Name: production of metal nanoparticles by pulsed laser-ablation in liquids: a tool for studying the antibacterial properties of nanoparticles
Uploaded: 2017-06-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation (NSF attribue CMMI-0922946 à DB, CMMI-1300920 à DB et S.O&#39;M., Et CMMI-1531789 à S.O&#39;M., DB et EAK) et un Busch Biomedical Research Grant à EAK et S.O&#39;M.

1. Concentrer le laser à la nanose et le fluide de mesure <ol><li> Assembler l&#39;appareil d&#39;ablation en plaçant une barre d&#39;agitation magnétique et une étape d&#39;ablation poreuse dans un bécher en verre de 50 ml. REMARQUE: L&#39;étape d&#39;ablation comprend une plate-forme en acier inoxydable de 3,81 cm de diamètre et 1,6 mm d&#39;épaisseur avec dix trous de 0,65 cm de diamètre et six trous de 0,50 cm de diamètre forés dans le schéma illustré à la <strong class="xfig"...

<ol>
	<li>Amendola, V., Meneghetti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+controls+the+composition+and+the+structure+of+nanomaterials+generated+by+laser+ablation+in+liquid+solution?.">What controls the composition and the structure of nanomaterials generated by laser ablation in liquid solution?.</a> Phys Chem Chem Phys. 15 (9), 3027-3046 (2013).</li><li>Anastas, P., Eghbali, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+chemistry:+principles+and+practice.">Green chemistry: principles and practice.</a> Chem Soc Rev. 39 (1), 301-312 (2010).</li><li>Mafune, F., Kohno, J. 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Photoejection of Electrons and Fragmentation.</a> J Phys Chem B. 102 (17), 3123-3128 (1998).</li><li>Yamada, K., Tokumoto, Y., Nagata, T., Mafune, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+laser-induced+size-reduction+of+gold+nanoparticles+as+studied+by+nanosecond+transient+absorption+spectroscopy.">Mechanism of laser-induced size-reduction of gold nanoparticles as studied by nanosecond transient absorption spectroscopy.</a> J Phys Chem B. 110 (24), 11751-11756 (2006).</li><li>Pecora, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Light+Scattering+Measurement+of+Nanometer+Particles+in+Liquids.">Dynamic Light Scattering Measurement of Nanometer Particles in Liquids.</a> J. Nanoparticle Res. 2 (2), 123-131 (2000).</li><li>Pyrz, W. D., Buttrey, D. 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Les effets antimicrobiens reproductibles des NP nécessitent une production constante de NP avec des tailles et des concentrations similaires. Par conséquent, il est essentiel de standardiser les paramètres laser, y compris la fluidité, la longueur d&#39;onde et la durée d&#39;impulsion. Alors que la diffusion dynamique de la lumière est une méthode simple et rapide pour estimer la taille NP, une quantification précise de la distribution de taille nécessite une mesure directe par TEM. Comme chaque faisceau laser...

Les nanoparticules (NP) sont généralement définies comme des particules ayant au moins une dimension inférieure à 100 nm. Les procédés traditionnels de synthèse chimique NP nécessitent généralement des agents réducteurs dangereux, comme les borohydrures et les hydrazines. En revanche, l&#39;ablation au laser de cibles métalliques solides immergées dans un milieu liquide (ablation par laser pulsée dans les liquides - PLAL) fournit une voie respectueuse de l&#39;environnement pour la synthèse NP qui satisfait à tous les 12 des Principes de Green Chemistry 1 , 2 . Dans PLAL, une cible métallique immergée est irradiée par des impulsions laser répétées. Au fur et à mesure que le laser sépare la cible, un plomb dense de grappes atomiques et de vapeur est libéré dans le milieu liquide dans lequel les IP se coalescent rapidement. Les NP produites par PLAL sont finement dispersées dans un milieu aqueux et la taille, la polydispersité et la composition des NP peuvent être facilement contrôlées en faisant varier le liquide d&#39;ablation aqueux ainsi que le laser parLes ampères 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Les caractéristiques des nanoparticules peuvent être ajustées en ajustant un certain nombre de paramètres laser, y compris: fluence, longueur d&#39;onde et durée d&#39;impulsion (révisé dans la référence 7 ). La fluence laser est calculée comme l&#39;énergie de l&#39;impulsion divisée par la zone du point laser sur la surface cible. Les effets précis de la fluence sur la taille et la polydispersité des IP sont un peu controversés. En général, il a été démontré que pour les systèmes à laser pulsé «longs» et «ultra-courts», il existe des régimes de fluence faible et élevé qui produisent des tendances négatives et positives en taille, respectivement 8 , 9 , 10 , 11 . NP taille distributiOn peut mesurer empiriquement les mesures en utilisant des techniques telles que la diffusion dynamique de la lumière et la microscopie électronique de transmission (TEM), comme décrit ci-dessous. Le choix de la longueur d&#39;onde du laser peut affecter les mécanismes physiques par lesquels les NP sont formés. À des longueurs d&#39;ondes plus courtes (ultraviolettes), les photons à haute énergie sont capables de briser les liaisons interatomiques 12 . Ce mécanisme de photo-ablation est un exemple d&#39;une synthèse de NP de haut en bas, car il en résulte la libération de fragments de matériau ultra-petits qui ont tendance à produire des échantillons plus larges plus polydispersés lors de la trempe dans le liquide de submersion 12 , 13 , 14 . En revanche, l&#39;ablation par infrarouge proche (λ = 1 064 nm) produit un mécanisme de synthèse ascendant dominé par l&#39;ablation au plasma 12 . L&#39;absorption du laser par la cible libère les électrons qui entrent en collision avec des électrons liés à l&#39;élimination des électrons. Comme cLes augmentations augmentent, le matériau est ionisé, ce qui déclenche un plasma. Le liquide environnant limite le plasma, augmente sa stabilité et augmente encore l&#39;absorption 12 . Comme le plasma en expansion est éteint par le liquide de confinement, les NP sont condensés avec différentes géométries 4 , 12 , 15 . Le choix de la durée d&#39;impulsion laser peut influer davantage sur le processus de formation de NP. Les lasers à impulsions longues couramment utilisés, avec des durées d&#39;impulsion supérieures à quelques picosecondes, comprennent tous les lasers à impulsions milli, micro, nano et certains picosecondes. Dans ce régime de largeur d&#39;impulsion, la durée de l&#39;impulsion laser est plus longue que le temps d&#39;équilibrage électron-phonon, qui est typiquement de l&#39;ordre de quelques picosecondes 4 , 16 , 17 , 18 , 19. Il en résulte une fuite d&#39;énergie dans le milieu d&#39;ablation environnant et la formation de NP par des mécanismes thermiques tels que l&#39;émission thermionique, la vaporisation, l&#39;ébullition et la fusion 1 , 20 . L&#39;activité antibactérienne des NP est fortement influencée par la taille des particules 21 , 22 , 23 , 24 . Afin d&#39;améliorer la réduction de la taille et la monodispersité, les NP peuvent être irradiés une deuxième fois en utilisant un laser d&#39;une longueur d&#39;onde proche de la résonance plasma plasmique (SPR) du NP. Le rayonnement laser incident est absorbé par le NP par excitation du SPR. La fragmentation du NP peut se produire soit par évaporation thermique 25 , 26 soit par explosion Coulomb 27 , 28 . La photoexcitation soulève tLa température du NP au-dessus du point de fusion, ce qui entraîne l&#39;évacuation de la couche externe de la particule. Il a été démontré que l&#39;ajout d&#39;agents tels que la polyvinylpyrrolidone (PVP) ou le dodécylsulfate de sodium (SDS) à la solution peut améliorer considérablement les effets post-irradiation 5 . L&#39;impact de l&#39;ajout de différents solutés a été décrit dans plusieurs rapports 1 , 4 , 6 . La facilité de manipulation des caractéristiques NP par PLAL offre une nouvelle méthode pour développer de nouveaux antimicrobiens à base de NP.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="851">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Nanosecond Nd:YAG laser</td>
			<td style="width:184px;">Ekspla</td>
			<td style="width:119px;">NL303</td>
			<td style="width:279px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Motorized xy scanning stage</td>
			<td style="width:184px;">Standa</td>
			<td style="width:119px;">8MTF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">UV-VIS spectrophotometer</td>
			<td style="width:184px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;">Cary 60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Dynamic light scattering unit</td>
			<td style="width:184px;">Malvern</td>
			<td style="width:119px;">Zetasizer ZS 90</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Microbalance</td>
			<td style="width:184px;">Maktek</td>
			<td style="width:119px;">TM 400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Transmission electron microscope</td>
			<td style="width:184px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">EM 902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Silver foil target</td>
			<td style="width:184px;">Alfa Aesar</td>
			<td align="right" style="width:119px;">12127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">250 mm focal length lens</td>
			<td style="width:184px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:119px;">69-624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Copper TEM grids</td>
			<td style="width:184px;">Pacific Grid-Tech</td>
			<td style="width:119px;">Cu-400LD</td>
			<td>Lacey/thin film coated grid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">E. coli MG1655</td>
			<td style="width:184px;">ATCC</td>
			<td align="right" style="width:119px;">47076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Bacto-tryptone</td>
			<td style="width:184px;">BD Biosciences</td>
			<td align="right" style="width:119px;">211705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Yeast extract</td>
			<td style="width:184px;">BD Biosciences</td>
			<td align="right" style="width:119px;">212750</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Sodium chloride</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">BP3581</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Bacto-agar</td>
			<td style="width:184px;">BD Biosciences</td>
			<td align="right" style="width:119px;">214010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Sodium dodecyl sulfate</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td>BP166-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Polyvinylpyrrolidone</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">BP431-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Stainless steel disc (for ablation stage)</td>
			<td style="width:184px;">Metal Remnants, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>1.5 inch diameter, 16 gauge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Beaker</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-540G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Magnetic stir bar</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">14-513-57</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Magnetic stir plate</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">11-100-49SH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Laser energy and power meter</td>
			<td style="width:184px;">Coherent</td>
			<td style="width:119px;">1098579</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Carbon tape</td>
			<td style="width:184px;">Shinto Chemitron Co. Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">STR Tape</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Sonicating water bath</td>
			<td style="width:184px;">Branson</td>
			<td align="right" style="width:119px;">1510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Air compressor</td>
			<td style="width:184px;">GMC</td>
			<td style="width:119px;">Syclone 3010</td>
			<td>For drying ablation target</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">75 mm focal length lens</td>
			<td style="width:184px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:119px;">34-096</td>
			<td>Focusing lens for post-irradiation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Quartz cuvette</td>
			<td style="width:184px;">Precision Cells Inc</td>
			<td style="width:119px;">21UV40</td>
			<td>50 mm light path (for post-irradiation)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Kanamycin</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td>BP906-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:269px;">Light microscope</td>
			<td style="width:184px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;">50i</td>
			<td style="width:279px;">This microscope is used to focus the laser on the ablation stage. This particular model is no longer available, but any light microscope with a 4X objective will work.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">CCD camera</td>
			<td style="width:184px;">AmScope</td>
			<td style="width:119px;">MT5000-CCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Micrometer slide</td>
			<td style="width:184px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:119px;">2280-70</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

production of metal nanoparticles by pulsed laser-ablation in liquids: a tool for studying the antibacterial properties of nanoparticles

L&#39;émergence de bactéries résistantes aux médicaments multiples est une préoccupation clinique mondiale qui conduit certains à spéculer sur notre retour à une ère de médecine pré-antibiotiques. En plus des efforts visant à identifier de nouveaux médicaments antimicrobiens à petite molécule, l&#39;utilisation de nanoparticules métalliques a suscité un grand intérêt pour le revêtement des dispositifs médicaux, des pansements et des emballages de consommation, en raison de leurs propriétés antimicrobiennes. La grande variété de méthodes disponibles pour la synthèse des nanoparticules aboutit à un large éventail de propriétés chimiques et physiques qui peuvent affecter l&#39;efficacité antibactérienne. Ce manuscrit décrit la méthode pulsée laser-ablation dans les liquides (PLAL) pour créer des nanoparticules. Cette approche permet le réglage précis de la taille, de la composition et de la stabilité des nanoparticules à l&#39;aide de méthodes de post-irradiation ainsi que de l&#39;addition de tensioactifs ou d&#39;extenseurs de volume. En contrôlant la taille et la composition des particules, une large gamme de propriétés physiques et chimiques de nanopa métalliqueOn peut explorer les matières plastiques qui peuvent contribuer à leur efficacité antimicrobienne, ouvrant ainsi de nouvelles avenues pour le développement antibactérien.

En utilisant des cibles d&#39;argent, les paramètres laser décrits ci-dessus et 60 mM de SDS dans le liquide d&#39;ablation, les NP d&#39;argent sont générés avec l&#39;absorbance UV-VIS caractéristique au SPR ( Figure 2A ). Les mesures TEM et DLS révèlent un diamètre NP moyen d&#39;environ 25 nm avant la post-irradiation ( Figure 2B ). L&#39;ablation de la cible d&#39;argent pendant 30 min donne typiquement une concent...

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Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

Les propriétés antimicrobiennes des métaux comme le cuivre et l&#39;argent ont été reconnues depuis des siècles. Ce protocole décrit l&#39;ablation laser pulsée dans les liquides, une méthode de synthèse de nanoparticules métalliques qui permet d&#39;affiner les propriétés de ces nanoparticules afin d&#39;optimiser leurs effets antimicrobiens.

Production de nanoparticules métalliques par laser-ablation pulsée dans les liquides: un outil pour étudier les propriétés antibactériennes des nanoparticules

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Nanoparticules fluorescentes pour la mesure de la concentration d&#39;ions dans les systèmes biologiques

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Recherche

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In this visualized experiment, protocol details are provided for in vitro labeling of human embryonic stem cells (hESC) with second harmonic generation ...

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Biofunctionalized bleu de Prusse nanoparticules pour l&#39;imagerie moléculaire multimodale Applications

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

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Synthèse des Nanotubes de carbone Multi modifiés avec des nanoparticules d’argent et de l’évaluation de leurs activités antibactériennes et propriétés cytotoxiques

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Nettoyage catalytique de plante oxygénées espèces In Vivo par des nanoparticules d’oxyde de cérium anioniques

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