Name: synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00
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Ringraziano la Fondazione nazionale svizzera per la scienza e, in particolare, la NCCR "Ingegneria dei sistemi molecolari". Ringraziano il sostegno della Divisione II della Fondazione nazionale svizzera per la scienza. Tutti gli autori ringraziano Quy Ong per le discussioni fruttuose e per la revisione del manoscritto.

1. Sintesi di 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
NOTA: questo protocollo può essere utilizzato su qualsiasi scala desiderata. Qui viene descritta una scala di 10 g di prodotto.
<ol><li>Sodio undec-10-enesulfonato
	<ol>
<li>Aggiungere 11 bromo-1-undecene (25 mL, 111.975 mmol), solfato di sodio (28,75 g, 227,92 mmol) e bromuro di benzyltriethylammo (10 mg) a una miscela di 200 mL di metanolo (MeOH) e 450 mL di acqua deionizzata (DI) (4:9 v/v MeOH:H2O ratio) in u...

<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>

Questo protocollo descrive prima la sintesi del ligando MUS e, quindi, la sintesi e la caratterizzazione delle nanoparticelle d'oro dell'anfihiphilico MUS:OT. La sintesi del MUS con un contenuto di sale minimo consente una migliore affidabilità del rapporto stoichiometrico tra i ligandi durante la sintesi delle nanoparticelle, che è un fattore chiave per la sintesi riproducibile delle nanoparticelle MUS:OT con un bersaglio idrofobico contenuto (Figura 8). L'uso del metanolo come solvente c...

Il guscio di ligando di nanoparticelle d'oro può essere progettato per esibire diverse proprietà che possono essere applicate per affrontare le sfide in biomedicina1,2,3,4. Tale versatilità consente il controllo delle interazioni intermolecolari tra nanoparticelle e biomolecole5,6,7. L'idrofobicità e la carica svolgono un ruolo decisivo, così come altri parametri di superficie che influenzano il modo in cui le nanoparticelle interagiscono con le biomolecole5,8,9. Per ottimizzare le proprietà superficiali delle nanoparticelle, la scelta delle molecole tiolate che compongono il guscio del ligando offre una miriade di possibilità, secondo le caratteristiche ricercate. Ad esempio, una miscela di molecole di ligandocon gruppi finali idrofobici e idrofili (ad esempio, caricata) viene spesso utilizzata per generare nanoparticelle anfifili 10,11.
Un esempio prominente di questo tipo di nanoparticelle è protetto da una miscela di nanoparticelle OT e MUS (qui chiamata NANOparticelle MUS:OT) che ha dimostrato di possedere molte proprietà rilevanti12,13,14. In primo luogo, con una composizione di guscio di ligando del 66% MUS (in seguito 66:34 MUS:OT), la stabilità colloidale delle nanoparticelle è elevata, raggiungendo fino al 33% di peso nell'acqua deionizzata, così come nella salina tampone fosfata (1x, 4 mM fosfato, 150 mM NaCl)15. Inoltre, queste particelle non precipitano a valori di pH relativamente bassi: ad esempio, a pH 2.3 e con concentrazioni di sale di 1 M NaCl15, queste nanoparticelle rimangono colloidalmente stabili per mesi. Il rapporto stoichiometrico tra le due molecole sul guscio del ligando è importante perché detta la stabilità colloidale nelle soluzioni con un'elevata resistenza ionica16.
Queste particelle hanno dimostrato di attraversare la membrana cellulare senza porating esso, attraverso un percorso indipendente dall'energia1,12. La fusione spontanea tra queste particelle e bistrati lipidici è alla base della loro diffusività attraverso le membrane cellulari17. Il meccanismo alla base di questa interazione è la minimizzazione del contatto tra una superficie idrofobica accessibile dal solvente e molecole d'acqua dopo la fusione con bistrati lipidi18 . Rispetto alle nanoparticelle all-MUS (nanoparticelle che hanno solo il ligando MUS sul guscio), la maggiore idrofobicità sulle nanoparticelle miste MUS:OT (ad esempio, a una composizione MUS:OT 66:34) aumenta l'intervallo del diametro del nucleo che può fondersi con i lipidi bistrati18. Diverse organizzazioni di auto-assemblaggio del guscio di ligando sono correlate a modalità di legame distinte di nanoparticelle 66:34 MUS:OT con varie proteine, come albumina e ubiquitina, rispetto alle particelle all-MUS19. Recentemente, è stato riferito che le nanoparticelle 66:34 MUS:OT possono essere utilizzate come un agente antivirale ad ampio spettro che distrugge irreversibilmente i virus a causa di attacchi elettrostatici multivalenti di leganti MUS e accoppiamenti non locali di leganti OT al capside proteine14. In tutti questi casi, è stato scoperto che il contenuto idrofobico, così come la dimensione del nucleo delle nanoparticelle, determina come avvengono queste interazioni bio-nano. Queste diverse proprietà delle nanoparticelle MUS:OT hanno spinto molti studi di simulazione al computer che miravano a chiarire i meccanismi alla base delle interazioni tra particelle MUS:OT e varie strutture biologiche come i bistrati lipidici20.
La preparazione delle nanoparticelle Au protette da MUS:OT pone alcune sfide. In primo luogo, il ligando caricato (MUS) e il ligando idrofobico (OT) sono immiscibili. Pertanto, la solubilità delle nanoparticelle e dei ligandi deve essere presa in considerazione in tutta la sintesi, così come durante la caratterizzazione. Inoltre, la purezza delle molecole di ligando MUS, in particolare il contenuto di sali inorganici nel materiale di partenza, influenza la qualità, la riproducibilità, nonché la stabilità colloidale a breve e lungo termine delle nanoparticelle.
Qui, una sintesi dettagliata e la caratterizzazione di questa classe di nanoparticelle d'oro anfihiphilico protette da una miscela di MUS e OT sono delineate. Un protocollo per la sintesi del ligando MUS caricato negativamente è segnalato per garantire la purezza e, quindi, la riproducibilità di diverse sintesi di nanoparticelle. Quindi, la procedura per generare queste nanoparticelle, sulla base di una sintesi comune di una fase, seguita da una purificazione approfondita, è riportata in dettaglio. Varie tecniche di caratterizzazione necessarie21, come TEM, UV-Vis, TGA e NMR, sono state combinate per ottenere tutti i parametri necessari per qualsiasi ulteriore esperimento biologico.

<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

Le nanoparticelle d'oro ricoperte da una miscela di 1-ottanethiol (OT) e 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) sono state ampiamente studiate a causa delle loro interazioni con le membrane cellulari, i bistrati lipidici e i virus. I ligandi idrofili rendono queste particelle colloidalmente stabili in soluzioni acquose e la combinazione con ligando idrofobico crea una particella anfofica che può essere caricata con farmaci idrofobici, si fonde con le membrane lipidiche e resiste non specifica adsorbire le proteine. Molte di queste proprietà dipendono dalle dimensioni delle nanoparticelle e dalla composizione del guscio del ligando. È quindi fondamentale avere un metodo sintetico riproducibile e tecniche di caratterizzazione affidabili che consentano la determinazione delle proprietà delle nanoparticelle e la composizione della conchiglia. Qui, viene presentata una riduzione chimica di una fase, seguita da una purificazione approfondita per sintetizzare queste nanoparticelle con diametri inferiori a 5 nm. Il rapporto tra i due ligandi sulla superficie della nanoparticella può essere sintonizzato attraverso il loro rapporto stoichiometrico utilizzato durante la sintesi. Dimostriamo come varie tecniche di routine, come la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), la risonanza magnetica nucleare (NMR), l'analisi termogravimetrica (TGA) e la spettrometria ultravioletta-visibile (UV-Vis), sono combinate in modo completo caratterizzano i parametri fisici delle nanoparticelle.

I passaggi di reazione per sintetizzare MUS sono mostrati figura 1. Gli spettri NMR 1H del prodotto di ogni passo sono rappresentati nella Figura 2. Il flusso di lavoro di sintesi delle nanoparticelle binarie in oro MUS:OT anfifiancico è descritto nella Figura 3. Dopo la sintesi, l'esotto delle nanoparticelle consisteva nel lavare le particelle più volte con etanolo e acqua DI. Prima di ...

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Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Le nanoparticelle d'oro anfifilico possono essere utilizzate in molte applicazioni biologiche. Viene presentato un protocollo per sintetizzare nanoparticelle d'oro rivestite da una miscela binaria di ligandi e una caratterizzazione dettagliata di queste particelle.

Sintesi e caratterizzazione delle nanoparticelle d'oro dell'anfifile

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

Questo protocollo affronta la riproducibilità batch-to-batch delle nanoparticelle d'oro sulfonate e anfifile che il nostro laboratorio utilizza negli esperimenti con cellule, virus e proteine. Questa tecnica affronta i contaminanti inorganici comuni a questo tipo di sintesi. Introduce anche controlli ed equilibri dopo ogni fase per garantire la riproducibilità delle nanoparticelle d'oro anfifiliche.Questa tecnica è laboriosa e richiede pazienza. Il livello di difficoltà dipende dalla scala, quindi inizia su piccola scala e familiarizza con ogni strumento e passo prima di scalare. In primo luogo, aggiungere 11-bromo-1-undecene, solfito di sodio e bromuro di benziltrietilammonio a 200 millilitri di metanolo e 450 millilitri di acqua deionizzata, in un pallone di fondo rotondo da un litro.Reflusso della miscela di reazione a 102 gradi Celsius per 48 ore fino a quando la soluzione diventa incolore. Dopo il lavoro, sospendere la polvere bianca isolata in 400 millilitri di metanolo in un pallone inferiore rotondo. Utilizzando un pallone filtrante e un filtro borosilicato, filtrare la soluzione per rimuovere i sottoprodotti inorganici insolubili al metanolo.Successivamente, sciogliere circa 30 grammi di sodio undec-10-enesulfonato in 500 millilitri di metanolo, in un pallone inferiore rotondo da un litro. Aggiungere 2,6 volte l'eccesso di acido tioacetico alla soluzione e mescolarlo davanti a una lampada UV da 250 watt durante la notte. Una volta completata la reazione, evaporare completamente il metanolo.Asciugare la polvere sotto vuoto, quindi disperderla nell'etere dietile. Filtrare la miscela e lavare il prodotto solido con etere dietile per rimuovere l'acido tioacetico in eccesso fino a quando non compaiono più sostanze colorate nel supernatante dell'etere dietile. Dopo aver asciugato il solido sotto alto vuoto, sciogliere in metanolo, producendo una soluzione da gialla a arancione.Successivamente, aggiungere tre grammi di nero fumo alla soluzione e mescolare vigorosamente. Quindi, filtrare la miscela attraverso Celite, coprendo 2/3 di una carta filtrante scanalata. Per sintetizzare MUS, combinare circa 400 millilitri di un acido cloridrico molare e 35 grammi di sodio 11-acetiltio-undecanesulfonato in un pallone dal fondo rotondo da un litro.Reflusso la miscela a 102 gradi Celsius per 12 ore per scindere il gruppo tioacetato e ottenere un tiolo. Il giorno seguente, trasferire il prodotto in un pallone inferiore rotondo da due litri. Per mantenere acida la soluzione e prevenire la cristallizzazione di sali inorganici, aggiungere 200 millilitri di un idrossido di sodio molare e 400 millilitri di acqua deionizzata al pallone per dare un volume finale di un litro.Conservare la soluzione chiara a quattro gradi Celsius durante la notte per cristallizzare il prodotto come solidi fini viscosi quando bagnati. Il giorno seguente, decantare il chiaro supernatante. Quindi, trasferire il prodotto in tubi di centrifuga da 50 millilitri e centrifugare per cinque minuti a 4000 volte g.Dopo la centrifugazione, decantare il supernatante in un altro pallone inferiore rotondo. Trasferire i pellet bianchi in tubi di centrifuga e asciugare sotto vuoto elevato per ottenere MUS solubile in metanolo in una resa di circa il 30%. Pesare 177,2 milligrammi di cloruro d'oro(III)triidrato in una piccola fiala di vetro.In seguito, sciogliere 87 milligrammi di MUS in 10 millilitri di metanolo, in una fiala di vetro da 20 millilitri. Sonicare la soluzione in un bagno ad ultrasuoni fino a quando non è visibile alcun materiale solido, per garantire la completa dissoluzione. Aggiungere 26 microlitri di 1-ottanetiolo alla soluzione di metanolo e agitarlo per mescolare i ligandi.Aggiungere 500 milligrammi di boroidro di sodio a 100 millilitri di etanolo in un pallone inferiore rotondo da 250 millilitri. Mescolare vigorosamente fino a quando la soluzione non è chiara. Sciogliere il sale d'oro in 100 millilitri di etanolo in un pallone inferiore rotondo da 500 millilitri e mescolare a 800 giri/min fino a quando il sale d'oro non si dissolve completamente.Quindi, aggiungere la soluzione di ligando alla miscela di reazione. Attendere 15 minuti per la formazione del complesso oro-tiolato, che è indicato da un cambio di colore dal giallo traslucido al giallo torbido. Aggiungere la soluzione di boroidro di sodio precedentemente preparata per quanto riguarda la goccia alla miscela di reazione, utilizzando un imbuto separatore.Regolare il tempo di intervallo delle gocce in modo che l'aggiunta di boroidro di sodio richiede circa un'ora. Una volta completata l'aggiunta di boroidro di sodio, rimuovere l'imbuto di addizione e lasciare mescolare la miscela di reazione per un'altra ora. Quindi, rimuovere la barra di agitazione magnetica utilizzando un magnete posizionato all'esterno del pallone inferiore rotondo.Conservare la miscela di reazione a quattro gradi Celsius durante la notte per far precipitare le nanoparticelle. Dopo aver decantato l'etanolo supernatante, trasferire il precipitante rimanente a tubi di centrifuga da 50 millilitri e centrifugare per tre minuti a 4000 volte g. Dopo la centrifugazione, decantare il supernatante.Disperdere di nuovo le nanoparticelle con l'etanolo con il vortice. Quindi, centrifuga di nuovo i campioni. Asciugare le nanoparticelle sotto vuoto per rimuovere l'etanolo residuo.Per pulire le nanoparticelle dai ligandi idrofili liberi, sciogliere i precipitati in 15 millilitri di acqua deionizzata e trasferire le soluzioni a tubi di centrifuga con membrane di filtrazione di 30 kilodalton tagliano il peso molecolare. Concentrare le soluzioni di nanoparticelle mediante centrifugazione per cinque minuti a 4000 volte g. Dopo la centrifugazione, aggiungere 15 millilitri di acqua deionizzata e centrifugare per concentrarsi di nuovo.Per trasformare le nanoparticelle in una polvere gestibile, congelare la soluzione acquosa rimanente. Per caratterizzare le nanoparticelle per rapporto ligando, preparare una soluzione di iodio da 150 milligrammi per millilitro metanolo-d4. Aggiungere 600 microlitri della soluzione a circa cinque milligrammi di nanoparticelle in una fiala di vetro per incidere le nanoparticelle.Avvolgere il cappuccio della fiala con pellicola di paraffina e sonicarlo in un bagno ad ultrasuoni per 20 minuti. Quindi, trasferire la soluzione su un tubo NMR e acquisire uno spettro NMR protonico con 32 scansioni. La sintesi MUS è mostrata qui.Qui sono rappresentati gli spettri NMR protoni del prodotto di ogni passo. Il flusso di lavoro di sintesi delle nanoparticelle d'oro anfifile mus ottanetiolo binarie è descritto qui. Prima della caratterizzazione, la pulizia delle nanoparticelle dai ligandi liberi non vincolati era monitorata dal protone NMR.La distribuzione delle dimensioni delle nanoparticelle è stata caratterizzata da TEM, che mostra che il diametro medio è di 2,4 nanometri che puntano a circa 18,08 nanometri quadrati di superficie e 7,23 nanometri a cubetti di volume per particella. Il plasma superficiale localizzato e l'assorbimento della risonanza sono stati misurati acquisendo spettri UV-vis. Qui sono mostrati spettri nmr protoni rappresentativi con assegnazioni di picco e integrazione per determinare il rapporto ligando nelle nanoparticelle incise allo iodio.Lo spettro NMR delle nanoparticelle ha mostrato che il rapporto tra MUS e ottanetiolo è da 85 a 15. La copertura superficiale delle nanoparticelle è stata esaminata dalla TGA. Sulla base dei dati TGA, la densità del ligando può essere stimata in 4,8 ligandi per nanometro al quadrato.Qui vengono confrontati i rapporti stechiometrici rispetto ai rapporti NMR di ottanetiolo risultanti da varie sintesi. Le cose più importanti da ricordare in questa procedura sono, da un lato, la rimozione delle impurità inorganiche durante la preparazione dei ligandi MUS e, dall'altro, il lavoro delle nanoparticelle. Questa procedura è suscettibile a varie combinazioni di ligandi, ma assicurati di caratterizzare sempre ogni lotto individualmente.Una domanda a cui questa procedura può rispondere, ad esempio, è in che misura il rapporto ligando corrisponde alla stechiometria trovata sulla superficie delle nanoparticelle. Aumentare la produzione del ligando e dimostrare la riproducibilità lotto per lotto delle nanoparticelle, ci ha permesso di affrontare importanti questioni legate alla biologia e alla medicina. Per esempio, abbiamo stabilito le proprietà virucide di queste nanoparticelle.Si prega di lavorare con attenzione quando si utilizza la lampada UV e indossare sempre guanti protettivi quando si maneggia azoto liquido. Seguire sempre le regole di sicurezza chimica.

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