üzere çeşitli uygulamalar1,2son yıllarda büyük ilgi gördü. Örneğin, yüksek yüzey alanları NDS mükemmel katalizör destek metal nano tanecikleri (NPs) için kendi süper kimyasal kararlılık ve ısı iletkenlik3nedeniyle sağlar. Ayrıca, biyo-görüntülemede önemli roller, biyo-algılama ve ilaç dağıtım5onların üstün biyouyumluluk ve nontoxicity4,nedeniyle NDs oynamak.

Verimli yeteneklerini genişletmek için fonksiyonel gibi türlerin yüzeylerde NDS, proteinler, nükleik asitler ve nano tanecikleri6eşlenik için değerlidir. Fonksiyonel grupların çeşitli rağmen (Örn., hidroksil, karboksil, lactone, vb) oluşturulur onların arıtma sırasında NDs yüzeyler üzerinde fonksiyonel grupların konjugasyon verimi hala her düşük yoğunluk nedeniyle çok düşüktür aktif kimyasal grup7. Bu eğilimi kararsız NDs sonuçlar toplamak, daha fazla uygulama8sınırlama.

Şu anda, NDs, functionalize için kullanılan en yaygın yöntemleri yanında istimal bakır ücretsiz tıklayın Kimya9, Peptit nükleik asitler (PNA)10ve kendi kendine monte DNA11kovalent bağ kovalent konjugasyon vardır. NDs kovalent olmayan kaydırma Ayrıca, karbonhidrat-modified BSA4ve HSA12kaplama dahil olmak üzere teklif edildi. Ancak, bu yöntemler zaman alıcı ve verimsiz olduğu için basit ve genel olarak uygulanabilir bir yöntem NDs yüzeylerin değiştirmek için geliştirilebilir tercih edilir.

Dopamin (DA)13beyindeki doğal bir nörotransmitter olarak bilinen, yaygın kalarak ve nano tanecikleri altın nano tanecikleri (AuNPs)14, Fe2O315ve SiO216 gibi functionalizing için kullanılan . Kendi kendine polimerli PDA katmanları daha fazla doğrudan metal nano tanecikleri azaltmak veya kolayca thiol/Amin-içeren biomolecules sulu bir çözüm üzerinde hareketsiz için kullanılması gereken amino ve fenolik grupları zenginleştirmek. Bu basit yaklaşım son NDs functionalize Qin ve arktarafından uygulandı. ve bizim laboratuvar17,18, her ne kadar DA türevleri NDs ile Kimya tıklatın önceki çalışmalar19,20değiştirmek için istihdam edildi.

Burada, verimli bir şekilde NDs functionalizes bir PDA tabanlı basit yüzey modifikasyon yöntemi açıklanmaktadır. Konsantrasyonu DA değiştirerek, bir kaç nanometre PDA katmandan nanometre onlarca kalınlığı kontrol edebilirsiniz. Buna ek olarak, metal nano tanecikleri doğrudan azaltılmış ve ek toksik azaltma aracıları için gerek kalmadan PDA yüzeyinde stabilize. Gümüş nano tanecikleri boyutlar Ag ilk konsantrasyonları bağlıdır [(NH3)2]+. Bu yöntem, PDA iyi kontrollü birikimi NDs yüzeylerinde sağlar ve ND sentezi olarak katalizör mükemmel nano-platformları destekler, biyo-görüntüleme, hangi büyük ölçüde NDs işlevlerini genişleten AgNPs, Birleşik ve Biyo-sensörler.

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

Protokol

1. Reaktifler hazırlanması

Dikkat: Lütfen okuyun ve ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce anlamak. Bazı kimyasalların toksik ve uçucu vardır. Lütfen özel işlem yordamlar ve depolama gereksinimleri izleyin. Deneysel işlem sırasında kişisel koruyucu donanımları, eldiven, koruyucu gözlük ve önlük gibi potansiyel tehlikeleri önlemek için kullanın.

  1. Tris-HCl tampon hazırlanması
    1. 30.29 g Tris tozu 100 ml deiyonize H2O dağıtılması, toz tamamen çözülür sağlamak ve o zaman belgili tanımlık eriyik için 250 mL volumetric flask transferi.
    2. Tris arabelleği 1,0 M vermek hacimsel şişesi 250 mL ölçekli deiyonize H2O ekleyin.
    3. 1,0 M Tris arabelleğe 100 kez vermek 0,01 M Tris arabellek sulandırmak ve 8.5 için pH 1,0 M HCl standart çözüm kullanarak ayarlayın.
    4. PH-metre 0.01 M Tris-HCl tampon pH değerini ayarlamak için kullanın.
  2. ND süspansiyonlar hazırlanması
    1. 100 seyreltik Monokristalin ND süspansiyonlar (1,0 mg/mL) ile 0,02 mg/mL ND süspansiyonlar vermek için 50 kez 0.01 M Tris-HCl tampon nm.
  3. Dopamin çözüm hazırlanması
    1. Dopamin hidroklorür 10 mg/mL DA çözüm vermek için 0,01 M Tris-HCl tampon 2.0 ml 20 mg geçiyoruz.
      Not: DA çözüm olmalı taze hazırlanmış ve 15 dk içinde kullanılır.
  4. Ag [(NH3)2] OH çözüm hazırlanması
    1. AgNO3 10 mL deiyonize H2O 10 mg/mL AgNO3 çözüm vermek için katı 100 mg geçiyoruz.
    2. 1,0 M amonyum hidroksit (NH3· Ekle H2O) dropwise için AgNO3 çözüm sarı kadar çökelti formları sonra NH3· eklemeye devam H2O çözüm yağış kaybolana kadar.
      Not: gerekli en küçük birim olun; Kullanımdan hemen önce hazırlamak ve kullanımdan hemen sonra atmayın.
      Dikkat: Eklemek NH3· H2O duman Hood ile yüz, eldiven, kalkanlar ve koruyucu gözlük.

2. Sentez PDA katman NDs (PDA-NDs) yüzeyi

  1. Vermek için ND süspansiyonlar için taze hazırlanmış DA çözüm (10 mg/mL) çeşitli 50, 75, 100 son konsantrasyonları eklemek µg/mL da 1.0 ml toplam reaksiyon ses düzeyini ayarlama, 10 mL-tüp bebek için aktarmak ve karanlıkta 12 h 25 ° C'de karistirin.
  2. PDA-NDs çözüm 16.000 x g 2 h için santrifüj kapasitesi, süpernatant kaldırmak ve 16, 1 h için deiyonize su ile yıkama üç kez 000 x g her zaman.
  3. PDA-NDs deiyonize su sonication için 30 ile 200 µL yeniden dağıtmak s. PDA - NDs kaplı daha fazla kullanıma hazır olacak.

3. PDA-NDs (AgNPs-PDA-NDs) yüzeyinde AgNPs azalma

  1. Adım 2.3 önceden sentezlenmiş PDA-NDs 40 µL deiyonize su ile iki kez sulandırmak. Ekle Ag [(NH3)2] OH çözüm Ag çeşitli son konsantrasyonları vermek için [(NH3)2]+ (0,08, 0.16, 0,24, 0,40 ve 0.60 mg/mL).
  2. Bir 1,5 mL-santrifüj tüp 100 µL için son hacim sonication için 10 dk ardından deiyonize su ekleyerek ayarlayın.
  3. AgNPs-PDA-ücretsiz gümüş iyonları kaldırmak süpernatant Santrifüjü sonra atmak 100 µL deiyonize su ekleyin ve her zaman üç kez 16.000 x g 5 min için de deiyonize su ile yıkamak NDs için 16.000 x g de 15 dk santrifüj kapasitesi.
  4. AgNPs-PDA-NDs deionizedwater sonication için 30 ile 100 µL yeniden dağıtmak daha fazla kullanmak için hazırlamak için s.

4. PDA-NDs ve AgNPs-PDA-NDs kümeleri çözümleme

  1. Ultraviyole (UV) görünür spectra
    1. UV spektrumları AgNPs ortalama boyutu dağılımı PDA-ND yüzeylerde izlemek için kullanın. Adım 3.4 Ag [(NH3)2] OH 1 cm-kuvars küvet içinde çeşitli konsantrasyonları ile hazırlanan AgNPs-PDA-NDs örnekleri aktarmak ve tarama dalga boyu emme 250-550 izlemek nm.
  2. İletim seçim mikroskobu (TEM)
    1. Karbon kaplı bakır ızgaralar ızgaralar tutmak için parafilm ile sarılmış bir cam slayt üzerine yerleştirin. Cam slayt ekli TEM Izgaralar ile plazma temizleyici ekleyin. Plazma temizleyici ve vakum pompası açın. 5 dk sonra plazma açmak ve Izgaralar 3 min için bir orta güç düzeyi ile boşaltma.
    2. Mevduat 5 karbon film örneklerinin µL kaplı Cu-ızgaralar 3 dk. kullanım filtre kağıdı için kapalı ızgara kenarından ilave örnek fitil için. O zaman, 15 için ızgara üzerinde bir damla deiyonize su mevduat tuzları, kaldırmak için s sonra fitil su filtre kağıdı ile kapalı. İki kez çamaşır yordamı yineleyin ve hava için kılavuz kuru için kullanmaya devam etmenize izin vermek.
    3. TEM tarafından örnekleri genellikle 38.000 X büyütme, gözünde canlandır. 200'de ameliyat KV.

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

Sonuçlar

PDA katmanları ND yüzeylerde oluşumu TEM (Şekil 1) tarafından analiz. PDA katmanların farklı kalınlıklarda DA daha kalın PDA katmanlara liderliğindeki daha yüksek konsantrasyonlarda olarak tespit edildi. Buna ek olarak, gelen ilevler reaksiyon NDs çözüm rengini değiştirdikten sonra DA başlangıç konsantrasyonu koyu, daha yüksek iken renksiz yapıldı, koyu çözüm oldu.

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

Tartışmalar

Bu makalede NDs kendi kendine polimerli DA kaplama yüzey functionalization ve Ag azaltılması için detaylı bir protokol sağlar [(NH3)2]+ için AgNPs PDA katmanlardaki (Şekil 3). PDA tabakalarının çeşitli kalınlıklarda sadece da konsantrasyon değiştirerek üretebilen bir stratejidir AgNPs boyutunu da metal iyon eriyik orijinal konsantrasyon değiştirerek kontrol edilebilir. Şekil 1A TEM resimde han...

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

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı (CCF 1814797) tarafından desteklenen ve University of Missouri Araştırma Kurulu, malzeme araştırma merkezi ve Koleji sanat ve bilim Missouri Üniversitesi bilim ve teknoloji

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

Malzemeler

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

Referanslar

  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.

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Kimyasay 141Nanodiamondspolydopamineazaltmag m nano tanecikleriy zey de i tirmekendi kendine polimerizasyon

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır