Phân tách và tinh sạch nanorod kim loại bằng phương pháp ly tâm gradient mật độ

Tóm tắt

Các hạt nano vàng đã bắt đầu được chú ý trong khoảng mười năm trở lại đây trong lĩnh vực khoa học y sinh, và đặc biệt là trong chụp ảnh khối u 1, liệu pháp ung thư quang nhiệt 2,3 và huỳnh quang tăng cường kim loại. 4 Các ứng dụng này đòi hỏi các hạt nano vàng chất lượng cao là dạng phân tán đơn với kích thước và tỷ lệ khía cạnh đồng đều. Trong App Note này, chúng tôi sẽ giới thiệu một phương pháp để tinh sạch dạng phân tán đơn nanorod vàng từ mẫu phân tán không đồng đều bằng phương pháp ly tâm gradient mật độ với Avanti JXN-30, có tốc độ cao so với các máy ly tâm lạnh tốc độ cao.

Giới thiệu

Các nanorod vàng (gọi tắt là AuNR) đóng vai trò quan trọng trong hình ảnh y sinh. AuNR cho thấy khả năng hấp thụ cực mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến ​​và vùng cận hồng ngoại do hiệu ứng plasmon, và người ta biết rằng tỷ lệ khía cạnh của AuNR sẽ tác động trực tiếp đến các đỉnh trong bước sóng hấp thụ này. Do đó, trong hình ảnh y sinh, độ tinh khiết quang học của các nanorod vàng cũng quan trọng như độ tinh khiết vật lý. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp AuNR, sẽ có sự tổng hợp các hạt nano vàng (gọi tắt là AuNS) có hình cầu không thể kéo dài được, hoặc các AuNR với tỷ lệ khối lượng hơi khác biệt và do đó, không lý tưởng, trở thành tạp chất. AuNR và AuNS có cùng kích thước, với cùng các thành phần cấu thành và cùng lớp phủ bề mặt (chất hoạt động bề mặt CTAB trong phần lớn các trường hợp), vì vậy việc tách chúng ra là một vấn đề lớn. Mặc dù các hạt nano này có cùng kích thước, nhưng mật độ sẽ khác nhau do có sự khác biệt nhỏ về tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích. Để tách các hạt nano có những đặc điểm này, phương pháp ly tâm gradient mật độ có thể đạt được công suất tách cao. Dưới đây, chúng tôi đã sử dụng hai loại mẫu chuẩn bị AuNR. Mẫu đầu tiên là AuNR với tỷ lệ khung hình là 4,1 (10 nm x 41 nm) và bước sóng hấp thụ là 808 nm, trong khi mẫu thứ hai là AuNR với tỷ lệ khung hình là 2,4 (25 nm x 60 nm) và bước sóng hấp thụ là 650 nm. Hai mẫu được trộn lẫn và Avanti JXN30 và một rotor xoay (JS-24.15) được sử dụng để thực hiện tách thông qua một hoạt động ly tâm gradient mật độ duy nhất. Mẫu AuNR đã tách được phân tích bằng máy quang phổ và cho thấy mức độ tinh khiết giống như mẫu ban đầu.

Quy trình phân tách nanorod

Để chuẩn bị các mẫu cho quá trình ly tâm gradient mật độ sử dụng AuNR đường kính 10 nm (đỉnh bước sóng hấp thụ ở 808 nm, ký hiệu là AuNR 10 nm) và AuNR đường kính 25 nm (650 nm, ký hiệu là AuNR 25 nm), 3 mL của mỗi mẫu được ly tâm bằng Microfuge 16 (Beckman Coulter) ở tốc độ 10.000 xg trong 5 phút và các viên kết quả được tái huyền phù trong 0,05 mL dung dịch CTAB 0,01M trong nước để cô đặc. Gradient mật độ được chuẩn bị thủ công như thể hiện trong bảng sau trong ống polyallomer (PA) 15 mL (Số sê-ri 361707, 31.000 JPY).

Hai mẫu AuNR cô đặc được xử lý bằng siêu âm trong 5 phút (máy siêu âm Branson M1800), sau đó các mẫu được trộn, phủ vật liệu lên trên gradient mật độ đã được chuẩn bị. Các mẫu này được ly tâm bằng máy ly tâm lạnh tốc độ cao Avanti JXN-30 và rôto xoay (JS-24.15) (Beckman Coulter) ở 25℃ và 10.750 xg trong 15 phút. Ba cấu hình tăng tốc và giảm tốc đã được thiết lập. Sau khi ly tâm, vật liệu được chia thành các phân đoạn 300 µL. Độ hấp thụ của từng phân đoạn được đo bằng máy đọc đĩa vi tấm và các phân đoạn có đỉnh ở 808 nm hoặc 650 nm đã được thu thập. Đối với việc thay thế dung môi, mỗi phân đoạn đã thu thập được ly tâm bằng Microfuge 16 ở tốc độ 10.000 xg trong 5 phút để tạo thành các viên AuNR, và vật liệu này được huyền phù lại trong CTAB 0,01M. Bước này được lặp lại ba lần, các viên được rửa sạch, và cuối cùng, vật liệu được huyền phù trong 250 µL CTAB 0,01M. Một máy quang phổ (DU 800, Beckman Coulter) được sử dụng để đo phổ hấp thụ cho quá trình chuẩn bị, mẫu hỗn hợp và mẫu sau khi tinh chế.

Hình 1a Phổ hấp thụ cho mẫu chuẩn bị AuNR 25 nm và AuNR 10 nm

Hình 1b Phổ hấp thụ của mẫu chứa hỗn hợp AuNR 25 nm và 10 nm

Hình 2. Phổ hấp thụ của mẫu tinh khiết bằng phương pháp ly tâm gradient mật độ. Ly tâm gradient mật độ được sử dụng để tách mẫu hỗn hợp chứa AuNR 25 nm và 10 nm, và phổ hấp thụ của từng phân đoạn AuNR được đo sau khi tinh khiết. AuNR 25 nm AuNR 10 nm AuNR 25 nm AuNR 10 nm Pure Absorption (O.D.) Wavelength ( λ /nm) Mixed Absorption (O.D.) Wavelength ( λ /nm) Separated Absorption (O.D.) Wavelength ( λ /nm) 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 400 600 800 1000 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 400 600 800 1000 3 2 1 0 400 600 800 1000 10

Hình 3. Ảnh chụp trước và sau khi ly tâm theo mật độ gradient A) cho thấy mẫu AuNR hỗn hợp 25 nm và 10 nm trước khi ly tâm theo mật độ gradient, trong khi B) cho thấy ảnh chụp sau khi ly tâm theo mật độ gradient.

Kết quả và thảo luận

Hình 1a cho thấy phổ hấp thụ của mẫu chuẩn bị, trong khi Hình 1b cho thấy phổ hấp thụ của mẫu hỗn hợp. AuNR 10 nm cho thấy một đỉnh chính ở 800 nm và một đỉnh thứ hai ở 515 nm, theo lý thuyết. Ngoài ra, AuNR 25 nm cho thấy các đỉnh ở 650 nm và 515 nm, theo lý thuyết. Tỷ lệ đỉnh cho các đỉnh AuNR 10 nm ở 800 nm và 515 nm là 3,85, trong khi tỷ lệ đỉnh cho các đỉnh AuNR 25 nm ở 650 nm và 515 nm là 2,32. Hình 2 cho thấy phổ hấp thụ của mẫu được tinh sạch bằng cách sử dụng ly tâm gradient mật độ, sau đó thu thập và cô đặc các phân đoạn quang học giống hệt nhau. Tỷ lệ 650 nm/515 nm đối với mẫu cô đặc từ phân đoạn có độ hấp thụ ở 650 nm là 1,91, gần bằng giá trị của chế phẩm. Ngoài ra, điều đáng chú ý là tỷ lệ 800 nm/515 nm đối với mẫu được cô đặc từ phần có độ hấp thụ ở 800 nm là 4,54 và giá trị này cao hơn giá trị của chế phẩm. Điều này chứng tỏ rằng tạp chất cũng có trong mẫu AuNR được sử dụng làm chế phẩm và vật liệu này được tinh sạch nhờ quá trình ly tâm gradient mật độ.

Thuốc thử

Tài liệu tham khảo

1. Popovtzer R et al. Targeted gold nanoparticles enable molecular CT imaging of cancer. Nano Letters. 8.12; 4593–4596: (2008).

2. Huang X et al. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles. Lasers in Medical Science. 23.3; 217–228: (2008).

3. O’Neal D P et al. Photo-thermal tumor ablation in mice using near infrared-absorbing nanoparticles. Cancer Letters. 209.2; 171–176 (2004).

4. Hong G et al. Near-Infrared-Fluorescence-Enhanced Molecular Imaging of Live Cells on Gold Substrates. Angewandte Chemie International Edition. 50.20; 4644–4648: (2011).

Nguồn: https://www.mybeckman.vn/resources/reading-material/application-notes/metal-nanorod-purification

Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các Thiết bị ly tâm tốc độ cao hãng Beckman Coulter.