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. en F.S. danken de Zwitserse National Science Foundation en, in het bijzonder, NCCR ' Molecular Systems Engineering '. Z.L. en F.S. danken de steun van de Zwitserse National Science Foundation Division II Grant. Alle auteurs danken Quy ong voorvrucht bare discussies en voor het nalezen van het manuscript.

1. synthese van 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
Opmerking: dit protocol kan op elke gewenste schaal worden gebruikt. Hier wordt een 10 g schaal-van-product beschreven.
<ol><li>Natrium undec-10-enesulfonate
	<ol>
<li>Toevoegen 11-Bromo-1-undecene (25 mL, 111,975 mmol), natriumsulfiet (28,75 g, 227,92 mmol), en benzyltriethylammonium bromide (10 mg) tot een mengsel van 200 mL methanol (MeOH) en 450 mL van deioniseerde (DI) water (4:9 v/v MeOH: H2O-ratio) in ee...

<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>

Dit protocol beschrijft eerst de synthese van MUS ligand en vervolgens de synthese en karakterisering van amphiphilic MUS: OT goud nanodeeltjes. Synthetiseren van MUS met minimale zoutgehalte maakt een betere betrouwbaarheid van de stoichiometrische verhouding tussen de liganden tijdens de nanodeeltjes synthese, dat is een belangrijke factor voor de reproduceerbare synthese van MUS: OT nanodeeltjes met een doel hydrofobe inhoud (Figuur 8). Het gebruik van methanol als een gemeenschappelijk o...

De ligand schelp van goud nanodeeltjes kan worden ontworpen om verschillende eigenschappen die kunnen worden toegepast op de uitdagingen in de biogeneeskunde1,2,3,4vertonen. Deze veelzijdigheid zorgt voor de controle van de intermoleculaire interacties tussen nanodeeltjes en biomoleculen5,6,7. Hydrophobicity en charge spelen een doorslaggevende rol, evenals andere oppervlakte parameters die invloed hebben op hoe nanodeeltjes interageren met biomoleculen5,8,9. Om de oppervlakte-eigenschappen van de nanodeeltjes af te stemmen, biedt de keuze van natriumthiolaat moleculen die het ligand-reservoir uitmaken, een groot aantal mogelijkheden, volgens de gezochte eigenschappen. Bijvoorbeeld, wordt een mengsel van ligand molecules met hydrofobe en hydrofiele (b.v., geladen) eindgroepen vaak gebruikt om amphiphilic nanodeeltjes10,11te produceren.
Een prominent voorbeeld van dit type van nanodeeltjes wordt beschermd door een mengsel van OT en mus (hierna te noemen Mus: OT nanodeeltjes) dat is aangetoond dat veel relevante eigenschappen12,13,14bezitten. Eerste, met een ligand shell samenstelling van 66% MUS (hierna 66:34 MUS: OT), de colloïdale stabiliteit van de nanodeeltjes is hoog, het bereiken van tot 33% in gewicht in deioniseerde water, evenals in fosfaat-gebufferde zoutoplossing (1x, 4 mM fosfaat, 150 mM NaCl)15. Bovendien storten deze deeltjes niet bij relatief lage pH-waarden: bijvoorbeeld bij pH 2,3 en met zoutconcentraties van 1 M NaCl15, blijven deze nanodeeltjes gedurende maanden colloïdaal stabiel. De stoichiometrische verhouding tussen de twee moleculen op de ligand shell is belangrijk omdat het de colloïdale stabiliteit in oplossingen met een hoge Ionische sterkte16dicteert.
Deze deeltjes zijn getoond om het celmembraan te doorkruisen zonder het te porating, via een energie-onafhankelijke weg1,12. De spontane fusie tussen deze deeltjes en lipide bilayers ligt ten grondslag aan hun vluchtigheid door celmembranen17. Het mechanisme achter deze interactie is de minimalisering van contact tussen een hydrofobe oplosbaar-toegankelijke oppervlakte en water molecules op fusie met lipide bilayers18. Vergeleken met alle-MUS nanodeeltjes (nanodeeltjes met alleen de MUS ligand op hun schelp), de hogere hydrophobicity op gemengde MUS: OT nanodeeltjes (bijvoorbeeld, op een 66:34 MUS: OT samenstelling) verhoogt de spanwijdte van de kerndiameter die kan fuseren met lipide bilayers18. Verschillende zelf-assemblage organisaties van de ligand shell correleren met verschillende bindende modi van 66:34 MUS: OT nanodeeltjes met verschillende eiwitten, zoals albumine en ubiquitin, in vergelijking met alle-MUS deeltjes19. Onlangs is gemeld dat 66:34 MUS: OT nanodeeltjes kunnen worden gebruikt als een breed-spectrum antivirale middel dat onherroepelijk vernietigt de virussen als gevolg van multivalente elektrostatische bindingen van MUS liganden en niet-lokale koppelingen van OT liganden om capside proteïnen14. In al deze gevallen is gebleken dat de hydrofobe inhoud, evenals de kern grootte van de nanodeeltjes, bepaalt hoe deze bio-nano interacties plaatsvinden. Deze diverse eigenschappen van MUS: OT nanodeeltjes hebben gevraagd veel computersimulatie studies die gericht zijn op de mechanismen ter ondersteuning van de interacties tussen MUS: OT deeltjes en diverse biologische structuren zoals lipide bilayers20te verduidelijken.
De voorbereiding van MUS: OT-beschermde au nanodeeltjes vormt een paar uitdagingen. Ten eerste, de geladen ligand (MUS) en de hydrofobe ligand (OT) zijn onmengbare. Zo moet de oplosbaarheid van de nanodeeltjes en van de liganden rekening worden gehouden in de gehele synthese, evenals tijdens de karakterisering. Bovendien, de zuiverheid van de MUS ligand moleculen-in het bijzonder, de inhoud van anorganische zouten in het uitgangsmateriaal-invloeden van de kwaliteit, reproduceerbaarheid, evenals de korte en lange termijn colloïdale stabiliteit van de nanodeeltjes.
Hier, een gedetailleerde synthese en karakterisering van deze klasse van amphiphilic goud nanodeeltjes beschermd door een mengsel van MUS en OT worden geschetst. Een protocol voor de synthese van het negatief geladen MUS ligand wordt gerapporteerd om de zuiverheid en, vandaar, de reproduceerbaarheid van verschillende nanodeeltjes synthesen te verzekeren. Vervolgens wordt de procedure voor het genereren van deze nanodeeltjes, gebaseerd op een gemeenschappelijke synthese in één fase, gevolgd door een grondige reiniging, uitvoerig gerapporteerd. Diverse noodzakelijke karakterisering technieken21, zoals tem, UV-VIS, TGA, en NMR, zijn gecombineerd om alle noodzakelijke parameters voor verdere biologische experimenten te verkrijgen.

<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

Goud nanodeeltjes bedekt met een mengsel van 1-Octanethiol (OT) en 11-mercapto-1-Undecane sulfonic zuur (MUS) zijn uitvoerig bestudeerd vanwege hun interacties met celmembranen, lipide bilayers, en virussen. De hydrofiele liganden maken deze deeltjes colloïdaal stabiel in waterige oplossingen en de combinatie met hydrofobe liganden creëert een amphiphilic deeltje dat kan worden geladen met hydrofobe drugs, fuseren met de lipide membranen, en weerstaan niet-specifieke eiwit adsorptie. Veel van deze eigenschappen zijn afhankelijk van de deeltjesgrootte en de samenstelling van de ligand schelp. Het is dan ook van cruciaal belang om een reproduceerbare synthetische methode te hebben en de betrouwbaarheid van karakterisering technieken die de bepaling van nanodeeltjes eigenschappen en de ligand shell samenstelling mogelijk te maken. Hier wordt een chemische reductie van één fase, gevolgd door een grondige reiniging om deze nanodeeltjes met een diameter van minder dan 5 nm te synthetiseren, gepresenteerd. De verhouding tussen de twee liganden op het oppervlak van de nanodeeltjes kan worden afgestemd door hun stoichiometrische ratio gebruikt tijdens de synthese. We laten zien hoe verschillende routine technieken, zoals transmissie elektronenmicroscopie (TEM), nucleaire magnetische resonantie (NMR), thermogravimetric analyse (TGA), en ultraviolet-zichtbare (UV-VIS) spectrometrie, worden gecombineerd tot ruim de fysisch-chemische parameters van de nanodeeltjes te karakteriseren.

De reactiestappen om MUS te synthetiseren zijn weergegeven in Figuur 1. De 1H NMR spectra van het product van elke stap zijn vertegenwoordigd in Figuur 2. De synthese workflow van de binaire MUS: OT amphiphilic goud nanodeeltjes is beschreven in Figuur 3. Na de synthese bestond de Workup van de nanodeeltjes uit het wassen van de deeltjes meerdere malen met ethanol en DI water. Voorafgaand ...

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Amphiphilic goud nanodeeltjes kunnen worden gebruikt in vele biologische toepassingen. Een protocol voor het synthetiseren van goud nanodeeltjes bedekt met een binair mengsel van liganden en een gedetailleerde karakterisering van deze deeltjes wordt gepresenteerd.

Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes

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

Dit protocol richt zich op de batch-to-batch reproduceerbaarheid van sulfonaat en amphifiele gouden nanodeeltjes die ons laboratorium gebruikt in experimenten met cellen, virussen en eiwitten. Deze techniek richt zich op de anorganische verontreinigingen die gemeenschappelijk zijn voor dit soort synthese. Het introduceert ook checks and balances na elke stap om de reproduceerbaarheid van amphifiele gouden nanodeeltjes te waarborgen.Deze techniek is omslachtig en vereist geduld. De moeilijkheidsgraad is afhankelijk van schaal, dus begin op kleine schaal en maak jezelf vertrouwd met elk instrument en stap voordat je opschaalt. Voeg eerst 11-bromo-1-undeceen, natriumsulfaat en benzyltriethylammoniumbromide toe aan 200 milliliter methanol en 450 milliliter gedeïoniseerd water, in een ronde bodemkolf van een liter.Reflux het reactiemengsel bij 102 graden Celsius gedurende 48 uur totdat de oplossing kleurloos wordt. Na het workup, schort het geïsoleerde witte poeder in 400 milliliter methanol in een ronde bodemkolf. Filter met behulp van een filterfles en booroliefilter de oplossing om de onoplosbare anorganische bijproducten van de methanol te verwijderen.Los vervolgens ongeveer 30 gram natrium undec-10-enesulfonaat op in 500 milliliter methanol, in een een liter ronde bodemkolf. Voeg 2,6 keer teveel thioacetisch zuur toe aan de oplossing en roer het 's nachts voor een 250 watt UV-lamp. Zodra de reactie is voltooid, verdampen de methanol volledig.Droog het poeder onder vacuüm, en dan verspreiden in diethylether. Filter het mengsel en was het vaste product met diethylether om overtollig thiozijnzuur te verwijderen totdat er geen gekleurde stoffen meer in de diethylether supernatant verschijnen. Na het drogen van de vaste stof onder hoog vacuüm, los het op in methanol, waardoor een gele tot oranje oplossing.Voeg vervolgens drie gram koolstofzwart toe aan de oplossing en meng krachtig. Vervolgens filter het mengsel door Celite, die 2/3 van een geribbeld filterpapier. Om MUS te synthetiseren, combineer ongeveer 400 milliliter van een molaire zoutzuur en 35 gram natrium 11-acetylthio-undecanesulfonate in een een liter ronde bodemkolf.Reflux het mengsel op 102 graden Celsius gedurende 12 uur om de thioacetaat groep te kleven en het verkrijgen van een thiol. Breng het product de volgende dag over op een twee liter ronde bodemkolf. Om de oplossing zuur te houden en kristallisatie van anorganische zouten te voorkomen, voeg 200 milliliter van een molaire natriumhydroxide, en 400 milliliter gedeïoniseerd water aan de kolf om een definitief volume van een liter te geven.Bewaar de heldere oplossing 's nachts op vier graden Celsius om het product te kristalliseren als fijne vaste stoffen die stroperig zijn als het nat is. Op de volgende dag, decanteren de duidelijke supernatant. Breng het product vervolgens over op 50 milliliter centrifugebuizen en centrifuge gedurende vijf minuten bij 4000 keer g.Na centrifugatie, decanteren de supernatant in een andere ronde bodemkolf. Breng de witte pellets naar centrifugebuizen, en droog onder hoog vacuüm om methanol-oplosbare MUS te verkrijgen in ongeveer 30%-opbrengst. Weeg 177,2 milligram goud(III)chloride trihydraat af in een klein glazen flesje.Los hierna 87 milligram MUS op in 10 milliliter methanol, in een glazen flacon van 20 milliliter. Sonicate de oplossing in een ultrasoon bad totdat er geen vast materiaal zichtbaar is, om volledige ontbinding te garanderen. Voeg 26 microliter 1-Octanethiol toe aan de methanoloplossing en roer deze om de liganden te mengen.Voeg 500 milligram natriumboorhydride toe aan 100 milliliter ethanol in een ronde bodemkolf van 250 milliliter. Roer krachtig tot de oplossing duidelijk is. Los het goudzout op in 100 milliliter ethanol in een ronde bodemkolf van 500 milliliter en roer bij 800 RPM tot het goudzout volledig oplost.Voeg vervolgens de ligandoplossing toe aan het reactiemengsel. Wacht 15 minuten voor de vorming van het goud-thiolate complex, dat wordt aangegeven door een kleurverandering van doorschijnend geel naar troebel geel. Voeg de eerder bereide natriumboorhydrideoplossing druppel-wijs toe aan het reactiemengsel, met behulp van een separatoire trechter.Pas de intervaltijd van de druppels aan, zodat de toevoeging van natriumboorhydride ongeveer een uur duurt. Zodra de natriumboorhydride toevoeging is voltooid, verwijder de toevoeging trechter en laat het reactiemengsel nog een uur roeren. Verwijder vervolgens de magnetische roerstaaf met behulp van een magneet die aan de buitenkant van de ronde bodemkolf wordt geplaatst.Bewaar het reactiemengsel 's nachts op vier graden Celsius om de nanodeeltjes neer te slaan. Na het decanteren van de supernatant ethanol, breng de resterende precipitant naar 50 milliliter centrifuge buizen en centrifuge gedurende drie minuten op 4000 keer g. Na centrifugatie, decanteren de supernatant.Verspreid de nanodeeltjes weer met ethanol door vortexing. Dan, centrifuge de monsters opnieuw. Droog de nanodeeltjes onder vacuüm om de resterende ethanol te verwijderen.Om de nanodeeltjes te reinigen van vrije hydrofiele liganden, los de neerslag in 15 milliliter gedeïoniseerd water op en breng de oplossingen over naar centrifugebuizen met filtratiemembranen van 30 kilodalton cutoff moleculair gewicht. Concentreer de nanodeeltjesoplossingen door vijf minuten te centrifugeren op 4000 keer g. Voeg na centrifugatie 15 milliliter gedeïsized water toe en centrifuge om zich opnieuw te concentreren.Om van de nanodeeltjes een beheersbaar poeder te maken, vriest de resterende waterige oplossing in. Om de nanodeeltjes te karakteriseren door ligand ratio, bereiden een 150 milligram per milliliter methanol-d4 oplossing van jodium. Voeg 600 microliter van de oplossing toe aan ongeveer vijf milligram nanodeeltjes in een glazen flacon om de nanodeeltjes te etsen.Wikkel de dop van de flacon met paraffinefilm en soniek het in een ultrasoon bad gedurende 20 minuten. Breng de oplossing vervolgens over naar een NMR-buis en verwerf een proton NMR-spectrum met 32 scans. De MUS synthese wordt hier getoond.De proton NMR spectra van het product van elke stap zijn hier vertegenwoordigd. De synthese workflow van de binaire MUS Octanethiol amphiphilic gouden nanodeeltjes wordt hier beschreven. Voorafgaand aan de karakterisering, de netheid van de nanodeeltjes van niet-gebonden vrije liganden werd gecontroleerd door proton NMR.De grootteverdeling van de nanodeeltjes werd gekenmerkt door TEM, waaruit blijkt dat de gemiddelde diameter 2,4 nanometer is, wat wijst op ongeveer 18,08 nanometer oppervlakteoppervlak en 7,23 nanometer in blokjes van volume per deeltje. Gelokaliseerd oppervlakteplasma en resonantieabsorptie werd gemeten door uv-vis spectra te verwerven. Representatief proton NMR spectra met piektoewijzingen en integratie voor het bepalen van de ligandverhouding in de jodium geëtste nanodeeltjes worden hier weergegeven.Het NMR-spectrum van de nanodeeltjes toonde aan dat de verhouding tussen MUS en Octanethiol 85 tot 15 is. De oppervlaktedekking van de nanodeeltjes werd onderzocht door TGA. Op basis van TGA-gegevens kan de liganddichtheid worden geschat op 4,8 liganden per nanometer in het kwadraat.De stoichiometrische ratio's ten opzichte van de NMR-ratio's van Octanethiol als gevolg van verschillende syntheses worden hier vergeleken. De belangrijkste dingen om te onthouden in deze procedure zijn aan de ene kant de verwijdering van anorganische onzuiverheden tijdens de voorbereiding van MUS liganden, en aan de andere kant, de workup van de nanodeeltjes. Deze procedure is vatbaar voor verschillende combinaties van liganden, maar zorg ervoor dat elke partij altijd individueel karakteriseren.Een vraag die deze procedure kan beantwoorden, bijvoorbeeld, is in hoeverre de ligand verhouding overeenkomt met de stoichiometrie gevonden op het oppervlak van de nanodeeltjes. Het opschalen van de productie van de ligand en het bewijzen van de batch-to-batch reproduceerbaarheid van de nanodeeltjes, heeft ons in staat gesteld om belangrijke vragen met betrekking tot biologie en geneeskunde aan te pakken. We hebben bijvoorbeeld de virucidale eigenschappen van deze nanodeeltjes vastgesteld.Gelieve voorzichtig te werken bij het gebruik van de UV-lamp, en draag altijd beschermende handschoenen bij het hanteren van vloeibare stikstof. Volg altijd de chemische veiligheidsregels.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Sjabloon gerichte synthese van Plasmonische Gold nanobuizen met afstelbare IR absorptie

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

Nucleosidetrifosfaten - Van Synthese tot biochemische 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

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

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

Bereiding en karakterisering van SDF-1α-Chitosan-Dextransulfaat Nanodeeltjes

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

Synthese en katalytische prestaties van Gold tussengevoegd in de muren van mesoporeus siliciumdioxide-

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

Synthese, karakterisering en functionalisering van de hybride AU / CdS en Au / ZnS Core / Shell Nanodeeltjes

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

Een eenvoudige methode voor de grootte gecontroleerde synthese van Stable oligomere Clusters van Gold Nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden

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

Synthese en karakterisering van Supramoleculaire colloïden

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

Synthese van Ligand-vrij CdS Nanodeeltjes binnen een Zwavel copolymeermatrix

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

Hydrochinon Based Synthese van Gold nanorods

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