Name: synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00
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Z.P.G. et F.S. remercient la Fondation nationale suisse pour la science et, en particulier, le NCCR 'Molecular Systems Engineering'. Z.L. et F.S. remercient le soutien de la subvention de la Division II de la Fondation nationale suisse pour la science. Tous les auteurs remercient Quy Ong pour les discussions fructueuses et pour la relecture du manuscrit.

1. Synthèse de 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
REMARQUE : Ce protocole peut être utilisé à n'importe quelle échelle souhaitée. Ici, une échelle de 10 g de produit est décrite.
<ol><li>Sodium undec-10-enesulfonate
	<ol>
<li>Ajouter 11-bromo-1-undecene (25 ml, 111.975 mmol), sulfite de sodium (28,75 g, 227,92 mmol), et bromure de benzyltriethylammonium (10 mg) à un mélange de 200 mL de méthanol (MeOH) et 450 mL d'eau déionisée (DI) (4:9 v/v MeOH:H2</sub...

<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>

Ce protocole décrit d'abord la synthèse du ligand muséal, puis la synthèse et la caractérisation des nanoparticules d'or amphiphiles MUS:OT. La synthèse de la MUS avec une teneur minimale en sel permet une meilleure fiabilité du rapport stoichiométrique entre les ligands lors de la synthèse des nanoparticules, qui est un facteur clé pour la synthèse reproductible des nanoparticules MUS:OT avec une cible hydrophobe contenu (Figure 8). L'utilisation du méthanol comme solvant commun...

La coquille ligand des nanoparticules d'or peut être conçue pour montrer plusieurs propriétés différentes qui peuvent être appliquées pour répondre aux défis dans la biomédecine1,2,3,4. Une telle polyvalence permet de contrôler les interactions intermoléculaires entre les nanoparticules et les biomolécules5,6,7. L'hydrophobicité et la charge jouent un rôle décisif, ainsi que d'autres paramètres de surface qui affectent la façon dont les nanoparticules interagissent avec les biomolécules5,8,9. Pour régler les propriétés de surface des nanoparticules, le choix des molécules de thiolate qui composent la coquille ligand offre une myriade de possibilités, selon les caractéristiques recherchées. Par exemple, un mélange de molécules de ligandavec des groupes d'extrémité hydrophobes et hydrophiles (par exemple, chargés) sont souvent utilisés pour générer des nanoparticules amphiphiles10,11.
Un exemple proéminent de ce type de nanoparticules est protégé par un mélange d'OT et de MUS (ci-après appelé MUS : nanoparticules d'OT) qui a été montré pour posséder beaucoup de propriétés pertinentes12,13,14. Tout d'abord, avec une composition de coquille ligand de 66% MUS (ci-après 66:34 MUS:OT), la stabilité colloïdale des nanoparticules est élevée, atteignant jusqu'à 33% de poids dans l'eau déionisée, ainsi que dans le phosphate tamponné salin (1x, 4 mM phosphate, 150 mM NaCl)15. De plus, ces particules ne se précipitent pas à des valeurs de pH relativement faibles : par exemple, au pH 2,3 et avec des concentrations de sel de 1 M NaCl15,ces nanoparticules restent familièrement stables pendant des mois. Le rapport stoichiométrique entre les deux molécules sur la coquille ligand est important parce qu'il dicte la stabilité colloïdale dans les solutions avec une force ionique élevée16.
Ces particules ont été montrées pour traverser la membrane cellulaire sans la pomer, par l'intermédiaire d'une voie énergie-indépendante1,12. La fusion spontanée entre ces particules et les bicouches lipidiques sous-tend leur diffusion à travers les membranes cellulaires17. Le mécanisme derrière cette interaction est la minimisation du contact entre une surface hydrophobe accessible aux solvants et des molécules d'eau lors de la fusion avec des bicouches lipidiques18. Par rapport aux nanoparticules entièrement MUS (nanoparticules n'ayant que le ligand MUS sur leur coquille), l'hydrophobicité plus élevée sur les nanoparticules mixtes MUS:OT (par exemple, à une composition de 66:34 MUS:OT) augmente la portée du diamètre du noyau qui peut fusionner avec les lipides bicouches18. Différentes organisations d'auto-assemblage de la coquille ligand sont en corrélation avec des modes de liaison distincts de 66:34 MUS:OT nanoparticules avec diverses protéines, telles que l'albumine et l'ubiquitine, par rapport aux particules tout-MUS19. Récemment, il a été rapporté que 66:34 MUS:OT nanoparticules peuvent être utilisés comme un agent antiviral à large spectre qui détruit irrémédiablement les virus en raison de liaisons électrostatiques multivalentes de ligands MUS et des accouplements non locaux de ligands OT à capsid protéines14. Dans tous ces cas, il a été constaté que la teneur hydrophobe, ainsi que la taille de base des nanoparticules, détermine comment ces interactions bio-nano ont lieu. Ces diverses propriétés des nanoparticules DE MUS:OT ont incité de nombreuses études de simulation informatique qui visaient à clarifier les mécanismes qui sous-tendent les interactions entre les particules MUS:OT et diverses structures biologiques telles que les bicouches lipidiques20.
La préparation des nanoparticules Au protégées par l'OT pose quelques défis. Tout d'abord, le ligand chargé (MUS) et le ligand hydrophobe (OT) sont immiscibles. Ainsi, la solubilité des nanoparticules et des ligands doit être prise en compte tout au long de la synthèse, ainsi que lors de la caractérisation. En outre, la pureté des molécules de ligand MUS, en particulier la teneur en sels inorganiques dans le matériau de départ, influence la qualité, la reproductibilité, ainsi que la stabilité colloïdale à court et à long terme des nanoparticules.
Ici, une synthèse détaillée et la caractérisation de cette classe de nanoparticules d'or amphiphiles protégées par un mélange de MUS et d'OT sont décrites. Un protocole pour la synthèse du ligand de MUS chargé négativement est rapporté pour assurer la pureté et, par conséquent, la reproductibilité de différentes synthèses de nanoparticules. Ensuite, la procédure de générer ces nanoparticules, basée sur une synthèse commune en une seule phase, suivie d'une purification complète, est rapportée en détail. Diverses techniques de caractérisation nécessaires21, telles que TEM, UV-Vis, TGA et NMR, ont été combinées pour obtenir tous les paramètres nécessaires pour toute autre expérience biologique.

<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

Les nanoparticules d'or recouvertes d'un mélange de 1-octanethiol (OT) et d'acide sulfonique de 11-mercapto-1-undecane (MUS) ont été intensivement étudiées en raison de leurs interactions avec les membranes cellulaires, les bicouches lipidiques et les virus. Les ligands hydrophiles rendent ces particules familièrement stables dans des solutions aqueuses et la combinaison avec des ligands hydrophobes crée une particule amphiphile qui peut être chargée avec des drogues hydrophobes, fusionner avec les membranes lipidiques, et résister non spécifique l'adsorption protéique. Beaucoup de ces propriétés dépendent de la taille des nanoparticules et de la composition de la coquille ligand. Il est donc crucial d'avoir une méthode synthétique reproductible et des techniques de caractérisation fiables qui permettent de déterminer les propriétés des nanoparticules et la composition de la coquille ligand. Ici, une réduction chimique en une phase, suivie d'une purification complète pour synthétiser ces nanoparticules de diamètre inférieur à 5 nm, est présentée. Le rapport entre les deux ligands à la surface de la nanoparticule peut être réglé par leur rapport stoichiométrique utilisé lors de la synthèse. Nous démontrons comment diverses techniques de routine, telles que la microscopie électronique de transmission (TEM), la résonance magnétique nucléaire (NMR), l'analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectrométrie ultraviolet-visible (UV-Vis), sont combinées à caractériser les paramètres physicochimiques des nanoparticules.

Les étapes de réaction pour synthétiser la MUS sont indiquées dans la figure 1. Les spectres 1H RMN du produit de chaque étape sont représentés à la figure 2. Le flux de travail de synthèse des nanoparticules d'or amphiphiles binaires MUS:OT est décrit dans la figure 3. Après la synthèse, l'analyse des nanoparticules a consisté à laver les particules plusieurs fois avec de l'...

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Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Les nanoparticules d'or amphiphiles peuvent être utilisées dans de nombreuses applications biologiques. Un protocole de synthèse des nanoparticules d'or recouverte d'un mélange binaire de ligands et d'une caractérisation détaillée de ces particules est présenté.

Synthèse et caractérisation des nanoparticules d'or amphiphiles

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

Ce protocole traite de la reproductibilité par lots des nanoparticules d’or sulfonate et amphiphilique que notre laboratoire utilise dans des expériences avec des cellules, des virus et des protéines. Cette technique s’attaque aux contaminants inorganiques communs à ce type de synthèse. Il introduit également des freins et contrepoids après chaque étape pour assurer la reproductibilité des nanoparticules d’or amphiphiliques.Cette technique est laborieuse et demande de la patience. Le niveau de difficulté dépend de l’échelle, alors commencez à petite échelle, et familiarisez-vous avec chaque instrument et étape avant de vous intensifier. Tout d’abord, ajouter 11-bromo-1-undecene, sulfite de sodium, et bromure de benzyltriethylammonium à 200 millilitres de méthanol et 450 millilitres d’eau déionisée, dans un flacon de fond rond d’un litre.Reflux du mélange de réaction à 102 degrés Celsius pendant 48 heures jusqu’à ce que la solution devienne incolore. Après l’examen, suspendre la poudre blanche isolée dans 400 millilitres de méthanol dans un flacon de fond rond. À l’aide d’un flacon filtrant et d’un filtre borosilicate, filtrer la solution pour éliminer les sous-produits inorganiques insolubles du méthanol.Ensuite, dissoudre environ 30 grammes de sodium undec-10-enesulfonate dans 500 millilitres de méthanol, dans un flacon de fond rond d’un litre. Ajouter 2,6 fois plus d’acide thioacétique à la solution, et remuer devant une lampe UV de 250 watts pendant la nuit. Une fois la réaction terminée, évaporer complètement le méthanol.Séchez la poudre sous vide, puis dispersez-la dans de l’éther de diététhyle. Filtrer le mélange et laver le produit solide avec de l’éther de détyle pour éliminer tout excès d’acide thioacetic jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de substances colorées dans le supernatant éther diététyle. Après séchage du solide sous vide élevé, dissoudre dans le méthanol, donnant une solution jaune à orange.Ensuite, ajoutez trois grammes de noir de carbone à la solution et mélangez vigoureusement. Ensuite, filtrer le mélange à travers Celite, couvrant les 2/3 d’un papier filtre cannelé. Pour synthétiser mus, combinez approximativement 400 millilitres d’un acide chlorhydrique molaire et 35 grammes de sodium 11-acetylthio-undecanesulfonate dans un flacon rond de fond d’un litre.Reflux du mélange à 102 degrés Celsius pendant 12 heures pour fendre le groupe de thioacéate et obtenir un thiol. Le lendemain, transférer le produit dans un flacon de fond rond de deux litres. Pour garder la solution acide et empêcher la cristallisation des sels inorganiques, ajouter 200 millilitres d’un hydroxyde de sodium molaire, et 400 millilitres d’eau déionisée à la fiole pour donner un volume final d’un litre.Conservez la solution claire à quatre degrés Celsius pendant la nuit pour cristalliser le produit sous forme de solides fins visqueux lorsqu’ils sont mouillés. Le lendemain, décanter le surnatant clair. Ensuite, transférez le produit dans des tubes de centrifugeuse de 50 millilitres et une centrifugeuse pendant cinq minutes à 4000 fois g.Après centrifugation, décanter le supernatant dans un autre flacon de fond rond. Transférer les granulés blancs dans des tubes de centrifugeuse et sécher sous vide élevé pour obtenir une MUS soluble dans le méthanol dans un rendement d’environ 30 %. Peser 177,2 milligrammes de trihydrate de chlorure d’or (III) dans un petit flacon de verre.Par la suite, dissoudre 87 milligrammes de MUS dans 10 millilitres de méthanol, dans un flacon de verre de 20 millilitres. Sonicate la solution dans un bain ultrasonique jusqu’à ce qu’aucun matériau solide n’est visible, pour assurer la dissolution complète. Ajouter 26 microlitres de 1-Octanethiol à la solution de méthanol, et l’agiter pour mélanger les ligands.Ajouter 500 milligrammes de borohydride de sodium à 100 millilitres d’éthanol dans un flacon de fond rond de 250 millilitres. Remuer vigoureusement jusqu’à ce que la solution soit claire. Dissoudre le sel d’or dans 100 millilitres d’éthanol dans un flacon de fond rond de 500 millilitres et remuer à 800 rpm jusqu’à ce que le sel d’or se dissolve complètement.Ensuite, ajoutez la solution ligand au mélange de réaction. Attendez 15 minutes pour la formation du complexe or-thiolate, qui est indiqué par un changement de couleur du jaune translucide au jaune turbide. Ajouter la solution de borohydride de sodium précédemment préparée au mélange de réaction, à l’aide d’un entonnoir séparateur.Ajuster le temps d’intervalle des gouttes de sorte que l’ajout de borohydride de sodium prend environ une heure. Une fois que l’ajout de borohydride de sodium est terminé, retirer l’entonnoir d’ajout et laisser le mélange de réaction remuer pendant une autre heure. Ensuite, retirez la barre magnétique à l’aide d’un aimant placé à l’extérieur du flacon inférieur rond.Conserver le mélange de réaction à quatre degrés Celsius pendant la nuit pour précipiter les nanoparticules. Après avoir décanté l’éthanol supernatant, transférer le précipitateur restant dans des tubes de centrifugeuse et une centrifugeuse de 50 millilitres pendant trois minutes à 4000 fois g. Après centrifugation, décanter le supernatant.Dispersez à nouveau les nanoparticules avec de l’éthanol par vortex. Ensuite, centrifugez à nouveau les échantillons. Séchez les nanoparticules sous vide pour éliminer l’éthanol résiduel.Pour nettoyer les nanoparticules des ligands hydrophiles libres, dissoudre les précipités en 15 millilitres d’eau déionisée, et transférer les solutions aux tubes de centrifugeuse avec des membranes de filtration de 30 kilodalton cutoff poids moléculaire. Concentrez les solutions de nanoparticules par centrifugation pendant cinq minutes à 4000 fois g. Après centrifugation, ajouter 15 millilitres d’eau déionisée et centrifugeuse pour se concentrer à nouveau.Pour transformer les nanoparticules en poudre gérable, congelez-séchez la solution aqueuse restante. Pour caractériser les nanoparticules par rapport ligand, préparez une solution d’iode de 150 milligrammes par millilitre de méthanol-d4. Ajouter 600 microlitres de la solution à environ cinq milligrammes de nanoparticules dans un flacon de verre pour graver les nanoparticules.Envelopper le bouchon du flacon avec du film de paraffine et soniquer dans un bain ultrasonique pendant 20 minutes. Ensuite, transférez la solution dans un tube NMR et acquérez un spectre NMR proton avec 32 scans. La synthèse MUS est montrée ici.Les spectres NMR proton du produit de chaque étape sont représentés ici. Le flux de travail de synthèse des nanoparticules d’or amphiphiliques binaires MUS Octanethiol est décrit ici. Avant la caractérisation, la propreté des nanoparticules des ligands libres non liés était surveillée par proton NMR.La répartition de la taille des nanoparticules a été caractérisée par TEM, qui montre que le diamètre moyen est de 2,4 nanomètres pointant vers environ 18,08 nanomètres carrés de surface, et 7,23 nanomètres en cubes de volume par particule. L’absorption localisée de plasma de surface et de résonance a été mesurée en acquérant des spectres UV-vis. Des spectres représentatifs de NMR de proton avec des affectations de pointe et l’intégration pour déterminer le rapport de ligand dans les nanoparticules iode-gravées sont montrés ici.Le spectre NMR des nanoparticules a montré que le rapport de MUS à Octanethiol est de 85 à 15. La couverture de surface des nanoparticules a été examinée par TGA. D’après les données TGA, la densité des ligands peut être estimée à 4,8 ligands par nanomètre au carré.Les ratios stoichiométriques par rapport aux ratios NMR d’Octanethiol résultant de diverses synthèses sont comparés ici. Les choses les plus importantes à retenir dans cette procédure sont, d’un côté, l’élimination des impuretés inorganiques lors de la préparation des ligands MUS, et de l’autre, l’accumulation des nanoparticules. Cette procédure est adaptée à diverses combinaisons de ligands, mais assurez-vous de toujours caractériser chaque lot individuellement.Une question à laquelle cette procédure peut répondre, par exemple, est de savoir dans quelle mesure le rapport ligand correspond à la stoichiométrie trouvée à la surface des nanoparticules. L’intensification de la production du ligand et la preuve de la reproductibilité par lots des nanoparticules nous ont permis d’aborder d’importantes questions liées à la biologie et à la médecine. Par exemple, nous avons établi les propriétés virucidales de ces nanoparticules.S’il vous plaît, travaillez prudemment lors de l’utilisation de la lampe UV, et toujours porter des gants de protection lors de la manipulation de l’azote liquide. Suivez toujours les règles de sécurité chimique.

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