Name: synthesis and characterization of amphiphilic gold nanoparticles
Uploaded: 2019-07-02T13:00:00
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Z.P.G. y F.S. agradecen a la Fundación Nacional Suiza en Ciencias y, específicamente, a la "Ingeniería de Sistemas Moleculares" del NCCR. Z.L. y F.S. agradecen el apoyo de la beca de la División II de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia. Todos los autores agradecen a Quy Ong por discusiones fructíferas y por revisar el manuscrito.

1. Síntesis de 11-mercapto-1-undecanesulfonato (MUS)
NOTA: Este protocolo se puede utilizar a cualquier escala deseada. Aquí, se describe una escala de producto de 10 g.
<ol><li>Sodio undec-10-enesulfonato
	<ol>
<li>Añadir 11-bromo-1-undeceno (25 mL, 111.975 mmol), sulfito sódico (28,75 g, 227,92 mmol) y bromuro de beniltrietilamilo (10 mg) a una mezcla de 200 ml de metanol (MeOH) y 450 ml de agua desionizada (DI) (4:9 v/v MeOH:H 2 O relación) en una proporción de 1 L ...

<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>

Este protocolo describe primero la síntesis del ligando MUS y, a continuación, la síntesis y caracterización de nanopartículas de oro MUS:OT anfifílicas. Sintetizar MUS con un contenido mínimo de sal permite una mejor fiabilidad de la relación estequiométrica entre los ligandos durante la síntesis de nanopartículas, que es un factor clave para la síntesis reproducible de nanopartículas MUS:OT con un hidrofóbico objetivo contenido (Figura 8). El uso de metanol como disolvente co...

La cáscara de ligando de nanopartículas de oro se puede diseñar para exhibir varias propiedades diferentes que se pueden aplicar para abordar los desafíos en la biomedicina1,2,3,4. Esta versatilidad permite el control de las interacciones intermolecularesentre nanopartículas y biomoléculas 5,6,7. La hidrofobicidad y la carga juegan un papel decisivo, así como otros parámetros superficiales que afectan a la forma en que las nanopartículas interactúan conlasbiomoléculas5,8,9. Para ajustar las propiedades superficiales de las nanopartículas, la elección de moléculas tioladas que componen la cáscara de ligando ofrece un sinfín de posibilidades, de acuerdo con las características buscadas. Por ejemplo, una mezcla de moléculas de ligandocon grupos extremos hidrófobos e hidrófilos (por ejemplo, cargados) se utilizan a menudo para generar nanopartículas anfifílicas10,11.
Un ejemplo destacado de este tipo de nanopartículas está protegido por una mezcla de OT y MUS (en adelante llamadas nanopartículas MUS:OT) que se ha demostrado que poseen muchas propiedades relevantes12,13,14. En primer lugar, con una composición de cáscara de ligando de 66% MUS (en adelante 66:34 MUS:OT), la estabilidad coloidal de las nanopartículas es alta, alcanzando hasta 33% de peso en agua desionizada, así como en solución salina tamponada de fosfato (1x, 4 mM fosfato, 150 mM NaCl)15. Además, estas partículas no se precipitan a valores de pH relativamente bajos: por ejemplo, a pH 2.3 y con concentraciones de sal de 1 M NaCl15,estas nanopartículas permanecen coloidialmente estables durante meses. La relación estequiométrica entre las dos moléculas en la cáscara de ligando es importante porque dicta la estabilidad coloidal en soluciones con una alta resistencia iónica16.
Se ha demostrado que estas partículas atraviesan la membrana celular sin portarla, a través de una vía independiente de la energía1,12. La fusión espontánea entre estas partículas y bicapas lipídicas subyace su difusividad a través de las membranas celulares17. El mecanismo detrás de esta interacción es la minimización del contacto entre una superficie hidrofóbica accesible al disolvente y moléculas de agua tras la fusión con bicapas de lípidos18. En comparación con las nanopartículas de MUS (nanopartículas que tienen sólo el ligando MUS en su caparazón), la mayor hidrofobicidad en nanopartículas mixtas MUS:OT (por ejemplo, en una composición de 66:34 MUS:OT) aumenta el intervalo del diámetro del núcleo que puede fusionarse con lípidos bicapas18. Diferentes organizaciones de autoensamblaje de la cáscara de ligando se correlacionan con distintos modos de unión de nanopartículas MUS:OT 66:34 con diversas proteínas, como la albúmina y la ubiquitina, en comparación con las partículas de TODO MUS19. Recientemente, se ha informado que las nanopartículas 66:34 MUS:OT se pueden utilizar como un agente antiviral de amplio espectro que destruye irreversiblemente los virus debido a las fijaciones electrostáticas multivalentes de ligandos MUS y acoplamientos no locales de ligandos OT a cápside proteínas14. En todos estos casos, se ha encontrado que el contenido hidrofóbico, así como el tamaño del núcleo de las nanopartículas, determina cómo se llevan a cabo estas interacciones bionanométricas. Estas diversas propiedades de las nanopartículas MUS:OT han provocado muchos estudios de simulación por ordenador que tenían como objetivo aclarar los mecanismos que sustentan las interacciones entre las partículas MUS:OT y diversas estructuras biológicas como las bicapas de lípidos20.
La preparación de nanopartículas Au protegidas por MUS:OT plantea algunos desafíos. En primer lugar, el ligando cargado (MUS) y el ligando hidrófobo (OT) son inmiscibles. Por lo tanto, la solubilidad de las nanopartículas y de los ligandos debe tenerse en cuenta a lo largo de la síntesis, así como durante la caracterización. Además, la pureza de las moléculas de ligando MUS —específicamente, el contenido de sales inorgánicas en el material de partida— influye en la calidad, reproducibilidad, así como en la estabilidad coloidal a corto y largo plazo de las nanopartículas.
Aquí, se describe una síntesis detallada y caracterización de esta clase de nanopartículas de oro anfifílico protegidas por una mezcla de MUS y OT. Se informa de un protocolo para la síntesis del ligando MUS cargado negativamente para garantizar la pureza y, por lo tanto, la reproducibilidad de diferentes sintetizadores de nanopartículas. A continuación, se informa en detalle del procedimiento para generar estas nanopartículas, basado en una síntesis monofásica común, seguida de una purificación exhaustiva. Se han combinadovarias técnicas de caracterización 21 necesarias, como TEM, UV-Vis, TGA y NMR, para obtener todos los parámetros necesarios para cualquier otro experimento biológico.

<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

Las nanopartículas de oro cubiertas con una mezcla de ácido sulfónico (MUS) de 1-octanethiol (OT) y 11-mercapto-1-undecano (MUS) han sido ampliamente estudiadas debido a sus interacciones con membranas celulares, bicapas lipídicas y virus. Los ligandos hidrófilos hacen que estas partículas sean coloidalmente estables en soluciones acuosas y la combinación con ligandos hidrófobos crea una partícula anfifílica que se puede cargar con fármacos hidrófobos, se fusionan con las membranas lipídicas y resisten adsorción de proteínas. Muchas de estas propiedades dependen del tamaño de las nanopartículas y de la composición de la cáscara de ligando. Por lo tanto, es crucial contar con un método sintético reproducible y técnicas de caracterización fiables que permitan la determinación de las propiedades de las nanopartículas y la composición de la cáscara de ligando. Aquí, se presenta una reducción química de una fase, seguida de una purificación a fondo para sintetizar estas nanopartículas con diámetros inferiores a 5 nm. La relación entre los dos ligandos en la superficie de la nanopartícula se puede ajustar a través de su relación estequiométrica utilizada durante la síntesis. Demostramos cómo se combinan varias técnicas rutinarias, como la microscopía electrónica de transmisión (TEM), la resonancia magnética nuclear (RMN), el análisis termogravimétrico (TGA) y la espectrometría ultravioleta visible (UV-Vis), con caracterizar los parámetros fisicoquímicos de las nanopartículas.

Los pasos de reacción para sintetizar MUS se muestran en la Figura1. Los espectros de RMN 1H del producto de cada paso se representan en la Figura2. El flujo de trabajo de síntesis de las nanopartículas binarias de oro anfifílico MUS:OT se describe en la Figura3. Después de la síntesis, el estudio de las nanopartículas consistió en lavar las partículas varias veces con etanol y ag...

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Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Las nanopartículas de oro anfifílico se pueden utilizar en muchas aplicaciones biológicas. Se presenta un protocolo para sintetizar nanopartículas de oro recubiertas por una mezcla binaria de ligandos y una caracterización detallada de estas partículas.

Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro anfifílicas

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

Este protocolo aborda la reproducibilidad de lote a lote de nanopartículas de sulfonato y oro anfifílico que nuestro laboratorio utiliza en experimentos con células, virus y proteínas. Esta técnica aborda los contaminantes inorgánicos comunes a este tipo de síntesis. También introduce controles y equilibrios después de cada paso para garantizar la reproducibilidad de las nanopartículas de oro anfifílico.Esta técnica es laboriosa y requiere paciencia. El nivel de dificultad depende de la escala, así que comience a pequeña escala y familiarícese con cada instrumento y paso antes de escalar verticalmente. En primer lugar, agregue 11-bromo-1-undeceno, sulfito sódico y bromuro de bencimetillammonio a 200 mililitros de metanol y 450 mililitros de agua desionizada, en un matraz de fondo redondo de un litro.Reflujo la mezcla de reacción a 102 grados centígrados durante 48 horas hasta que la solución se vuelva incolora. Después del trabajo, suspender el polvo blanco aislado en 400 mililitros de metanol en un matraz inferior redondo. Con un matraz filtrante y un filtro de borosilicato, filtre la solución para eliminar los subproductos inorgánicos insolubles de metanol.A continuación, disolver aproximadamente 30 gramos de undec-10-enesulfonato de sodio en 500 mililitros de metanol, en un matraz de fondo redondo de un litro. Añadir 2,6 veces el exceso de ácido tioacético a la solución, y revuelva delante de una lámpara UV de 250 vatios durante la noche. Una vez completada la reacción, evapore el metanol por completo.Seque el polvo al vacío y disperse en éter dietílico. Filtrar la mezcla y lavar el producto sólido con éter dietílico para eliminar cualquier exceso de ácido tioacético hasta que no aparezcan más sustancias de color en el sobrenadante de éter dietílico. Después de secar el sólido bajo alto vacío, disolverlo en metanol, produciendo una solución de amarillo a naranja.A continuación, añadir tres gramos de negro de carbono a la solución y mezclar vigorosamente. A continuación, filtre la mezcla a través de Celite, cubriendo 2/3 de un papel de filtro estriado. Para sintetizar MUS, combine aproximadamente 400 mililitros de un ácido clorhídrico molar y 35 gramos de sodio 11-acetiltio-undecanesulfonato en un matraz de fondo redondo de un litro.Reflujo la mezcla a 102 grados Celsius durante 12 horas para cortar el grupo de tioacetato y obtener un tiol. Al día siguiente, transfiera el producto a un matraz de fondo redondo de dos litros. Para mantener la solución ácida y evitar la cristalización de sales inorgánicas, agregue 200 mililitros de un hidróxido de sodio molar y 400 mililitros de agua desionizada al matraz para dar un volumen final de un litro.Almacene la solución transparente a cuatro grados centígrados durante la noche para cristalizar el producto como sólidos finos que son viscosos cuando están mojados. Al día siguiente, decantar el sobrenadante transparente. A continuación, transfiera el producto a tubos centrífugos de 50 mililitros y centrífuga durante cinco minutos a 4000 g.Después de la centrifugación, decantar el sobrenadante en otro matraz inferior redondo. Transfiera los pellets blancos a tubos centrífugos y seque bajo alto vacío para obtener MUS soluble en metanol en aproximadamente 30% de rendimiento. Pesar 177,2 miligramos de oro (III) cloruro trihidrato en un pequeño vial de vidrio.Después de esto, disolver 87 miligramos de MUS en 10 mililitros de metanol, en un vial de vidrio de 20 mililitros. Sonicar la solución en un baño ultrasónico hasta que no se ve ningún material sólido, para asegurar la disolución completa. Añadir 26 microlitros de 1-Octanethiol a la solución de metanol, y agitarlo para mezclar los ligandos.Añadir 500 miligramos de borohidruro de sodio a 100 mililitros de etanol en un matraz inferior redondo de 250 mililitros. Revuelva vigorosamente hasta que la solución esté clara. Disolver la sal de oro en 100 mililitros de etanol en un matraz inferior redondo de 500 mililitros y remover a 800 RPM hasta que la sal de oro se disuelva por completo.A continuación, añada la solución de ligando a la mezcla de reacción. Espere 15 minutos para la formación del complejo dorado-tiolado, que se indica mediante un cambio de color de amarillo translúcido a amarillo turbio. Agregue la solución de borohidruro de sodio previamente preparada a la mezcla de reacción, utilizando un embudo separador.Ajuste el tiempo de intervalo de las gotas para que la adición de borohidruro de sodio tarde aproximadamente una hora. Una vez completada la adición de borohidruro de sodio, retire el embudo de adición y deje que la mezcla de reacción se revuelva durante otra hora. A continuación, retire la barra de agitación magnética con un imán colocado en el exterior del matraz inferior redondo.Almacene la mezcla de reacción a cuatro grados centígrados durante la noche para precipitar las nanopartículas. Después de decantar el etanol sobrenadante, transfiera el precipitante restante a tubos de centrífuga de 50 mililitros y centrífuga durante tres minutos a 4000 veces g. Después de la centrifugación, decantar el sobrenadante.Dispersar las nanopartículas de nuevo con etanol por vórtice. Luego, centrifugar las muestras de nuevo. Seque las nanopartículas al vacío para eliminar el etanol residual.Para limpiar las nanopartículas de ligandos hidrófilos libres, disolver los precipitados en 15 mililitros de agua desionizada, y transferir las soluciones a tubos centrífugos con membranas de filtración de 30 kilodalton de peso molecular de corte. Concentrar las soluciones de nanopartículas por centrifugación durante cinco minutos a 4000 veces g. Después de la centrifugación, añadir 15 mililitros de agua desionizada, y centrífuga para concentrarse de nuevo.Para convertir las nanopartículas en un polvo manejable, seque la solución acuosa restante. Para caracterizar las nanopartículas por relación con ligandos, prepare una solución de 150 miligramos por mililitro de metanol-d4 de yodo. Añadir 600 microlitros de la solución a aproximadamente cinco miligramos de nanopartículas en un vial de vidrio para grabar las nanopartículas.Envuelva la tapa del vial con película de parafina y sonicércelo en un baño ultrasónico durante 20 minutos. A continuación, transfiera la solución a un tubo de RMN y adquiera un espectro de RMN de protones con 32 escaneos. La síntesis MUS se muestra aquí.Los espectros de RMN de protones del producto de cada paso se representan aquí. El flujo de trabajo de síntesis de las nanopartículas binarias de oro anfifílico MUS Octanethiol se describe aquí. Antes de la caracterización, la limpieza de las nanopartículas de ligandos libres sin enlazar fue monitoreada por la RMN de protones.La distribución del tamaño de las nanopartículas se caracterizó por TEM, lo que muestra que el diámetro medio es de 2,4 nanómetros que apuntan a aproximadamente 18,08 nanómetros cuadrados de superficie, y 7,23 nanómetros en cubos de volumen por partícula. La absorción localizada del plasma superficial y la resonancia se midió mediante la adquisición de espectros UV-vis. Aquí se muestran espectros representativos de RMN de protones con asignaciones máximas e integración para determinar la relación de ligandos en las nanopartículas grabadas en yodo.El espectro de RMN de las nanopartículas mostró que la relación de MUS a Octanethiol es de 85 a 15. La cobertura superficial de las nanopartículas fue examinada por TGA. Según los datos de TGA, la densidad del ligando puede estimarse en 4,8 ligandos por nanómetro cuadrado.Las relaciones estequiométricas frente a las relaciones de RMN de Octanethiol resultantes de varias síntesis se comparan aquí. Las cosas más importantes a recordar en este procedimiento son, por un lado, la eliminación de impurezas inorgánicas mientras se preparan los ligandos MUS, y por el otro lado, el estudio de las nanopartículas. Este procedimiento es susceptible de varias combinaciones de ligandos, pero asegúrese de caracterizar siempre cada lote individualmente.Una pregunta que este procedimiento puede responder, por ejemplo, es hasta qué punto la relación de ligando corresponde a la estequiometría que se encuentra en la superficie de las nanopartículas. La ampliación de la producción del ligando y la demostración de la reproducibilidad de lote a lote de las nanopartículas, nos ha permitido abordar cuestiones importantes relacionadas con la biología y la medicina. Por ejemplo, hemos establecido las propiedades virucidas de estas nanopartículas.Por favor, trabaje cuidadosamente cuando utilice la lámpara UV, y use siempre guantes protectores cuando manipule nitrógeno líquido. Siga siempre las normas de seguridad química.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Química

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