Name: synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles at JoVE.com

Z.P.G. og F.S. takker Swiss National Science Foundation og specielt NCCR ' Molecular Systems Engineering '. Z.L. og F.S. takker støtte fra den schweiziske National Science Foundation Division II tilskud. Alle forfattere takker Quy Ong for frugtbare diskussioner og for korrekturlæsning af manuskriptet.

1. syntese af 11-mercapto-1-undecanesulfonat (MUS)
Bemærk: denne protokol kan anvendes i enhver skala, der ønskes. Her beskrives en 10 g skala-of-produkt.
<ol><li>Natriumundec-10-enesulfonat
	<ol>
<li>Tilsæt 11-Bromo-1-undecene (25 mL, 111,975 mmol), natriumsulfit (28,75 g, 227,92 mmol) og benzyltriethylammoniumbromid (10 mg) til en blanding af 200 mL methanol (MeOH) og 450 mL deioniseret (DI) vand (4:9 v/v MeOH: H2O ratio) i en 1 L rund-bund kolbe .</li>
		<li...

<ol>
	<li>Verma, A., 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=Effect+of+surface+properties+on+nanoparticle-cell+interactions.">Effect of surface properties on nanoparticle-cell interactions.</a> Small. 6 (1), 12-21 (2010).</li><li>Yeh, Y. -. C., 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=Gold+nanoparticles:+preparation,+properties,+and+applications+in+bionanotechnology.">Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology.</a> Nanoscale. 4 (6), 1871-1880 (2012).</li><li>Mirza, A. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+drug+delivery+system+of+gold+nanorods+with+doxorubicin+and+study+of+drug+release+by+single+molecule+spectroscopy.">A novel drug delivery system of gold nanorods with doxorubicin and study of drug release by single molecule spectroscopy.</a> Journal of Drug Targeting. 23 (1), 52-58 (2015).</li><li>Mirza, A. Z., 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=Fabrication+and+characterization+of+doxorubicin+functionalized+PSS+coated+gold+nanorod.">Fabrication and characterization of doxorubicin functionalized PSS coated gold nanorod.</a> Arabian Journal of Chemistry. , (2014).</li><li>Nel, A. E., 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=Understanding+biophysicochemical+interactions+at+the+nano-bio+interface.">Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface.</a> Nature Materials. 8 (7), 543-557 (2009).</li><li>Yeo, E. L. 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=Protein+Corona+around+Gold+Nanorods+as+a+Drug+Carrier+for+Multimodal+Cancer+Therapy.">Protein Corona around Gold Nanorods as a Drug Carrier for Multimodal Cancer Therapy.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 3 (6), 1039-1050 (2017).</li><li>Lin, J., 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=Cell+membranes+open+&amp;#34;doors&amp;#34;+for+cationic+nanoparticles/+biomolecules:+Insights+into+uptake+kinetics.">Cell membranes open &amp;#34;doors&amp;#34; for cationic nanoparticles/ biomolecules: Insights into uptake kinetics.</a> ACS Nano. 7 (12), 10799-10808 (2013).</li><li>Saha, K., 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=Regulation+of+Macrophage+Recognition+through+the+Interplay+of+Nanoparticle+Surface+Functionality+and+Protein+Corona.">Regulation of Macrophage Recognition through the Interplay of Nanoparticle Surface Functionality and Protein Corona.</a> ACS Nano. 10 (4), 4421-4430 (2016).</li><li>Moyano, D. 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=Fabrication+of+corona-free+nanoparticles+with+tunable+hydrophobicity.">Fabrication of corona-free nanoparticles with tunable hydrophobicity.</a> ACS Nano. 8 (7), 6748-6755 (2014).</li><li>Pengo, P., 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=Gold+nanoparticles+with+patterned+surface+monolayers+for+nanomedicine:+current+perspectives.">Gold nanoparticles with patterned surface monolayers for nanomedicine: current perspectives.</a> European Biophysics Journal. 46 (8), 749-771 (2017).</li><li>Kuna, J. J., 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=The+effect+of+nanometre-scale+structure+on+interfacial+energy.">The effect of nanometre-scale structure on interfacial energy.</a> Nature Materials. 8 (10), 837-842 (2009).</li><li>Verma, A., 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=Surface-structure-regulated+cell-membrane+penetration+by+monolayer-protected+nanoparticles.">Surface-structure-regulated cell-membrane penetration by monolayer-protected nanoparticles.</a> Nature Materials. 7 (7), 588-595 (2008).</li><li>Van Lehn, R. C., 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=Lipid+tail+protrusions+mediate+the+insertion+of+nanoparticles+into+model+cell+membranes.">Lipid tail protrusions mediate the insertion of nanoparticles into model cell membranes.</a> Nature Communications. 5, 4482-4493 (2014).</li><li>Cagno, V., 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=Broad-spectrum+non-toxic+antiviral+nanoparticles+with+a+virucidal+inhibition+mechanism.">Broad-spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism.</a> Nature Materials. 17 (2), 195-203 (2018).</li><li>Uzun, O., 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=Water-soluble+amphiphilic+gold+nanoparticles+with+structured+ligand+shells.">Water-soluble amphiphilic gold nanoparticles with structured ligand shells.</a> Chemical Communications. 2 (2), 196-198 (2008).</li><li>Huang, R., 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=Colloidal+stability+of+self-assembled+monolayer-coated+gold+nanoparticles:+The+effects+of+surface+compositional+and+structural+heterogeneity.">Colloidal stability of self-assembled monolayer-coated gold nanoparticles: The effects of surface compositional and structural heterogeneity.</a> Langmuir. 29 (37), 11560-11566 (2013).</li><li>Carney, R. P., 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=Electrical+method+to+quantify+nanoparticle+interaction+with+lipid+bilayers.">Electrical method to quantify nanoparticle interaction with lipid bilayers.</a> ACS Nano. 7 (2), 932-942 (2013).</li><li>Van Lehn, R. C., 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=Effect+of+particle+diameter+and+surface+composition+on+the+spontaneous+fusion+of+monolayer-protected+gold+nanoparticles+with+lipid+bilayers.">Effect of particle diameter and surface composition on the spontaneous fusion of monolayer-protected gold nanoparticles with lipid bilayers.</a> Nano Letters. 13 (9), 4060-4067 (2013).</li><li>Huang, R., 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=Effects+of+surface+compositional+and+structural+heterogeneity+on+nanoparticle-protein+interactions:+Different+protein+configurations.">Effects of surface compositional and structural heterogeneity on nanoparticle-protein interactions: Different protein configurations.</a> ACS Nano. 8 (6), 5402-5412 (2014).</li><li>Van Lehn, R. C., 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=Free+energy+change+for+insertion+of+charged,+monolayer-protected+nanoparticles+into+lipid+bilayers.">Free energy change for insertion of charged, monolayer-protected nanoparticles into lipid bilayers.</a> Soft Matter. 10 (4), 648-658 (2014).</li><li>Ong, Q., 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=Characterization+of+Ligand+Shell+for+Mixed-Ligand+Coated+Gold+Nanoparticles.">Characterization of Ligand Shell for Mixed-Ligand Coated Gold Nanoparticles.</a> Accounts of Chemical Research. 50 (8), 1911-1919 (2017).</li><li>Marbella, L. E., 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=NMR+techniques+for+noble+metal+nanoparticles.">NMR techniques for noble metal nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 27 (8), 2721-2739 (2015).</li><li>Templeton, A. C., 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=Reactivity+of+Monolayer-Protected+Gold+Cluster+Molecules+Steric+Effects.">Reactivity of Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules Steric Effects.</a> Journal of American Chemical Society. 120 (8), 1906-1911 (1998).</li><li>Harkness, K. M., 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+structural+mass+spectrometry+strategy+for+the+relative+quantitation+of+ligands+on+mixed+monolayer-protected+gold+nanoparticles.">A structural mass spectrometry strategy for the relative quantitation of ligands on mixed monolayer-protected gold nanoparticles.</a> Analytical Chemistry. 82 (22), 9268-9274 (2010).</li></ol>

Denne protokol beskriver først syntesen af mus ligand og, derefter, syntese og karakterisering af amfifile mus: OT guld nanopartikler. Syntetisere MUS med minimal saltindhold giver en bedre pålidelighed af det støkiometriske forhold mellem ligander under nanopartiklen syntese, som er en nøglefaktor for den reproducerbare syntese af MUS: OT nanopartikler med en Target hydrofobe indhold (figur 8). Brugen af methanol som et fælles opløsningsmiddel for MUS og OT, sammen med syntesen af par...

Ligand skallen af guld nanopartikler kan være konstrueret til at udstille flere forskellige egenskaber, der kan anvendes til at løse udfordringer i biomedicin1,2,3,4. En sådan alsidighed gør det muligt at kontrollere de intermolekylære interaktioner mellem nanopartikler og biomolekyler5,6,7. Hydrophobicity og opladning spiller en afgørende rolle, samt andre overflade parametre, der påvirker, hvordan nanopartikler interagerer med biomolekyler5,8,9. For at finjustere nanopartiklernes overfladeegenskaber tilbyder valget af de thiolatmolekyler, der udgør ligand skallen, et utal af muligheder i henhold til de ønskede egenskaber. For eksempel bruges en blanding af ligand-molekyler med hydrofobe-og hydrofile (f. eks.ladede) grupper ofte til at frembringe amphifilic nanopartikler10,11.
Et fremtrædende eksempel på denne type nanopartikler er beskyttet af en blanding af OT og mus (i det følgende benævnt mus: OT nanopartikler), som har vist sig at besidde mange relevante egenskaber12,13,14. For det første, med en ligand Shell sammensætning af 66% MUS (herefter 66:34 MUS: OT), er den kolloid stabilitet af nanopartiklerne høj, nå op til 33% i vægt i deioniseret vand, samt i fosfat-bufferet saltvandsopløsning (1x, 4 mM fosfat, 150 mM NaCl)15. Desuden udfældes disse partikler ikke ved relativt lave pH-værdier: for eksempel ved pH 2,3 og med saltkoncentrationer på 1 M NaCl15forbliver disse nanopartikler koldally stabile i månedsvis. Det støkiometriske forhold mellem de to molekyler på ligand skallen er vigtigt, fordi det dikterer kolloid stabilitet i opløsninger med en høj ionstyrke16.
Disse partikler har vist sig at krydse cellemembranen uden at porere det, via en energi-uafhængig pathway1,12. Den spontane fusion mellem disse partikler og lipid bilag ligger til grund for deres difsivitet gennem cellemembraner17. Mekanismen bag denne interaktion er minimering af kontakten mellem et Hydrofobisk opløsningsmiddel tilgængeligt overfladeareal og vandmolekyler ved fusion med lipid-bilag18. Sammenlignet med All-MUS nanopartikler (nanopartikler, der kun har MUS ligand på deres shell), den højere hydrofobicitet på blandede MUS: OT nanopartikler (for eksempel ved en 66:34 MUS: OT sammensætning) øger span af kernen diameter, der kan fusionere med lipid bilag18. Forskellige selvsamlings organisationer af ligand Shell korrelerer til særskilte bindings tilstande på 66:34 MUS: OT nanopartikler med forskellige proteiner, såsom albumin og ubiquitin, sammenlignet med All-MUS partikler19. For nylig er det blevet rapporteret, at 66:34 mus: OT nanopartikler kan anvendes som en bredspektret antiviral middel, der uigenkaldeligt ødelægger virus på grund af multivalente elektrostatiske bindinger af mus ligander og ikke-lokale koblinger af OT ligander til kapsid proteiner14. I alle disse tilfælde er det blevet konstateret, at det hydrofobe indhold, samt kerne størrelsen af nanopartiklerne, afgør, hvordan disse bio-Nano interaktioner finder sted. Disse forskellige egenskaber af MUS: OT nanopartikler har foranlediget mange computersimulation undersøgelser, der har til formål at afklare de mekanismer, der understøtter samspillet mellem MUS: OT partikler og forskellige biologiske strukturer såsom lipid bilag20.
Forberedelsen af MUS: OT-beskyttede AU nanopartikler udgør nogle få udfordringer. For det første er det opladede ligand (MUS) og det hydrofobiske ligand (OT) ublandbar. Således, opløseligheden af nanopartikler og ligander skal tages i betragtning i hele syntesen, samt under karakterisering. Desuden, renheden af MUS ligand molekyler-især indholdet af uorganiske salte i udgangsmaterialet-påvirker kvaliteten, reproducerbarhed, samt den kort-og langsigtede kolloid stabilitet af nanopartikler.
Her er en detaljeret syntese og karakterisering af denne klasse af amphifilic guld nanopartikler beskyttet af en blanding af MUS og OT er skitseret. En protokol til syntesen af den negativt ladede MUS ligand er rapporteret at sikre renhed og dermed reproducerbarhed af forskellige nanopartikler synteser. Derefter er proceduren for at generere disse nanopartikler, baseret på en fælles en-faset syntese, efterfulgt af grundig rensning, rapporteres i detaljer. Forskellige nødvendige karakteriserings teknikker21, såsom tem, UV-Vis, TGA, og NMR, er blevet kombineret for at opnå alle de nødvendige parametre for eventuelle yderligere biologiske eksperimenter.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>11-bromo-1-undecene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>467642-25 ml</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Sulfite</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S0505-250 g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyltriethyl-ammonium bromide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>147125-25 g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH1135-2.5 LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DI water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>ZRXQ003WW</td>
			<td>Deionized water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 L round bottom flask</td>
			<td>DURAN</td>
			<td>24 170 56</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1.00930 EMD Millipore</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring bar</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z329207,</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dow Corning High Vacuum Grease</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z273554 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtering flask</td>
			<td>DURAN</td>
			<td>20 201 63</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtering Buchner Funnel</td>
			<td>FisherSci</td>
			<td>11707335</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol &#62;99.8%, ACS, Reagent</td>
			<td>VWR</td>
			<td>2081.321DP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deuterium dioxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>151882 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thioacetic acid 96%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T30805 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon black</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>05105-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Celite</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D3877 SIGMA-ALDRICH</td>
			<td>Filtration medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condenser</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z531154</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, ACS reagent 37%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320331 SIGMA-ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide, BioXtra, pellets (anhydrous)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S8045 SIGMA-ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>525-0155P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL round bottom flask</td>
			<td>DURAN</td>
			<td>24 170 37</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mL round bottom flask</td>
			<td>DURAN</td>
			<td>24 170 46</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid, fACS reagent 70%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>438073 SIGMA-ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold(III) chloride trihydrate &#62;99.9% trace metal basis</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>520918 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-octanethiol &#62;98.5%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>471836 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Borohydride purum p.a.&#62;96%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>71320 ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separatory funnel</td>
			<td>SIgma Aldrich</td>
			<td>Z330655 SIGMA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Funnel</td>
			<td>DURAN</td>
			<td>21 351 46</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2V folded filtering papers</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1202-150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon filters</td>
			<td>Merck</td>
			<td>UFC903024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iodine, ACS reagent, &#62;99.8%, solid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>207772 SIGMA-ALDRICH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mm NMR-Tubes, Type 5HP (high precision)</td>
			<td>Armar</td>
			<td>32210.503</td>
			<td>Length 178 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol-d4 99.8 atom%D</td>
			<td>Armar</td>
			<td>16400.2035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TGA crucible</td>
			<td>Thepro</td>
			<td>9095-9270.45</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400 mesh carbon supported copper grid</td>
			<td>Electron Microscopy Science</td>
			<td>CF400-Cu</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>quartz cuvette</td>
			<td>Hellma Analytics</td>
			<td>100-1-40</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles

Guld nanopartikler belagt med en blanding af 1-octanethiol (OT) og 11-mercapto-1-undecane sulfonsyre (MUS) er blevet grundigt undersøgt på grund af deres interaktioner med cellemembraner, lipid bilayers, og vira. De hydrofile ligander gør disse partikler kolloid stabile i vandige opløsninger og kombinationen med hydrofobiske ligander skaber en amfifile partikel, der kan læsses med hydrofobe stoffer, fusionere med lipid membraner, og modstå uspecifikke protein adsorption. Mange af disse egenskaber afhænger af nanopartikler størrelse og sammensætningen af ligand skallen. Det er derfor afgørende at have en reproducerbar syntetisk metode og pålidelige karakterisering teknikker, der gør det muligt at bestemme nanopartikel egenskaber og ligand Shell sammensætning. Her præsenteres en en-faset kemisk reduktion, efterfulgt af en grundig rensning for at syntetisere disse nanopartikler med diametre under 5 nm. Forholdet mellem de to ligander på overfladen af nanopartiklen kan justeres gennem deres støkiometriske forhold, der anvendes under syntesen. Vi demonstrerer, hvordan forskellige rutinemæssige teknikker, såsom transmission elektronmikroskopi (TEM), nuklear magnetisk resonans (NMR), termo gravimetrisk analyse (TGA), og ultraviolet-synlige (UV-Vis) SPEKTROMETRI, er kombineret til omfattende karakterisere nanopartiklenes fysisk-kemiske parametre.

Reaktions trinnene til syntetisere MUS er vist i figur 1. Den 1H NMR spektre af produktet af hvert trin er repræsenteret i figur 2. Den syntese workflow af den binære MUS: OT amphifilic guld nanopartikler er beskrevet i figur 3. Efter syntesen bestod nanopartiklerne i at vaske partiklerne flere gange med ethanol og DI vand. Før enhver karakterisering af nanopartikler blev renholdelse af...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles at JoVE.com

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Amphiphilic guld nanopartikler kan bruges i mange biologiske applikationer. En protokol til syntetisere guld nanopartikler belagt med en binær blanding af ligander og en detaljeret karakterisering af disse partikler er præsenteret.

Syntese og karakterisering af Amphiphilic guld nanopartikler

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Denne protokol omhandler batch-til-batch reproducerbarheden af sulfonat og amphifile guld nanopartikler, som vores laboratorium bruger i eksperimenter med celler, vira og proteiner. Denne teknik omhandler de uorganiske forurenende stoffer, der er fælles for denne type syntese. Det indfører også checks and balances efter hvert trin for at sikre reproducerbarheden af amphifile guld nanopartikler.Denne teknik er besværlig og kræver tålmodighed. Sværhedsgraden afhænger af skalaen, så start i lille skala, og gør dig bekendt med hvert instrument og trin, før du skalerer op. Først tilsættes 11-bromo-1-undecene, natriumsulfit og benzyltriethylammoniumbromid til 200 milliliter methanol og 450 milliliter deioniseret vand i en rund bundkolbe på en liter.Refluks reaktionen blandingen ved 102 grader Celsius i 48 timer, indtil opløsningen bliver farveløs. Efter oparbejdning suspenderes det isolerede hvide pulver i 400 milliliter methanol i en rund bundkolbe. Ved hjælp af en filtreringskolbe og borosilikatfilter filtreres opløsningen for at fjerne methanolen uopløselige uorganiske biprodukter.Dernæst opløses ca. 30 gram natrium undec-10-enesulfonat i 500 milliliter methanol, i en en-liters rund bundkolbe. Tilsæt 2,6 gange overskydende thioacetic syre til opløsningen, og rør det foran en 250 watt UV-lampe natten over. Når reaktionen er færdig, fordampe methanol helt.Tør pulveret under vakuum, og derefter sprede det i diethyl ether. Blandingen filtreres og det faste produkt vaskes med diethylether for at fjerne overskydende thioaceticsyre, indtil der ikke forekommer flere farvede stoffer i diethylethersupernatanten. Efter tørring af fast stof under højt vakuum, opløses det i methanol, hvilket giver en gul til orange opløsning.Dernæst tilsættes tre gram carbon black til opløsningen og bland kraftigt. Derefter filtreres blandingen gennem Celite, der dækker 2/3 af et riflet filterpapir. At syntetisere MUS, kombinere ca 400 milliliter af en molar saltsyre og 35 gram natrium 11-acetylthio-undecanesulfonaat i en en liter rund bundkolbe.Refluks blandingen ved 102 grader Celsius i 12 timer for at kløve thioacetat gruppen og få en thiol. Den følgende dag overføres produktet til en to liter rund bundkolbe. For at holde opløsningen sur og forhindre krystallisering af uorganiske salte, tilsættes 200 milliliter en molar natriumhydroxid, og 400 milliliter deioniseret vand til kolben for at give et endeligt volumen på en liter.Opbevar den klare løsning ved fire grader Celsius natten over for at krystallisere produktet som fine faste stoffer, der er tyktflydende, når det er vådt. Den følgende dag dekanteres den klare supernatant. Produktet overføres derefter til 50 millilitercentrifugerør og centrifugeres i fem minutter ved 4000 gange g.Efter centrifugering dekanteres supernatanten til en anden rund bundkolbe. Overfør de hvide pellets til centrifugerør, og tør under højt vakuum for at opnå methanol-opløselige MUS i omkring 30% udbytte. 177,2 mg guld(III)chloridtrihydrat vejes i et lille glashætteglas.Herefter opløses 87 mg MUS i 10 milliliter methanol i et 20 milliliterglasglas. Sonikere opløsningen i et ultralydsbad, indtil intet fast materiale er synligt, for at sikre fuldstændig opløsning. Tilsæt 26 mikroliter af 1-Octanethiol til methanol opløsning, og agitere det til at blande ligands.Der tilsættes 500 mg natriumborohydrid til 100 milliliter ethanol i en 250 milliliter rund bundkolbe. Rør kraftigt rundt, indtil opløsningen er klar. Guldsaltet opløses i 100 milliliter ethanol i en 500 milliliter rund bundkolbe og omrøres ved 800 omdr./min., indtil guldsalet er helt opløst.Dernæst tilsættes ligand opløsningen til reaktionsblandingen. Vent 15 minutter for dannelsen af guld-thiolate kompleks, som er angivet ved en farveændring fra gennemskinnelige gule til uklare gule. Tilsæt den tidligere forberedte natriumborohydridopløsning drop-wise til reaktionsblandingen ved hjælp af en separatory tragt.Juster intervaltiden for dråberne, så tilsætningen af natriumborohydrid tager omkring en time. Når tilsætningen af natriumborohydrid er afsluttet, fjernes tilsætningstragten, og reaktionsblandingen omrøres i endnu en time. Fjern derefter den magnetiske rørebjælke ved hjælp af en magnet placeret på ydersiden af den runde bundkolbe.Reaktionsblandingen opbevares ved fire grader celsius natten over for at udfælde nanopartiklerne. Efter dekantering af supernatant ethanol overføres det resterende bundfald til 50 millilitercentrifugerør og centrifugeres i tre minutter ved 4000 gange g. Efter centrifugering dekanteres supernatanten.Disperse nanopartiklerne igen med ethanol ved vortexing. Derefter centrifuge prøverne igen. Tør nanopartiklerne under vakuum for at fjerne den resterende ethanol.For at rense nanopartiklerne fra frie hydrofile ligander opløses bundfaldene i 15 milliliter deioniseret vand, og opløsningerne overføres til centrifugerør med filtreringsmembraner på 30 kilodalton cutoff molekylvægt. Nanopartikelopløsningerne koncentreres ved centrifugering i fem minutter ved 4000 gange g. Efter centrifugering tilsættes 15 milliliter deioniseret vand og centrifuge til at koncentrere sig igen.For at gøre nanopartiklerne til et håndterbart pulver, frysetørres den resterende vandige opløsning. At karakterisere nanopartikler ved ligand forhold, forberede en 150 milligram per milliliter methanol-d4 opløsning af jod. Der tilsættes 600 mikroliter af opløsningen til ca. fem milligram nanopartikler i et glashætteglas for at ætse nanopartiklerne.Wrap hætten af hætten med paraffin film og sonikere det i et ultralydbad i 20 minutter. Derefter overføres opløsningen til et NMR-rør, og der anskaffes et proton NMR-spektrum med 32 scanninger. MUS-syntesen vises her.Proton NMR spektre af produktet af hvert trin er repræsenteret her. Syntesen arbejdsgang af den binære MUS Octanethiol amfifile guld nanopartikler er beskrevet her. Forud for karakterisering, renlighed af nanopartikler fra ubundne frie ligaander blev overvåget af proton NMR.Størrelsen fordeling af nanopartikler var karakteriseret ved TEM, som viser, at den gennemsnitlige diameter er 2,4 nanometer peger på ca 18,08 nanometer kvadreret af overfladeareal, og 7,23 nanometer kubik af volumen pr partikel. Lokaliseret overfladeplasma og resonansabsorption blev målt ved at erhverve UV-vis spektre. Repræsentativ proton NMR spektre med peak opgaver og integration til bestemmelse af ligand forholdet i jod-ætset nanopartikler er vist her.NMR-spektret af nanopartikler viste, at forholdet mellem MUS og Octanethiol er 85 til 15. Overfladedækningen af nanopartiklerne blev undersøgt af TGA. Baseret på TGA-data kan ligandtætheden anslås til 4,8 ligands pr. nanometer kvadreret.De støkiometriske nøgletal i forhold til NMR-forholdet for Octanethiol som følge af forskellige synteser sammenlignes her. De vigtigste ting at huske i denne procedure er at, på den ene side, fjernelse af uorganiske urenheder, mens du forbereder MUS ligands, og på den anden side, workup af nanopartikler. Denne procedure er modtagelig for forskellige kombinationer af ligander, men sørg for altid at karakterisere hvert parti individuelt.Et spørgsmål denne procedure kan besvare, for eksempel, er, i hvilket omfang ligand forholdet svarer til støkiometri findes på overfladen af nanopartikler. Opskalering af produktionen af ligand og bevise batch-til-batch reproducerbarhed af nanopartikler, har gjort det muligt for os at tackle vigtige spørgsmål i forbindelse med biologi og medicin. For eksempel har vi etableret de hættenære egenskaber af disse nanopartikler.Vær venlig at arbejde omhyggeligt, når du bruger UV-lampen, og bær altid beskyttelseshandsker, når du håndterer flydende nitrogen. Følg altid de kemiske sikkerhedsregler.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Skabelon Instrueret Syntese af plasmoniske Guld Nanorør med Justerbar IR Absorbans

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

Nucleosidtriphosphater - Fra Syntese til Biokemisk karakterisering

The  traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the  use of solid-phase synthesis by appending suitably modified ...

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Syntese og karakterisering af funktionaliserede Metal-organisk Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Preparation and Characterization of SDF-1&#945;-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Preparation and Characterization of SDF-1ÃƒÅ½Ã‚Â±-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Fremstilling og karakterisering af SDF-1α-Chitosan-dextransulfat Nanopartikler

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under ...

Synthesis and Catalytic Performance of Gold Intercalated in the Walls of Mesoporous Silica

Syntese og katalytiske ydeevne af Gold indskudt i væggene i mesoporøse Silica

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties ...

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

Synthesis, karakterisering, og Funktionalisering af Hybrid Au / cd&#39;er og Au / ZnS Core / Shell Nanopartikler

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

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

En simpel metode til størrelse Kontrolleret Syntese af stabile Oligomere Klynger af guld nanopartikler under omgivende betingelser

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering af supramolekylære Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Syntese af ligand-free CdS Nanopartikler inden en Sulfur copolymermatrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Hydroquinon Based Syntese af guld nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...