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

З.П.Г. и F.S. благодарят Швейцарский национальный научный фонд и, в частности, NCCR «Молекулярное инженерия систем». З.Л. и Ф.С. благодарят грант Швейцарского национального научного фонда No2. Все авторы благодарят Куи Онга за плодотворные дискуссии и за коррективы рукописи.

1. Синтез 11-меркапто-1-undecanesulfonate (MUS)
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол может быть использован в любом желаемом масштабе. Здесь описана шкала 10 г.
<ol><li>Натрий недек-10-энсульфонат
	<ol>
<li>Добавить 11-бромо-1-undecene (25 мл, 111,975 ммоль), сульфит натрия (28,75 г, 227,92 ммоль) и бромид бензилтри...

<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>

Этот протокол описывает сначала синтез ЛИганда MUS, а затем синтез и характеристику амфифилических НАночастиц ЗОЛОТА MUS:OT. Синтез MUS с минимальным содержанием соли обеспечивает лучшую надежность стоихиометрического соотношения между лигандами во время синтеза наночастиц, что является ...

Лиганд оболочки золотых наночастиц могут быть разработаны, чтобы показать несколько различных свойств, которые могут быть применены для решения проблем в биомедицине1,2,3,4. Такая универсальность позволяет контролировать межмолекулярные взаимодействия между наночастицамии биомолекулами 5,6,7. Гидрофобность и заряд играют решающую роль, а также другие параметры поверхности,которые влияют на то, как наночастицы взаимодействуют с биомолекулами 5,8,9. Для настройки поверхностных свойств наночастиц выбор молекул тиолата, которые составляют оболочку лиганда, предлагает множество возможностей, в соответствии с испрашиваемыми характеристиками. Например, смесь молекул лиганд с гидрофобными игидрофильные (например, заряженные) конечные группы часто используются для генерации амфифильных наночастиц10,11.
Один из ярких примеров этого типа наночастиц защищен смесью OT и MUS (в дальнейшем называется MUS:OT наночастиц), которые, как было показано, обладают многими соответствующими свойствами12,13,14. Во-первых, с составом оболочки лиганда 66% MUS (далее 66:34 MUS:OT), коллоидная устойчивость наночастиц высока, достигая до 33% в весе в деионизированной воде, а также в фосфат-буферизированном соленом (1x, 4 мМ фосфат, 150 мМ NaCl)15. Более того, эти частицы не осаждается при относительно низких значениях рН: например, при рН 2,3 и при концентрации соли 1 M NaCl15эти наночастицы остаются коллоидно стабильными в течение нескольких месяцев. Stoichiometric соотношение между двумя молекулами на оболочке лиганда имеет важное значение, поскольку он диктует коллоидной стабильности в решениях с высокой ионной силой16.
Эти частицы были показаны, чтобы пройти клеточной мембраны без porating его, через энергонезависимый путь1,12. Спонтанное слияние между этими частицами и липидными двуслойными слоями лежит в основе их диффузии через клеточные мембраны17. Механизмом этого взаимодействия является минимизация контакта между гидрофобной областью поверхности, доступной для растворителя, и молекулами воды при слиянии с липидными двуслойками18. По сравнению с наночастицами all-MUS (наночастицы, имеющие только ЛИганду MUS на их оболочке), более высокая гидрофобность на смешанных наночастицах MUS:OT (например, при составе 66:34 MUS:OT) увеличивает пролет диаметра ядра, который может слиться с липидом двуслойные18. Различные организации самосборки оболочки лиганда коррелируют с различными режимами связывания 66:34 MUS:OT наночастиц с различными белками, такими как альбумин и убиквитин, по сравнению с частицами all-MUS19. Недавно было сообщено, что 66:34 MUS:OT наночастицы могут быть использованы в качестве широкого спектра спектра противовирусного агента, который необратимо разрушает вирусы из-за многовалентных электростатических связей MUS лигандов и нелокальных соединений OT лигандов для капсида белки14. Во всех этих случаях было установлено, что гидрофобное содержание, а также размер ядра наночастиц, определяет, как эти био-нано взаимодействия происходят. Эти разнообразные свойства MUS:OT наночастицы побудили многих исследований компьютерного моделирования, которые направлены на прояснение механизмов, лежащих в основе взаимодействия между частицами MUS:OT и различных биологических структур, таких как липидные дразнители20.
Подготовка наночастиц MUS:OT-защищенных Au создает несколько проблем. Во-первых, заряженный лиганд (MUS) и гидрофобный лиганд (OT) недопустимы. Таким образом, растворимость наночастиц и лигандов должна быть учтена во время синтеза, а также при характеристике. Кроме того, чистота молекул MUS ligand, в частности, содержание неорганических солей в исходном материале – влияет на качество, воспроизводимость, а также на краткосрочную и долгосрочную коллоидную стабильность наночастиц.
Здесь описан подробный синтез и характеристика этого класса амфифилических золотых наночастиц, защищенных смесью MUS и OT. Сообщается, что протокол синтеза отрицательно заряженного лиганда MUS обеспечивает чистоту и, следовательно, воспроизводимость различных синтезов наночастиц. Затем подробно сообщается о процедуре генерации этих наночастиц, основанной на общем однофазном синтезе с последующим тщательным очищением. Различные необходимые методы характеристики21,такие как TEM, UV-Vis, TGA и NMR, были объединены для получения всех необходимых параметров для любых дальнейших биологических экспериментов.

<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

Золотые наночастицы, покрытые смесью 1-октанетиола (OT) и 11-меркапто-1-undecane сульфонической кислоты (MUS) были широко изучены из-за их взаимодействия с клеточными мембранами, липидными двуслойиками и вирусами. Гидрофильные лиганды делают эти частицы коллоидно стабильными в входящих растворах, а сочетание с гидрофобными лигандами создает амфифиловую частицу, которая может быть загружена гидрофобными препаратами, предохранителем липидных мембран и противостоять неспецифическим белка адсорбции. Многие из этих свойств зависят от размера наночастиц и состава оболочки лиганда. Поэтому крайне важно иметь воспроизводимый синтетический метод и надежные методы характеристики, которые позволяют определить свойства наночастиц и состав оболочки лиганда. Здесь представлено однофазное химическое сокращение, за которым последует тщательная очистка для синтеза этих наночастиц диаметром менее 5 нм. Соотношение между двумя лигандами на поверхности наночастиц может быть настроено через их стойометрическое соотношение, используемое во время синтеза. Мы демонстрируем, как различные обычные методы, такие как электронная микроскопия передачи (TEM), ядерный магнитный резонанс (NMR), термогравиметрический анализ (TGA) и ультрафиолетовая видимая (УФ-Вис) спектрометрия, объединяются в комплексно характеризуют физико-химические параметры наночастиц.

Реакционные шаги для синтеза MUS показаны на рисунке 1. Спектры 1H NMR продукта каждого шага представлены на рисунке 2. Процесс синтеза двоичных наночастиц амфифилического золота MUS:OT описан на рисунке 3. После синтеза, ?...

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Наночастицы амфифилического золота могут быть использованы во многих биологических применениях. Представлен протокол обобщить золотые наночастицы, покрытые бинарной смесью лигандов, и подробную характеристику этих частиц.

Синтез и характеристика амфифилических золотых наночастиц

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

В этом протоколе рассматривается воспроизводимость сульфоната и наночастиц амфифилического золота, которые наша лаборатория использует в экспериментах с клетками, вирусами и белками. Этот метод устраняет неорганические загрязняющие вещества, общие для этого типа синтеза. Он также вводит сдержек и противовесов после каждого шага для обеспечения воспроизводимости наночастиц амфифилического золота.Этот метод является трудоемким и требует терпения. Уровень сложности зависит от масштаба, поэтому начните с малого масштаба, и ознакомитесь с каждым инструментом и шаг перед масштабированием. Во-первых, добавьте 11-бромо-1-недецен, сульфит натрия и бромид бензилтриэтиламмония в 200 миллилитров метанола и 450 миллилитров деионизированной воды в одну литровую круглую нижнюю колбу.Рефлюкс реакционной смеси при 102 градусах по Цельсию в течение 48 часов, пока раствор не станет бесцветным. После работы приостанавливаем изолированный белый порошок в 400 миллилитров метанола в круглой нижней колбе. Используя фильтровальную колбу и борозиликатный фильтр, фильтруйте раствор для удаления нерастворимых неорганических побочных продуктов метанола.Затем растворите около 30 граммов натрия undec-10-enesulfonate в 500 миллилитров метанола, в однолитровой круглой нижней колбе. Добавить 2,6 раза избыток тиоатетической кислоты в раствор, и перемешать его перед 250 ватт УФ-лампы на ночь. Как только реакция завершена, полностью испарите метанол.Высушите порошок под вакуумом, а затем разогнать его в дитетил эфира. Фильтр смеси и мыть твердый продукт с диетил эфира, чтобы удалить излишки тиоацетической кислоты, пока не больше цветных веществ появляются в дитил эфира supernatant. После высыхания твердых под высоким вакуумом, растворить его в метаноле, уступая желтый до оранжевого раствора.Затем добавьте три грамма углеродного черного в раствор и энергично перемешайте. Затем профильтруйте смесь через Celite, покрывая 2/3 рифленой фильтровальной бумаги. Чтобы синтезировать MUS, объединить около 400 миллилитров одной молярной соляной кислоты и 35 граммов натрия 11-ацетилтио-undecanesulfonate в один литр круглой нижней колбы.Рефлюкс смеси при 102 градусах по Цельсию в течение 12 часов, чтобы расщепить тиоацета группы и получить тиол. На следующий день перенесите изделие на двухлитровую круглую нижнюю колбу. Чтобы сохранить раствор кислым и предотвратить кристаллизацию неорганических солей, добавьте в колбу 200 миллилитров одного молярного гидроксида натрия и 400 миллилитров деионизированной воды, чтобы дать окончательный объем в один литр.Храните четкое решение при четырех градусах Цельсия на ночь, чтобы кристаллизовать продукт как мелкие твердые тела, которые являются вязкими, когда мокрые. На следующий день, декант ясно супернатант. Затем перенесите продукт на 50 миллилитровых центрифуг и центрифуг в течение пяти минут при 4000 г.После центрифугации, декантировать супернатант в другую круглую нижнюю колбу. Передача белых гранул в центрифуги труб, и сухой под высоким вакуумом, чтобы получить метанол-растворимый MUS примерно в 30% выход. Вес 177,2 миллиграммов золота (III) хлорид тригидрат в небольшой стеклянный флакон.После этого растворите 87 миллиграммов MUS в 10 миллилитров метанола, в 20 миллилитров стеклянного флакона. Sonicate раствор в ультразвуковой ванне, пока твердый материал не виден, чтобы обеспечить полное растворение. Добавьте 26 микролитров 1-октанетиола в раствор метанола и агититуйте его смешивать лиганды.Добавьте 500 миллиграммов борогидрида натрия в 100 миллилитров этанола в круглую нижнюю колбу на 250 миллилитров. Энергично перемешивайте, пока решение не прояснит. Растворите золотую соль в 100 миллилитров этанола в 500 миллилитров круглой нижней колбы и перемешать при 800 об/мин, пока золотая соль полностью не растворится.Затем добавьте лигандовое решение в реакционной смеси. Подождите 15 минут для формирования золото-тиолатного комплекса, который указывается изменением цвета от полупрозрачного желтого до мутного желтого. Добавьте ранее подготовленный раствор борогидрида натрия в реакционной смеси, используя сепараторную воронку.Отрегулируйте интервального времени капель так, чтобы добавление борогидрида натрия занимает около часа. После того, как добавление борогидрида натрия завершено, удалите воронку добавления и дайте реакционной смеси перемешать еще час. Затем удалите магнитный бар перемешать с помощью магнита, размещенного на внешней стороне круглой нижней колбы.Храните смесь реакции при четырех градусах Цельсия на ночь, чтобы вызвать наночастицы. После декантирования супернатантного этанола, перенесите оставшийся осадку в 50 миллилитровых центрифуг и центрифуг в течение трех минут при 4000 раз г. После центрифугации, декантировать супернатант.Рассредоть наночастицы снова с этанолом вихрем. Затем снова центрифуга образцов. Высушите наночастицы под вакуумом, чтобы удалить остаточный этанол.Для очистки наночастиц от свободных гидрофильных лигандов растворяют осадки в 15 миллилитров деионизированной воды, а также передают растворы в центрифуговые трубки с фильтрационные мембраны 30 килодальтонного отсечения молекулярного веса. Сосредоточьте наночастицы растворами центрифугации в течение пяти минут при 4000 г. После центрифугации добавьте 15 миллилитров деионизированной воды и центрифугу, чтобы снова сконцентрироваться.Чтобы превратить наночастицы в управляемый порошок, заморозить-высушить оставшийся aqueous раствор. Чтобы охарактеризовать наночастицы по соотношению лиганда, приготовьте 150 миллиграмм на миллилитр метанола-д4 раствора йода. Добавьте 600 микролитров раствора примерно к пяти миллиграммам наночастиц в стеклянном флаконе, чтобы вытравить наночастицы.Оберните крышку флакона парафиновой пленкой и оберните его в ультразвуковой ванне в течение 20 минут. Затем перенесите раствор в трубку ЯМР и приобретете протонный спектр ЯМР с помощью 32 сканирований. Синтез MUS показан здесь.Здесь представлены протонные спектры ЯМР продукта каждого шага. Рабочий процесс синтеза бинарных наночастиц амфифилического золота MUS Octanethiol описан здесь. До характеристики чистота наночастиц от неограниченных свободных лигандов контролировалась протонной ЯМР.Распределение размеров наночастиц характеризовалось TEM, который показывает, что средний диаметр составляет 2,4 нанометров, указывающих примерно на 18,08 нанометров в квадрате площади поверхности, и 7,23 нанометров, кубированных объема на частицу. Локализованная поверхностная плазма и поглощение резонанса измерялись путем приобретения УФ-визави спектров. Здесь показаны репрезентативные протонные спектры ЯМР с пиковыми назначениями и интеграцией для определения соотношения лигандов в наночастицах, выгравированных йодом.Спектр ЯМР наночастиц показал, что соотношение MUS к октанетиолу составляет 85 к 15. Поверхностное покрытие наночастиц было исследовано TGA. На основе данных TGA плотность лиганда может быть оценена в 4,8 лиганда на нанометров в квадрате.Здесь сравниваются стоихометрические соотношения по сравнению с соотношением ЯМР октантетиола в результате различных синтезов. Самое главное помнить в этой процедуре, с одной стороны, удаление неорганических примесей при подготовке MUS лигандов, а с другой стороны, работа наночастиц. Эта процедура является подозумной для различных комбинаций лигандов, но убедитесь, что всегда характеризуют каждую партию по отдельности.Один из вопросов, на который эта процедура может ответить, например, заключается в том, в какой степени соотношение лигандов соответствует стоихиометрии, найденной на поверхности наночастиц. Расширение производства лиганда и доказательство воспроизводимости наночастиц от партии к партии позволило нам решить важные вопросы, связанные с биологией и медициной. Например, мы установили вивуцидные свойства этих наночастиц.Пожалуйста, тщательно работайте при использовании УФ-лампы и всегда носите защитные перчатки при обращении с жидким азотом. Всегда следуйте правилам химической безопасности.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Шаблон Направленный синтез Плазмонных нанотрубки золота с перестраиваемой поглощения ИК-

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

Нуклеозидтрифосфатов - от синтеза до биохимической характеризации

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

Синтеза и характеристики функционализированным Металл-органические каркасы

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

Подготовка и характеристика SDF-1α-хитозан-Декстрансульфат наночастиц

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

Синтез и каталитические свойства золота интеркалировании в стенах мезопористого кремния

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

Синтез, характеристика и Функционализация гибридных Au / CdS и Au / ZnS ядро ​​/ оболочка наночастицами

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

Простой метод для размера контролируемого синтеза стабильных олигомерных кластеров наночастиц золота в условиях окружающей среды

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

Синтез и характеристика супрамолекулярных коллоидов

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

Синтез Лиганда свободных CdS наночастицами в Сера Сополимер 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

Гидрохинон основе Синтез наностержней золота

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