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

Z.P.G. og F.S. takker Swiss National Science Foundation og, spesielt, NCCR ' molekylær Systems Engineering '. Z.L. og F.S. takker støtte fra Swiss National Science Foundation divisjon II stipend. Alle forfatterne takker QUY Ong for fruktbare diskusjoner og for korrekturlesing manuskriptet.

1. syntese av 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
Merk: denne protokollen kan brukes i hvilken som helst skala ønsket. Her beskrives en 10 g skala-av-produkt.
<ol><li>Natrium undec-10-enesulfonate
	<ol>
<li>Legg til 11-bromo-1-undecene (25 mL, 111,975 mmol), natrium sulfitt (28,75 g, 227,92 mmol), og benzyltrietylammoniumklorid bromide (10 mg) til en blanding av 200 mL metanol (MeOH) og 450 mL deionisert (DI) vann (4:9 v/v MeOH: H2O ratio) i en 1 L rund bunn ko...

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

Denne protokollen beskriver først syntesen av MUS ligand og, da, syntese og karakterisering av amfifile MUS: OT gull nanopartikler. Syntetisere MUS med minimalt saltinnhold muliggjør en bedre pålitelighet av støkiometriske forholdet mellom ligander under nanopartikkel syntese, som er en nøkkelfaktor for reproduserbar syntese av MUS: OT nanopartikler med et mål hydrofobe innhold (Figur 8). Bruk av metanol som et vanlig løsemiddel for MUS og OT, sammen med syntesen av partiklene i etano...

Det ligand skallet av gull nanopartikler kan være konstruert for å vise flere forskjellige egenskaper som kan brukes til å løse utfordringer i biomedisin1,2,3,4. Slik allsidighet gir mulighet for kontroll av Intermoleylære interaksjoner mellom nanopartikler og biomolekyler5,6,7. Hydrofobisiteten og lad spiller en avgjørende rolle, i tillegg til andre overflate parametre som påvirker hvordan nanopartikler samhandler med biomolekyler5,8,9. For å justere nanopartikler ' overflateegenskaper, valg av thiolate molekyler som utgjør det ligand skallet tilbyr en myriade av muligheter, i henhold til de ønskede egenskaper. For eksempel brukes en blanding av ligand molekyler med hydrofobe og hydrofile (f.eks.ladet) slutt grupper ofte til å generere amfifile nanopartikler10,11.
Et prominent eksempel på denne typen nanopartikler er beskyttet av en blanding av OT og mus (heretter kalt mus: OT nanopartikler) som har vist å ha mange relevante egenskaper12,13,14. Først med en ligand skall sammensetning av 66% MUS (heretter 66:34 MUS: OT), er kolloidalt stabiliteten av nanopartikler høy, og nådde opp til 33% i vekt i deionisert vann, så vel som i fosfat-bufret saltvann (1x, 4 mM fosfat, 150 mM NaCl)15. Dessuten, disse partiklene ikke utløse ved relativt lave pH-verdier: for eksempel ved pH 2,3 og med salt konsentrasjoner på 1 M NaCl15, forblir disse nanopartikler colloidally stabile i månedsvis. Det støkiometriske forholdet mellom de to molekylene på ligand kallet er viktig fordi det dikterer den kolloidalt stabiliteten i løsninger med en høy ioniske styrke16.
Disse partiklene har vist seg å krysse cellemembranen uten å porating den, via en energi uavhengig vei1,12. Den spontane fusjon mellom disse partiklene og lipid bilayers ligger til grunn for deres diffusivity gjennom cellemembraner17. Mekanismen bak denne samhandlingen er minimering av kontakt mellom et hydrofobe løsemiddel-tilgjengelig overflateareal og vannmolekyler ved fusjon med lipid bilayers18. Sammenlignet med all-MUS nanopartikler (nanopartikler har bare MUS ligand på skallet), jo høyere hydrofobisiteten på blandede MUS: OT nanopartikler (for eksempel ved en 66:34 MUS: OT sammensetning) øker span av kjernen diameter som kan fusjonere med lipid bilayers18. Forskjellige selv montering organisasjoner av ligand skallet relatere til distinkte bindende moduser av 66:34 MUS: OT nanopartikler med ulike proteiner, slik som albumin og ubiquitin, sammenlignet med all-MUS partikler19. Nylig har det blitt rapportert at 66:34 MUS: OT nanopartikler kan utnyttes som en bredspektret antiviral agent som irreversibelt ødelegger virus på grunn av multivalent elektrostatiske bindinger med MUS ligander og nonlocal koblinger av OT ligander til kapsid proteiner14. I alle disse tilfellene, det har blitt funnet at hydrofobe innhold, samt kjernen størrelsen på nanopartikler, bestemmer hvordan disse bio-nano interaksjoner finner sted. Disse ulike egenskapene til MUS: OT nanopartikler har bedt om mange datasimulering studier som tar sikte på å avklare mekanismene underbygger samspillet mellom MUS: OT partikler og ulike biologiske strukturer som lipid bilayers20.
Utarbeidelse av MUS: OT-beskyttet au nanopartikler utgjør noen utfordringer. For det første, det ladet ligand (MUS) og hydrofobe ligand (OT) er ublandbare. Dermed må løselighet av nanopartikler og ligander tas hensyn til gjennom syntesen, så vel som under karakterisering. I tillegg påvirker renheten til MUS-ligand molekyler – spesielt innholdet av uorganiske salter i Start materialet – kvaliteten, reproduserbarhet, samt kort-og langsiktig kolloidalt stabilitet av nanopartikler.
Her, en detaljert syntese og karakterisering av denne klassen av amfifile gull nanopartikler beskyttet av en blanding av MUS og OT er skissert. En protokoll for syntesen av den negativt ladet MUS-ligand rapporteres å sikre renheten og dermed reproduserbarheten til forskjellige nanopartikkel synteser. Deretter er prosedyren for å generere disse nanopartikler, basert på en felles en-fase syntese, etterfulgt av grundig rensing, rapportert i detalj. Ulike nødvendige karakterisering teknikker21, som tem, UV-Vis, TGA, og NMR, har blitt kombinert for å få alle de nødvendige parametrene for ytterligere biologiske eksperimenter.

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

synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles

Gull nanopartikler dekket med en blanding av 1-octanethiol (OT) og 11-mercapto-1-undecane sulfonsyrer acid (MUS) har blitt grundig studert på grunn av deres interaksjon med cellemembraner, lipid bilayers, og virus. De hydrofile ligander gjør disse partiklene colloidally stabile i vandige oppløsninger og kombinasjonen med hydrofobe ligander skaper en amfifile partikkel som kan lastes med hydrofobe legemidler, sikring med lipid membraner, og motstå uspesifisert absorpsjon av protein. Mange av disse egenskapene er avhengig av nanopartikkel størrelse og sammensetningen av ligand kallet. Det er derfor avgjørende å ha en reproduserbar syntetisk metode og pålitelig karakterisering teknikker som tillater fastsettelse av nanopartikkel egenskaper og ligand skallet sammensetning. Her presenteres en en-fase kjemisk reduksjon, etterfulgt av en grundig rensing for å syntetisere disse nanopartikler med diametere under 5 NM. Forholdet mellom de to ligander på overflaten av nanopartikkel kan stilles inn gjennom deres støkiometriske ratio brukes under syntese. Vi viser hvordan ulike rutinemessige teknikker, slik som overføring elektron mikroskopi (TEM), kjernefysisk magnetisk resonans (NMR), termogravimetriske analyse (TGA), og ultrafiolett-synlig (UV-Vis) massespektrometri, kombineres til omfattende karakteriserer de fysikalsk parametrene til nanopartikler.

Reaksjons trinnene for å syntetisere MUS vises i figur 1. 1H NMR Spectra av produktet av hvert trinn er representert i figur 2. Den syntese arbeidsflyt av binære MUS: OT amfifile gull nanopartikler er beskrevet i Figur 3. Etter syntesen besto workup av nanopartikler av å vaske partiklene flere ganger med etanol og DI vann. Før noen karakterisering av nanopartikler ble renslighet av nan...

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Amfifile gull nanopartikler kan brukes i mange biologiske anvendelser. En protokoll for å syntetisere gull nanopartikler belagt av en binær blanding av ligander og en detaljert karakterisering av disse partiklene er presentert.

Syntese og karakterisering av Amfifile Gold nanopartikler

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

Denne protokollen tar for seg batch-to-batch reproduserbarheten av sulfonat og amfifile gullnanopartikler som laboratoriet vårt bruker i eksperimenter med celler, virus og proteiner. Denne teknikken tar for seg de uorganiske forurensningene som er felles for denne typen syntese. Det introduserer også sjekker og balanserer etter hvert trinn for å sikre reproduserbarhet av amfifile gull nanopartikler.Denne teknikken er arbeidskrevende og krever tålmodighet. Vanskelighetsgraden avhenger av skala, så start i liten skala, og gjør deg kjent med hvert instrument og trinn før du skalerer opp. Først legger du til 11-bromo-1-undecene, natriumsulfitt og benzyltriethylammoniumbromid til 200 milliliter metanol og 450 milliliter av deionisert vann, i en en liter rund bunnkolbe.Refluks reaksjonsblandingen ved 102 grader Celsius i 48 timer til løsningen blir fargeløs. Etter workup, suspendere det isolerte hvite pulveret i 400 milliliter metanol i en rund bunnkolbe. Ved hjelp av en filtreringskolbe og borosilikatfilter filtrerer du løsningen for å fjerne metanol uoppløselig uorganiske biprodukter.Deretter oppløses ca 30 gram natrium undec-10-enesulfonat i 500 milliliter metanol, i en en liter rund bunnkolbe. Tilsett 2,6 ganger overskudd av tioacetisk syre til løsningen, og rør den foran en 250 watt UV-lampe over natten. Når reaksjonen er fullført, fordampe metanol helt.Tørk pulveret under vakuum, og spre det deretter i dietyleter. Filtrer blandingen og vask det faste produktet med dietyleter for å fjerne overflødig tioacetisk syre til det ikke vises flere fargede stoffer i dietyleteren supernatant. Etter tørking av fast stoff under høyt vakuum, oppløs det i metanol, noe som gir en gul til oransje løsning.Deretter legger du til tre gram karbon svart til løsningen og bland kraftig. Deretter filtrerer du blandingen gjennom Celite, som dekker 2/3 av et riflet filterpapir. For å syntetisere MUS, kombiner ca. 400 milliliter av en molarhydroklorsyre og 35 gram natrium 11-acetylthio-undecanesulfonate i en en liter rund bunnkolbe.Refluks blandingen ved 102 grader Celsius i 12 timer for å holde tioacetate gruppen og få en thiol. På neste dag, overfør produktet til en to liter rund bunnkolbe. For å holde løsningen sur og forhindre krystallisering av uorganiske salter, tilsett 200 milliliter av en molar natriumhydroksid, og 400 milliliter av deionisert vann til kolben for å gi et endelig volum på en liter.Oppbevar den klare løsningen ved fire grader Celsius over natten for å krystallisere produktet som fine faste stoffer som er viskøse når det er vått. På neste dag, dekantere den klare supernatant. Deretter overfører du produktet til 50 milliliter sentrifugerør og sentrifuge i fem minutter ved 4000 ganger g.Etter sentrifugering, dekantere supernatanten i en annen rund bunnkolbe. Overfør de hvite pellets til sentrifugerør, og tørk under høyt vakuum for å oppnå metanolløselig MUS i ca 30% utbytte. Vei 177,2 milligram gull(III)kloridtrihydrat i et lite hetteglass i glass.Etter dette oppløs 87 milligram MUS i 10 milliliter metanol, i et 20 milliliter hetteglass i glass. Sonicate løsningen i et ultralydbad til ingen fast materiale er synlig, for å sikre fullstendig oppløsning. Tilsett 26 mikroliter 1-oktanthiol til metanoloppløsningen, og agiter den for å blande ligandene.Tilsett 500 milligram natrium borohydrid til 100 milliliter etanol i en 250 milliliter rund bunnkolbe. Rør kraftig til oppløsningen er klar. Oppløs gullsaltet i 100 milliliter etanol i en 500 milliliter rund bunnkolbe og rør ved 800 RPM til gullsaltet oppløses helt.Deretter legger du til ligandløsningen til reaksjonsblandingen. Vent 15 minutter for dannelsen av gull-thiolate kompleks, som indikeres av en fargeendring fra gjennomsiktig gul til uklar gul. Tilsett den tidligere tilberedte natriumborohydridløsningen drop-wise til reaksjonsblandingen, ved hjelp av en separatoritrakt.Juster intervalltiden for dråpene slik at tilsetning av natriumborohydrid tar omtrent en time. Når natriumborohydridtillegget er fullført, fjern tilsetningstrakten og la reaksjonsblandingen røre i en time til. Fjern deretter den magnetiske rørestangen ved hjelp av en magnet plassert på utsiden av den runde bunnkolben.Oppbevar reaksjonsblandingen ved fire grader Celsius over natten for å utløse nanopartiklene. Etter dekantering av supernatant etanol, overfør den gjenværende stupbratt til 50 milliliter sentrifuge rør og sentrifuge i tre minutter på 4000 ganger g. Etter sentrifugering, dekantere supernatant.Spre nanopartiklene igjen med etanol ved vortexing. Deretter sentrifuger prøvene igjen. Tørk nanopartiklene under vakuum for å fjerne gjenværende etanol.For å rense nanopartikler fra frie hydrofile ligander, oppløs utløsningsprekkene i 15 milliliter av deionisert vann, og overfør løsningene til sentrifugerør med filtreringsmembraner på 30 kilodalton cutoff molekylvekt. Konsentrer nanopartikkelløsningene ved sentrifugering i fem minutter ved 4000 ganger g. Etter sentrifugering, tilsett 15 milliliter av deionisert vann, og sentrifuge å konsentrere seg igjen.For å gjøre nanopartiklene til et håndterbart pulver, frys den gjenværende vandige løsningen. For å karakterisere nanopartikler etter ligand ratio, forberede en 150 mg per milliliter metanol-d4 løsning av jod. Tilsett 600 mikroliter av løsningen til omtrent fem milligram nanopartikler i et hetteglass med glass for å etse nanopartiklene.Pakk hetten på hetteglasset med parafinfilm og soniker den i et ultralydbad i 20 minutter. Deretter overfører du løsningen til et NMR-rør og får et proton NMR-spektrum med 32 skanninger. MUS-syntesen vises her.Proton NMR-spektra av produktet av hvert trinn er representert her. Syntese arbeidsflyten av binære MUS Octanethiol amfifile gull nanopartikler er beskrevet her. Før karakterisering ble rensligheten av nanopartikler fra ubundne frie ligander overvåket av proton NMR.Størrelsesfordelingen av nanopartikler var preget av TEM, som viser at den gjennomsnittlige diameteren er 2,4 nanometer som peker til ca. 18,08 nanometer kvadrert av overflateareal, og 7,23 nanometer cubed av volum per partikkel. Lokalisert overflateplasma og resonansabsorpsjon ble målt ved å anskaffe UV-vis spektra. Representative proton NMR-spektra med toppoppdrag og integrering for å bestemme ligand-forholdet i de jodet nanopartikler vises her.NMR spekteret av nanopartikler viste at forholdet mellom MUS og Octanethiol er 85 til 15. Overflatedekningen av nanopartiklene ble undersøkt av TGA. Basert på TGA-data kan ligandtettheten anslås til 4,8 ligander per nanometer kvadrert.De stoichiometriske forholdene versus NMR-forholdene til Octanethiol som følge av ulike synteser sammenlignes her. De viktigste tingene å huske i denne prosedyren er å, på den ene siden, fjerning av uorganiske urenheter mens du forbereder MUS ligandes, og på den andre siden, arbeid av nanopartiklene. Denne prosedyren er mottagelig for ulike kombinasjoner av ligands, men sørg for å alltid karakterisere hver batch individuelt.Et spørsmål denne prosedyren kan svare på, for eksempel, er i hvilken grad ligand-forholdet tilsvarer stoichiometry som finnes på overflaten av nanopartiklene. Å skalere opp produksjonen av ligande og bevise batch-to-batch reproduserbarhet av nanopartiklene, har tillatt oss å takle viktige spørsmål knyttet til biologi og medisin. For eksempel har vi etablert virucidale egenskapene til disse nanopartiklene.Vær forsiktig når du bruker UV-lampen, og bruk alltid vernehansker når du håndterer flytende nitrogen. Følg alltid reglene for kjemisk sikkerhet.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Mal Regissert Syntese av Plasmonic Gold Nanorør med Fleksibel IR Absorbans

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

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

Nukleosidtrifosfater - Fra Synthesis til Biokjemisk karakterisering

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

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Syntese og karakterisering av funksjon Metal-organisk Rammeverk

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

Utarbeidelse og karakterisering av SDF-1α-Chitosan-dekstransulfat Nanopartikler

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

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

Syntese og Catalytic Utførelse av Gold interkalert i veggene i mesoporøs Silica

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

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

Syntese, karakterisering og funksjon av Hybrid Au / CDer og Au / ZnS Kjerne / Shell Nanopartikler

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

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

En enkel metode for størrelsen Kontrollert Syntese av Stabile Oligomere Klynger av gull nanopartikler under omgivelses

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

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering av supra Colloids

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

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

Syntese av ligand-fri CdS Nanopartikler i en Svovel Copolymer Matrix

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

Hydrokinon Basert Syntese av gull nanorods

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