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. och F.S. tackar Swiss National Science Foundation och särskilt NCCR ' Molecular system Engineering '. Z.L. och F.S. tackar stöd av Swiss National Science Foundation Division II bidrag. Alla författare tackar Quy Ong för givande diskussioner och för korrektur läsning av manuskriptet.

1. syntes av 11-mercapto-1-undecanesulfonate (MUS)
Obs: detta protokoll kan användas i valfri skala önskas. Här beskrivs en produkt skala på 10 g.
<ol><li>Natrium Undec-10-enesulfonat
	<ol>
<li>Tillsätt 11-Bromo-1-undecene (25 mL, 111,975 mmol), natriumsulfit (28,75 g, 227,92 mmol) och bensyltrietylammoniumbromid (10 mg) till en blandning av 200 mL metanol (MeOH) och 450 mL avjoniserat (DI) vatten (4:9 v/v MeOH: H2O-förhållande) i en 1 L rund botten kolv .<...

<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>

Detta protokoll beskriver först syntesen av mus ligand och, sedan, syntesen och karakteriseringen av amfifila molekylers mus: OT guld nanopartiklar. Syntetisera MUS med minimal salthalt möjliggör en bättre tillförlitlighet det stökiometriska förhållandet mellan ligander under nanopartikelsyntesen, vilket är en viktig faktor för reproducerbara syntesen av MUS: OT nanopartiklar med ett mål hydrofoba innehåll (figur 8). Användningen av metanol som ett vanligt lösnings medel för M...

Den ligand skal av guld nanopartiklar kan vara konstruerad för att uppvisa flera olika egenskaper som kan tillämpas för att hantera utmaningarna i bio medicin1,2,3,4. Sådan mångsidighet möjliggör kontroll av Intermolekylär interaktion mellan nanopartiklar och biomoleculer5,6,7. Hydrofobicitet och laddning spelar en avgörande roll, liksom andra ytparametrar som påverkar hur nanopartiklar interagerar med biomoleculer5,8,9. För att ställa in nanopartiklarnas ytegenskaper, erbjuder valet av tiolat molekyler som utgör ligand-skalet en myriad av möjligheter, enligt de egenskaper som eftersträvas. Till exempel, en blandning av ligand molekyler med hydrofoba och hydrofila (t. ex.laddade) grupper används ofta för att generera amfifila molekylers nanopartiklar10,11.
Ett framträdande exempel på denna typ av nanopartiklar skyddas av en blandning av OT och mus (hädanefter kallade mus: OT nanopartiklar) som har visat sig ha många relevanta egenskaper12,13,14. Först, med en ligand skal sammansättning av 66% MUS (hädanefter 66:34 MUS: OT), den kolloidal stabiliteten hos nanopartiklarna är hög, når upp till 33% i vikt i avjoniserat vatten, samt i fosfatbuffrad saltlösning (1x, 4 mM fosfat, 150 mM NaCl)15. Dessutom, dessa partiklar inte fälls ut vid relativt låga pH-värden: till exempel vid pH 2,3 och med saltkoncentrationer på 1 M NaCl15, dessa nanopartiklar förblir kolloidalt stabilt i månader. Den stökiometriska förhållandet mellan de två molekylerna på ligand skalet är viktigt eftersom det dikterar kolloidal stabilitet i lösningar med en hög jonisk styrka16.
Dessa partiklar har visats passera cell membranet utan att porera den, via en energi oberoende väg1,12. Den spontana fusionen mellan dessa partiklar och lipidbilayers ligger till grund för deras diffusivitet genom cell membran17. Mekanismen bakom denna interaktion är minimering av kontakten mellan en hydrofoba lösningsmedelsanpassad yta och vatten molekyler vid fusion med lipidbilayers18. Jämfört med all-MUS nanopartiklar (nanopartiklar med endast MUS ligand på deras skal), den högre hydrofobicity på blandade MUS: OT nanopartiklar (till exempel, vid en 66:34 MUS: OT sammansättning) ökar spännvidden av kärn diametern som kan smälta samman med lipid lipidmonolager18. Olika själv monterings organisationer av ligand Shell korrelerar till distinkta bindnings lägen av 66:34 MUS: OT nanopartiklar med olika proteiner, såsom albumin och ubiquitin, jämfört med all-MUS partiklar19. Nyligen har det rapporter ATS att 66:34 mus: OT nanopartiklar kan användas som ett brett spektrum antivirala medel som oåterkalleligt förstör virus på grund av multivalenta elektro statiska bindningar av mus ligander och ickelokala kopplingar av OT ligander att kapsid proteiner14. I alla dessa fall har det visat sig att det hydrofoba innehållet, liksom kärn storleken på nanopartiklarna, bestämmer hur dessa bio-nano interaktioner sker. Dessa olika egenskaper hos MUS: OT nanopartiklar har föranlett många data simulering studier som syftade till att klargöra de mekanismer som ligger till grund för samspelet mellan MUS: OT partiklar och olika biologiska strukturer såsom lipidbilayers20.
Förberedelserna av MUS: OT-skyddade au nanopartiklar utgör några utmaningar. För det första är den laddade ligand (MUS) och hydrofoba ligand (OT) oblandbar. Således måste lösligheten hos nanopartiklarna och liganderna tas med i beräkningen under hela syntesen, liksom under karakteriseringen. Dessutom, renhet av MUS ligand molekyler-specifikt, halten av oorganiska salter i utgångs materialet-påverkar kvaliteten, reproducerbarhet, liksom kort och lång sikt kolloidal stabilitet nanopartiklar.
Här beskrivs en detaljerad syntes och karakterisering av denna klass av amfifila molekylers guld nanopartiklar skyddas av en blandning av mus och OT. Ett protokoll för syntesen av negativt laddade MUS ligand rapporteras för att säkerställa renheten och därmed reproducerbarheten av olika nanopartikelsynteser. Sedan, förfarandet för att generera dessa nanopartiklar, baserat på en gemensam enfas syntes, följt av grundlig rening, rapporteras i detalj. Olika nödvändiga karakteriseringstekniker21, såsom tem, UV-VIS, TGA, och NMR, har kombinerats för att få alla nödvändiga parametrar för ytterligare biologiska experiment.

<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

Guldnanopartiklar täckta med en blandning av 1-okanethiol (OT) och 11-mercapto-1-undecane etylbenztiazolinsvavelsyra Acid (mus) har studerats utförligt på grund av deras interaktioner med cell membran, lipidbilayers, och virus. De hydrofila liganderna gör dessa partiklar kolloidalt stabila i vatten lösningar och kombinationen med hydrofoba ligander skapar en amfifila molekylers partikel som kan laddas med hydrofoba droger, säkring med lipidmembranen, och motstå ospecifik proteinadsorption. Många av dessa egenskaper beror på Nanopartikel storlek och sammansättningen av ligand Shell. Det är därför avgörande att ha en reproducerbar syntetisk metod och pålitliga karakteriseringstekniker som möjliggör bestämning av nanopartikelegenskaper och ligand-skalsammansättningen. Här, en enfas kemisk reduktion, följt av en grundlig rening för att syntetisera dessa nanopartiklar med dia metrar under 5 nm, presenteras. Förhållandet mellan de två liganderna på ytan av nanopartikeln kan trimmas genom deras stökiometriska förhållandet används under syntesen. Vi visar hur olika rutin tekniker, såsom transmission elektronmikroskopi (TEM), nukleär magnetisk resonans (NMR), termogravimetrisk analys (TGA), och ultraviolett-synlig (UV-VIS) spektrometri, kombineras till omfattande karakterisera nanopartiklarnas fysikalisk-kemiska parametrar.

Reaktions stegen för att syntetisera MUS visas i figur 1. Den 1H NMR spektra av produkten av varje steg representeras i figur 2. Den syntes arbets flödet av den binära mus: OT amfifila molekylers Guldnanopartiklar beskrivs i figur 3. Efter syntesen bestod workup av nanopartiklarna av att tvätta partiklarna flera gånger med etanol och DI-vatten. Innan någon karakterisering av nanopart...

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Amphiphilic Guldnanopartiklar kan användas i många biologiska tillämpningar. Ett protokoll för att syntetisera Guldnanopartiklar belagda med en binär blandning av ligander och en detaljerad karakterisering av dessa partiklar presenteras.

Syntes och karakterisering av Amphiphilic Gold nanopartiklar

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

Detta protokoll behandlar batch-till-batch reproducerbarhet av sulfonat och amfifila guld nanopartiklar som vårt laboratorium använder i experiment med celler, virus och proteiner. Denna teknik behandlar de oorganiska föroreningar som är gemensamma för denna typ av syntes. Det införs också kontroller och balanser efter varje steg för att säkerställa reproducerbarhet av amfifila guld nanopartiklar.Denna teknik är mödosam och kräver tålamod. Svårighetsgraden beror på skalan, så börja i liten skala, och bekanta dig med varje instrument och steg innan skala upp. Tillsätt först 11-bromo-1-undecene, natriumsulfit och benstyltriethylammoniumbromid till 200 milliliter metanol och 450 milliliter avjoniserat vatten, i en en liter rund bottenkolv.Reflux reaktionsblandningen vid 102 grader Celsius i 48 timmar tills lösningen blir färglös. Efter upparbetet, dra upp det isolerade vita pulvret i 400 milliliter metanol i en rund bottenkolv. Använd en filtreringskolv och borosilikatfilter, filtrera lösningen för att avlägsna metanolen olösliga oorganiska biprodukter.Därefter löser du upp cirka 30 gram natriumundek-10-enesulfonat i 500 milliliter metanol, i en en-liters rund bottenkolv. Tillsätt 2,6 gånger överskott av tioättiksyra till lösningen, och rör om den framför en 250 watts UV-lampa över natten. När reaktionen är klar, avdunsta metanol helt.Torka pulvret under vakuum, och sedan skingra det i diethyleter. Filtrera blandningen och tvätta den fasta produkten med diethyleter för att avlägsna eventuellt överskott av tioättiksyra tills inga fler färgade ämnen dyker upp i den dithyleter supernatant. Efter torkning av fast ämne under högvakuum, lös den i metanol, vilket ger en gul till orange lösning.Därefter lägger du till tre gram kimrök till lösningen och blanda kraftigt. Filtrera sedan blandningen genom Celite, som täcker 2/3 av ett lystfilterpapper. För att syntetisera MUS, kombinera cirka 400 milliliter av en molal saltsyra och 35 gram natrium 11-acetylthio-undecanesulfonate i en en liter rund bottenkolv.Reflux blandningen vid 102 grader Celsius i 12 timmar att klyva tioceacetat gruppen och få en thiol. På följande dag, överför produkten till en två liters rund bottenkolv. För att hålla lösningen sur och förhindra kristallisering av oorganiska salter, tillsätt 200 milliliter av en molar natriumhydroxid, och 400 milliliter av avjoniserat vatten till kolven för att ge en slutlig volym på en liter.Förvara den klara lösningen vid fyra grader Celsius över natten för att kristallisera produkten som fina fasta ämnen som är trögflytande när den är våt. På följande dag, dekantera den tydliga supernatanten. Överför sedan produkten till 50 milliliter centrifugeringsrör och centrifug i fem minuter vid 4000 gånger g.Efter centrifugeringen dekanteras supernatanten i en annan rund bottenkolv. Överför de vita pelletsen till centrifugrör, och torka under högt vakuum för att erhålla metanollöslig MUS i ca 30%-yield. Väg 177,2 milligram guld(III)kloridtrihydrat i en liten glasflaska.Efter detta, lös 87 milligram MUS i 10 milliliter metanol, i en 20 milliliter glas injektionsflaska. Sonikera lösningen i ett ultraljudsbad tills inget fast material är synligt, för att säkerställa fullständig upplösning. Tillsätt 26 mikroliter av 1-Octanethiol till metanollösningen, och agitera den för att blanda liganderna.Tillsätt 500 milligram natriumborohydrid till 100 milliliter etanol i en 250 milliliter rund bottenkolv. Rör kraftigt tills lösningen är klar. Lös upp guldsaltet i 100 milliliter etanol i en 500 milliliter rund bottenkolv och rör om vid 800 RPM tills guldsaltet löser sig helt.Därefter lägger du till ligandlösningen till reaktionsblandningen. Vänta 15 minuter för bildandet av det guld-tioleratkomplex, vilket indikeras av en färgförändring från genomskinligt gult till grumligt gult. Tillsätt den tidigare beredda natriumborohydridlösningen droppvis till reaktionsblandningen, med hjälp av en separatortratt.Justera intervalltiden för dropparna så att tillsats av natriumborohydrid tar ungefär en timme. När natrium borohydride tillägget är klar, ta bort tillägget tratt och låt reaktionsblandningen att röra i ytterligare en timme. Ta sedan bort den magnetiska omrörningsstången med hjälp av en magnet som placeras på utsidan av den runda bottenkolven.Förvara reaktionsblandningen vid fyra grader Celsius över natten för att fälla ut nanopartiklarna. Efter dekantera supernatant etanol, överför resterande precipitant till 50 milliliter centrifugrör och centrifug i tre minuter vid 4000 gånger g. Efter centrifugeringen dekanteras supernatanten.Skingra nanopartiklarna igen med etanol genom att vortexa. Sedan centrifugerna proverna igen. Torka nanopartiklarna under vakuum för att avlägsna restanolen.För att rengöra nanopartiklarna från fria hydrofiliska ligander, lös upp fällningar i 15 milliliter av avjoniserat vatten, och överföra lösningarna till centrifugrör med filtreringsmembran på 30 kilodaltons cutoff molekylvikt. Koncentrera nanopartikellösningarna genom centrifugering i fem minuter vid 4000 gånger g. Efter centrifugering, tillsätt 15 milliliter av avjoniserat vatten, och centrifug att koncentrera sig igen.För att förvandla nanopartiklarna till ett hanterbart pulver, frystorka den återstående vattenlösningen. För att karakterisera nanopartiklarna genom ligandförhållande, förbereda en 150 milligram per milliliter metanol-d4 lösning av jod. Tillsätt 600 mikroliter av lösningen till cirka fem milligram nanopartiklar i en glasflaska för att etsa nanopartiklarna.Wrap locket på injektionsflaskan med paraffin film och sonikera den i ett ultraljud bad i 20 minuter. Sedan, överföra lösningen till ett NMR-rör och förvärva en proton NMR spektrum med 32 skanningar. MUS-syntesen visas här.Protonen NMR spectra av produkten av varje steg representeras här. Syntesen arbetsflöde av den binära MUS Octanethiol amfifila guld nanopartiklar beskrivs här. Före karakterisering, var rensenligheten av nanopartiklar från obundna fria ligander övervakas av proton NMR.Storleksfördelningen av nanopartiklarna kännetecknades av TEM, som visar att den genomsnittliga diametern är 2,4 nanometer som pekar på cirka 18,08 nanometer i kvadrat av yta, och 7,23 nanometer kubik volym per partikel. Lokaliserade ytan plasma och resonans absorption mättes genom att förvärva UV-vis spektra. Representativ proton NMR spektra med toppuppdrag och integration för bestämning av ligandförhållandet i de jod-etsade nanopartiklarna visas här.NMR-spektrat av nanopartiklarna visade att förhållandet mellan MUS och Octanethiol är 85 till 15. Yttäckningen av nanopartiklarna undersöktes av TGA. Baserat på TGA-data kan ligandtätheten uppskattas vara 4,8 ligander per nanometer i kvadrat.De stökiometriska förhållanden kontra NMR-kvoterna av Octanethiol som härrör från olika synteser jämförs här. De viktigaste sakerna att komma ihåg i detta förfarande är att, på ena sidan, avlägsnandet av oorganiska föroreningar medan du förbereder MUS ligander, och på den andra sidan, nanopartiklarnas arbetsupp. Detta förfarande är mottagliga för olika kombinationer av ligander, men se till att alltid karakterisera varje parti individuellt.En fråga som detta förfarande kan besvara är till exempel i vilken utsträckning ligandförhållandet motsvarar den stökiometri som finns på ytan av nanopartiklarna. Att öka produktionen av liganden och bevisa nanopartiklarnas reproducerbarhet från parti till parti har gjort det möjligt för oss att ta itu med viktiga frågor som rör biologi och medicin. Vi har till exempel fastställt dessa nanopartiklars virucidalegenskaper.Snälla, arbeta noga vid användning av UV-lampan, och använd alltid skyddshandskar vid hantering av flytande kväve. Följ alltid kemikaliesäkerhetsregler.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Mall Riktad Syntes av plasmoniska Gold Nanorör med Avstämbara 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

Nukleosidtrifosfaterna - Genom syntes till Biochemical 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

Syntes och karakterisering av funktionaliserad metal-organic frame

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

Beredning och karakterisering av SDF-1α-Chitosan-Dextransulfat Nanopartiklar

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

Syntes och Katalytisk Utförande av guld interkaleras i väggarna i Mesoporous 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

Syntes, karakterisering och funktionalisering av Hybrid Au / CdS och Au / ZnS Kärna / skal nanopartiklar

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 metod för storleken Kontrollerad Syntes av stabila Oligomera Kluster av guld nanopartiklar under normala förhållanden

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

Syntes och karakterisering av Supramolekylära 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

Syntes av ligand-free CdS Nanopartiklar inom ett Sulfur Sampolymer 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 baserad syntes av guld nanostavar

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