Name: fabrication of spherical and worm-shaped micellar nanocrystals by combining electrospray, self-assembly, and solvent-based structure control
Uploaded: 2018-02-11T13:00:00
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Os autores reconhecem com gratidão o apoio financeiro de um prêmio de "Mil jovens de talentos Global" do Governo Central chinês, um prêmio de "Shuang Chuang" do Governo Provincial de Jiangsu, fundo de start-up da faculdade de engenharia e aplicada Prêmio de Ciências, Universidade de Nanjing, China, do "Tian-di" Foundation, concessão da prioridade acadêmica programa desenvolvimento fundo de Jiangsu ensino superior instituições (aqui), a concessão do fundo de ciências naturais da província de Jiangsu.

Atenção: Devido ao uso de solventes orgânicos, todas as operações devem ser feitas em uma coifa de química. Devido ao uso de alta tensão elétrica, evite o contacto físico com o aparelho quando a fonte de alimentação está ligado. Use todas as práticas de segurança apropriados, como o uso de equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calças completos e sapatos fechados). Consulte todas as fichas de dados de segurança relevantes (MSDS).
1. instalaç...

<ol>
	<li>Nie, S., Xing, Y., Kim, G. J., Simons, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotechnology+Applications+in+Cancer.">Nanotechnology Applications in Cancer.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 9, 257-288 (2007).</li><li>Smith, A. M., Ruan, G., Rhyner, M. N., Nie, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+Luminescent+Quantum+Dots+for+In+Vivo+Molecular+and+Cellular+Imaging.">Engineering Luminescent Quantum Dots for In Vivo Molecular and Cellular Imaging.</a> Annals Biomed. Eng. 34 (1), 3-14 (2006).</li><li>Heath, J. R., Davis, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotechnology+and+Cancer.">Nanotechnology and Cancer.</a> Annu. Rev. Medicine. 59, 251-265 (2008).</li><li>Pu, K., Chattopadhyay, N., Rao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+of+semiconducting+polymer+nanoparticles+in+in+vivo+molecular+imaging.">Recent advances of semiconducting polymer nanoparticles in in vivo molecular imaging.</a> J. Control. Release. 240, 312-322 (2016).</li><li>Swierczewska, M., Han, H. S., Kim, K., Park, J. H., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polysaccharide-based+nanoparticles+for+theranostic+nanomedicine.">Polysaccharide-based nanoparticles for theranostic nanomedicine.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 99, 70-84 (2016).</li><li>Gao, X. H., Yang, L. L., Petros, J. A., Marshal, F. F., Simons, J. W., Nie, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+molecular+and+cellular+imaging+with+quantum+dots.">In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots.</a> Curr. Opin. Biotechnol. 16 (1), 63-72 (2005).</li><li>Dubertret, B., Skourides, P., Norris, D. J., Noireaux, V., Brivanlou, A. H., Libchaber, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+quantum+dots+encapsulated+in+phospholipid+micelles.">In vivo imaging of quantum dots encapsulated in phospholipid micelles.</a> Science. 298 (5599), 1759-1762 (2002).</li><li>Ruan, G., 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=Simultaneous+magnetic+manipulation+and+fluorescent+tracking+of+multiple+individual+hybrid+nanostructures.">Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent tracking of multiple individual hybrid nanostructures.</a> Nano Lett. 10 (6), 2220-2224 (2010).</li><li>Ruan, G., Winter, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alternating-color+quantum+dot+nanocomposites+for+particle+tracking.">Alternating-color quantum dot nanocomposites for particle tracking.</a> Nano Lett. 11 (3), 941-945 (2011).</li><li>Park, J. H., von Maltzahn, G., Ruoslahti, E., Bhatia, S. N., Sailor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micellar+hybrid+nanoparticles+for+simultaneous+magnetofluorescent+imaging+and+drug+delivery.">Micellar hybrid nanoparticles for simultaneous magnetofluorescent imaging and drug delivery.</a> Angewandte Chemie-International Edition. 47 (38), 7284-7288 (2008).</li><li>Torchilin, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEG-based+micelles+as+carriers+of+contrast+agents+for+different+imaging+modalities.">PEG-based micelles as carriers of contrast agents for different imaging modalities.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2), 235-252 (2002).</li><li>Sun, Y., 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=Examining+the+roles+of+emulsion+droplet+size+and+surfactant+in+the+interfacial+instability-based+fabrication+process+of+micellar+nanocrystals.">Examining the roles of emulsion droplet size and surfactant in the interfacial instability-based fabrication process of micellar nanocrystals.</a> Nanoscale Research Letters. 12, 434 (2017).</li><li>Ding, X. Y., Han, N., Wang, J., Sun, Y. X., Ruan, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+organic+solvents+on+the+structures+of+micellar+nanocrystals.">Effects of organic solvents on the structures of micellar nanocrystals.</a> RSC Advances. 7 (26), 16131-16138 (2017).</li><li>Sailor, M., Park, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+nanoparticles+for+detection+and+treatment+of+cancer.">Hybrid nanoparticles for detection and treatment of cancer.</a> Adv. Materials. 24 (28), 3779-3802 (2012).</li><li>Jing, L. H., Ding, K., Kershaw, S. V., Kempson, T. M., Rogach, A. L., Gao, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetically+engineered+semiconductor+quantum+dots+as+multimodal+imaging+probes.">Magnetically engineered semiconductor quantum dots as multimodal imaging probes.</a> Adv. Materials. 26 (37), 6367-6386 (2014).</li><li>Bao, G., Mitragotri, S., Tong, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+nanoparticles+for+drug+delivery+and+molecular+imaging.">Multifunctional nanoparticles for drug delivery and molecular imaging.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 15, 253-282 (2013).</li><li>Mura, S., Couvreur, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotheranostics+for+personalized+medicine.">Nanotheranostics for personalized medicine.</a> Adv. Drug Delivery Rev. 64 (13), 1394-1416 (2012).</li><li>Louie, A. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodality+imaging+probes:+design+and+challenges.">Multimodality imaging probes: design and challenges.</a> Chem. Rev. 110 (5), 3146-3195 (2010).</li></ol>

O método de fabricação de nanocristais micélica descrito no presente trabalho combina descendente electrospray, bottom-up Self-assembly, e controlar a estrutura de base solvente. Um método de controle de qualidade eficaz e conveniente é usar o cone de Taylor, formado na ponta do bocal coaxial. Isto é porque um cone de Taylor corretamente formado indica equilíbrio (ou perto de equilíbrio) entre força elétrica e a tensão superficial, que por sua vez, indica sucesso formação de microreatores (gotículas ultraf...

Nanocristais como pontos quânticos de semicondutores (QDs) e nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético (SPIONs) têm demonstrado grande potencial biológico deteção, imagem, manipulação e terapia1,2, 3,4,5,6. Encapsulando nanocristais de um ou mais em uma micela tem sido um método amplamente usado para interface nanocristais com ambientes biológicos3,6. Os nanocristais micélica assim formado (micelas com nanocristais encapsulado) tornaram-se uma classe emergente de nanobiomaterials7,8,9,10. Métodos comumente usados para fabricar micelas que encapsulam vários materiais (por exemplo, nanocristais, pequena molécula drogas e corantes) incluem hidratação filme, diálise e vários outros7,11.
O presente trabalho descreve um método de fabricar micélica nanocristais baseado na combinação de auto-montagem electrospray de cima para baixo, de baixo para cima e controle estrutural mediada por solvente. Em comparação com outros métodos de fabricação de nanocristais micélica, nosso método oferece vários recursos benéficos: (1) é um processo de produção em grande parte contínua. Esse recurso é principalmente devido ao fato de que electrospray é usado em nosso método para formar gotículas de emulsão. Em contraste, alguns outros métodos usam num Vortex ou sonication para formar as gotas da emulsão, tornando estes processos em lote de métodos na natureza12. (2) resulta em produtos com capacidade de dispersão de água elevado, excelente estabilidade coloidal e intactas funções físicas dos nanocristais encapsulado. Este processo pode muitas vezes dar produtos com qualidade superior em comparação com outros métodos de encapsulamento micelle, em grande medida porque electrospray pode formar gotículas de emulsão ultrafino e uniforme. (3) as estruturas dos produtos, incluindo micelle forma e número de nanocristais encapsulada, podem ser controladas pelo solvente, que é muito mais barato comparado com outras formas de controle como alterar os polímeros anfifílica usados e podem produzir Não só a forma comumente disponíveis micelle esférica mas forma tipo worm micelle através de de fusão micelle13. Os assim formado em forma de verme micélica nanocristais são encontrados oferecer grandemente reduzida absorção celular de específico do que as contrapartes esférico13. Por outro lado, Vale salientar que este método requer a instalação de um dispositivo de electrospray, que é um pouco mais tecnicamente exigente (embora longe de ser proibitivo) do que a necessidade de instrumentação em outros métodos.
O método de fabricação envolve primeiro gerando ultrafinas gotículas (emulsão óleo-em-água muitas vezes), com tamanhos uniformes por electrospray, seguido por evaporação de solvente orgânico, resultando em self-assembly para formar micélica nanocristais (Figura 1 ). A configuração de electrospray tem uma configuração coaxial usando agulhas concêntricas: a fase de óleo, que contém anfifílica copolímeros de bloco e hidrofóbicas nanocristais dissolvida em solvente orgânico, é entregue para a agulha interna (capilar de aço inoxidável de 27 G ) com uma bomba de seringa; a fase de água, que contém um tensoativo dissolvido na água, é entregue a agulha externa (conector de três vias em aço inoxidável 20 G) com uma segunda bomba de seringa. Uma alta tensão é aplicada ao bocal do coaxial. Ultrafinas gotas com tamanhos uniformes são geradas devido a tensão de superfície superação força eletrodinâmica e stress inercial no líquido. Cada gotícula funciona essencialmente como um "microreator ', em que, após a remoção do solvente orgânico por evaporação, a auto-montagem 'reação' ocorre espontaneamente devido a interações hidrofóbicas. Usar diferentes solventes orgânicos leva a diferentes estruturas de nanocristais micélica: um imiscíveis água clorofórmio solvente orgânico leva a forma esférica micelle, enquanto um solvente orgânico miscível com água, THF com um tempo de reação conduz ao tipo worm forma de micelle juntamente com encapsulamento de nanocrystal reforçada.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hydrophobic quantum dots</td>
			<td>Ocean Nanotech</td>
			<td>QSP</td>
			<td>Solid hydrophobic CdSe/ZnS quantum dots. Peak fluorescence emission wavelength is 605 nm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(styrene)-b-poly(ethylene glycol) (PS-PEG)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>666476-500MG</td>
			<td>Molecular weight of PS segment is 9.5 kDa and that of PEG segment is 18.0 kDa.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(vinyl alcohol) (PVA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>363170-500G</td>
			<td>Molecular weight 13&#8211;23 kDa, 87&#8211;89% hydrolyzed.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran (THF)</td>
			<td>Sinopharma Chemical Reagent</td>
			<td>80124418</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Sinopharma Chemical Reagent</td>
			<td>40007960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pumps</td>
			<td>Bao Ding Shen Chen</td>
			<td>SPLab01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Shanghei Lai Xing</td>
			<td></td>
			<td>2 mm outer diameter and 1.8 mm inner diameter PTFE tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes</td>
			<td>Yi Ming</td>
			<td>5.CC</td>
			<td>5 mL disposable syringe made of PTFE.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High voltage power supply</td>
			<td>Dong Wen</td>
			<td>DW Series</td>
			<td>Direct current power supply (0&#8211;50 kV range).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrospray coaxial nozzle</td>
			<td>Hunan Chang Sha Na Yi</td>
			<td></td>
			<td>Stainless steel assembly. Inner capillary needle was a 27 gauge (outer diameter 500 &#956;m; inner diameter 300 &#956;m). Outer capillary was a 20 gauge (outer diameter 1,000 &#956;m; inner diameter 500 &#956;m).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortexer</td>
			<td>Xi&#39;an HEB Biotechnology Co., Ltd. China</td>
			<td>MX-S</td>
			<td>MX-S with wide speed range of 0&#8211;2,500 rpm, stepless speed regulation, touch and continuous operations.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel ring</td>
			<td>Yiwu Wan Tu</td>
			<td></td>
			<td>Rings with a range of diameters (0.8&#8211;1.8 cm) can be constructued. For example, a 1.3 cm diameter ring was constructed by curling an approximately 25 cm (length) of 0.5-mm diamter (24 gauge, AWG) steel wire.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass collecting dish</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>1u5084</td>
			<td>25-mm height and 120-mm diameter glass dish.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL centrifuge tube</td>
			<td>Jiangsu Xinkang Medical Instrument Co., Ltd.</td>
			<td>X-407</td>
			<td>Centrifuge tube is made of transparent polypropylene (PP).</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of spherical and worm-shaped micellar nanocrystals by combining electrospray, self-assembly, and solvent-based structure control

Nanocristais micellar (micelas com nanocristais encapsulado) tornaram-se uma classe emergente grande de nanobiomaterials. Nós descrevemos um método de fabricar micélica nanocristais baseado na combinação de auto-montagem electrospray de cima para baixo, de baixo para cima e controle de estrutura de base solvente. Este método envolve primeiro usando electrospray para gerar gotículas ultrafinas uniformes, cada uma delas funciona como um microreator no qual auto-montagem reação ocorre formando nanocristais micélica, com as estruturas (forma micelle e nanocrystal encapsulamento) controlado pelo solvente orgânico usado. Este método é em grande medida contínuo e produz produtos de alta qualidade nanocrystal micellar com uma abordagem de controle de estrutura de baixo custo. Usando um miscível com água orgânico solvente tetrahidrofurano (THF), em forma de verme micélica nanocristais podem ser produzidos devido à fusão micelle solvente-induzido/facilitado. Em comparação com os nanocristais de micélica comum esférica, em forma de verme micélica nanocristais podem oferecer minimizada específico de captação celular, aumentando assim o alvo biológico. Encapsulando co nanocristais múltiplos em cada micelle, efeitos sinérgicos ou multifuncionais podem ser alcançados. Limitações atuais desse método de fabricação, que será parte do trabalho futuro, principalmente incluem encapsulamento imperfeito no produto nanocrystal micellar e a natureza incompleta contínua do processo.

A Figura 1 mostra um esquema sumarizando o controle das estruturas (forma e encapsulamento) dos nanocristais micélica pelo solvente orgânico usado no processo de produção. Brevemente, diclorometano leva a micelas esféricas com nenhum encapsulamento de nanocristais; clorofórmio leva a micelas esféricas com um número baixo de encapsulamento de nanocristais; THF leva à micelas esféricas com um número elevado de encapsulamento de nanocristais em um cur...

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Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

O presente trabalho descreve um método para fabricar micélica nanocristais, uma classe emergente grande de nanobiomaterials. Este método combina electrospray de cima para baixo, de baixo para cima, auto-montagem e controle de estrutura de base solvente. O método de fabricação é em grande parte contínuo, podemos produzir produtos de alta qualidade e possui um meio barato de controle de estrutura.

Fabricação de nanocristais micélica esférico e em forma de verme, combinando Electrospray, auto-montagem e controle de estrutura de base solvente

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Research

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