Name: synthesis of immunotargeted magneto-plasmonic nanoclusters
Uploaded: 2014-08-22T16:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
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이 작품은 NIH 보조금 R01 EB008101 및 R01 CA103830에 의해 부분적으로 지원되었다.

1 측정 장치 및 유리 제품 제조 <ol><li> 즉, 적절한 보호 장비, 실험실 코트, 일회용 장갑, 눈 보호구를 착용 할 것. </li><li> 응축기로 둥근 바닥 플라스크를 연결하고 온도계 온도 모니터링과 실리콘 오일 욕에 젖어. 오일 욕 (도 1) 아래 열원 (예, 핫 플레이트)를 놓는다. 온도에게보다 높​​은 260 °의 C를 측정 할 수있는 온도계를 사용합니다. </li></ol> 차 하이브리드의 합성 2 매그니토 플라즈몬 나노 입자 <ol><li> 자성 코어 나노 입자를 만들기 <ol><li> 라운드 353.2 mg의 (1 mmol)의 철 (III) 아세틸 아세토 네이트, 1 ㎖ (2 밀리몰) 올레산, 1 ㎖ (2 밀리몰)의 올레 일 아민, 1.292 g (5 mmol)의 1,2 - hexadecanediol 및 10 ml의 페닐 에테르에 추가 -bottom 플라스크. </li><li> 적극적으로 환류 1 시간 동안 250-260 ° C에 자기 교반 바, 열을 이용하여 혼합물을 저어. 용액이 식을 때까지 기다립니다RT에 이르기까지. 온도 페닐 에테르의 비등을 방지하고 응축기 환저 플라스크로부터 반응 혼합물의 폭발을 방지하기 위해 260 ° C 미만의 확인. 주의 : 반응 혼합물을 매우 뜨겁와 화학 물질이 자극의 원인이 될 수 있습니다. 흄 후드 작동하고 적절한 개인 보호 장비를 착용해야합니다. 오일 목욕 적절한 환기를 마련하십시오. NOTE : 오일 욕이 자성 나노 입자의 합성 1 시간 동안 250-260 ºC 온도로 유지된다. 원칙적으로, 파이렉스 유리 접시는이 목적을 위해 사용될 수있다. 그러나, 파이렉스 유리 연속 최대 온도는 벤더 정보에 따라 ºC ~ 260이다. 따라서, 금속 컨테이너는 그보다 높은 온도를 견딜 복수 실행 중에 더 오래 지속될 수있는 반응을위한 안전한 옵션을 제공한다. </li></ol></li><li> 자성 코어 입자에 금을 증착 셸 <ol><li> 411.5 밀리그램 (1.1 mmol)을 금 에이스 추가테이트, 0.25 ㎖ (0.75 밀리몰) 올레산 1.5 ㎖ (3.0 밀리몰)의 올레 일 아민, 둥근 바닥 플라스크에 775.3 mg의 (3 mmol)의 1,2 - hexadecanediol, 및 15 ml의 페닐 에테르. </li><li> 2.1 단계에서 자성 나노 입자의 5 ml의 현탁액을 추가합니다. 180 ° C까지 반응 혼합물을 가열하고 1 시간 동안 환류하에 유지. RT로 냉각 솔루션을 기다립니다. </li><li> 15 분 동안 3,250 × g에서 원심 분리 하이브리드 차 나노 입자를 침전 50 ㎖의 에탄올을 추가합니다. </li><li> 욕조 초음파 처리기를 사용하여 25 ml의 헥산의 침전물을 재현 탁. 기본 하이브리드 나노 입자를 침전 25 ㎖의 에탄올을 추가합니다. 15 분 동안 3,250 XG에 원심 분리기 헥산에 침전을 재현 탁. 이 단계를 세 번 반복합니다. </li><li> 진공 데시 케이 터의 O / N에서 침전 차 하이브리드 나노 입자를 건조. 입자가 완전히 건조되었는지 확인합니다. </li></ol></li></ol> 3 하이브리드 자기 - 플라즈 모닉 나노 클러스터 합성 및 크기 분리 <ol><li&gt; 욕조 초음파 처리기를 사용하여 1 ㎖의 헥산에 건조 기본 하이브리드 나노 입자 5 mg을 재현 탁. 가시적 석출물이 존재하지 않을 때까지 나노 입자 현탁액을 초음파 처리. </li><li> 연결 캡 20 mL 유리 바이알에 3.1-10 ㎖의보기 단계에서 도데 실 황산나트륨 (2.8 ㎎ / ㎖)의 수용액으로 용액을 추가한다. 다음 단계 전에 두 단계의 혼합을 방지하기 위해 드롭으로 차 하이브리드 나노 입자 드롭의 정지를 추가합니다. </li><li> 10 분 동안 80 ° C에서 수조에서 가열 한 다음 2 시간 동안 욕조 초음파 처리기에서 2 상 용액을 초음파 처리. RT로 냉각 솔루션을 기다립니다. <ol><li> 초음파 목욕의 작동 레벨 라인에 물을 채 웁니다. 초음파 목욕 유리 병을 중앙에. 바로 두 단계 사이의 에멀젼 형태. 초음파 처리 시작 후 손으로 2 상 용액을 흔들어; 이는 주 하이브리드 나노 입자를 포함하는 상과 수성 상 사이에 아래 혼합 용이하게한다. 참고 : 그쪽주의초음파기 t 작업의 2 시간 후 가열한다. </li></ol></li><li> 30 분 동안 100 XG에 하이브리드 나노 클러스터 현탁액을 원심 분리기. 침전물과 상층 액을 모두 수집합니다. 10 분 초음파 하에서 0.1 mM의 시트르산 나트륨의 침전물을 재현 탁. 나노 클러스터의 예상 크기는 직경이 ~ 180 ㎚이다. </li><li> 새로운 원뿔 튜브로 단계 3.3에서 뜨는을 전송합니다. </li><li> 30 분 동안 400 XG에 3.4 단계에서 현탁액을 원심 분리기. 침전물과 상층 액을 모두 수집합니다. 10 분 초음파 하에서 0.1 mM의 시트르산 나트륨의 침전물을 재현 탁. 나노 클러스터의 예상 크기는 직경이 ~ 130 ㎚이다. </li><li> 새로운 원뿔 튜브로 단계 3.5에서 뜨는을 전송합니다. </li><li> 30 분 동안 1,500 XG에서 단계 3.6에서 현탁액을 원심 분리기. 10 분 초음파 하에서 0.1 mM의 시트르산 나트륨에 재현 탁하고 침전물을 수집한다. 나노 클러스터의 예상 크기는 ~ 직경 90 ㎚이다. </li><li> 300 추가 _6, UV-VIS-NIR 흡수 스펙트럼 측정 용 96 웰 마이크로 플레이트 리더로 ​​L 개의 나노 클러스터 현탁액. TEM 영상 탄소 코팅 된 구리 그리드에 10 ㎕의 나노 클러스터 현탁액을 삭제합니다. </li></ol> 나노 클러스터에 대한 단일 클론 항체의 4 활용 <ol><li> 100 ㎕의 단클론 항체 용액 PBS (1 ㎎ / ㎖), pH가 7.2, 예를 들어, 안티 표피 성장 인자 수용체 2 (HER2) 항체 또는 항 표피 성장 인자 수용체 1 (EGFR) 항체를 준비합니다. </li><li> 3.9 ml의 4 mM의 HEPES, pH를 7.2 단계 4.1에서 항체 솔루션을 추가합니다. 원심 분리기 8 ° C에서 20 분 동안 3,250 XG에 10 K MWCO 원심 필터를 통해 솔루션을 제공합니다. 100 μL의 최종 볼륨, 4 mM의 HEPES, pH가 7.2에서 항체를 재현 탁. NOTE :이 단계는 HEPES와 항체 용액에 원본 미디어를 대체하기 위해 수행된다. </li><li> 항체 용액 100 mM의 NaIO 4-100 μL의 10 μl를 추가합니다. 알루미늄과의 반응 바이알을 덮RT에서 uminum 호일 및 진탕를 사용하여 30 분 동안 혼합한다. </li><li> 1X PBS 500 μl를 첨가하여 반응을 켄 칭하고. </li><li> 단계 4.4에서 항체 용액에 46.5 MM의 링커 용액 2 μL (dithiolaromatic PEG6-CONHNH 2)를 추가하고 실온에서 1 시간 동안 흔들어. </li><li> 8 ° C에서 20 분 동안 3,250 XG에 10 K MWCO 원심 분리기 필터를 사용하여 솔루션을 필터링합니다. ~ 1 ㎎ / ㎖의 항체 농도에 이르게 100 μL의 최종 부피로 1X PBS에 재현 탁 항체. </li><li> 실온에서 120 분 동안 단계 4.6 (1 ㎎ / ㎖)에서 1.0 1 μL에게 ~ OD에서 수정 된 항체를 100 ㎕의 나노 클러스터 현탁액을 섞는다. </li><li> 10 -3 M 5 kDa의 티올 PEG의 10 μl를 추가하고 실온에서 15 분 동안 흔들어. </li><li> 3 분 동안 830 × g으로 용액을 원심 분리기. 상층 액을 버리고 PBS, pH를 7.2 / 5 V kDa의 PEG w 100 ㎕의 2 %에서 침전물을 재현 탁. </li><li> 항체 공역 나노 클러스터의 흡광도 스펙트럼을 측정하고 비교하기 위해 톤그는 노출 된 나노 클러스터의 스펙트럼을 흡수. 접합 후 나노 미터 레드 시프트의 몇 가지를 기대합니다. </li><li> 나노 입자와 같은 붉은 NIR 영역에서의 OD의 증가에 크게 시프트 골재로 나타낸 경우, 5 × 10-3 M.에 티올 PEG의 농도를 증가 또한, 30 분에 티올 PEG와 배양 시간을 증가시키고 200 XG 단위 원심 속도를 감소시킨다. </li><li> 암 세포 라벨링 테스트를 위해 하나 또는 배지 1X PBS (ML 1 ~ 10 6 세포) 암 세포 현탁액 단계 4.9에서 항체보기 접합 된 나노 입자를 추가하고 60 분 동안 혼합한다. </li></ol>

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저자는 그들이 더 경쟁 금전적 이해 관계가 없다고 선언합니다.

자기 플라즈몬 나노 클러스터의 성공적인 합성에 중요 단계는 고도로 단 분산 금 차 쉘 / 철 산화물 코어 입자를 제조하고 나노 클러스터로 일차 입자의 자기 조립을 지시하는 것을 포함한다. 일차 입자 및 계면 활성제 사이의 몰비는 나노 클러스터의 크기 분포를 결정하는데 중요한 역할을한다. 차 나노 입자의 비 균일 한 크기 분포는 자기 플라즈 모닉 나노 클러스터를 조립하는 동안 큰 골재 형...

별개의 물리 화학적 특성을 가진 서로 다른 물질로 구성된 하이브리드 나노 입자는 복합 분자 이미징, 치료 제공 및 모니터링, 새로운 검사 및 진단 분석 1-3를 포함하여 생물 의학 응용 프로그램에서 새로운 기회를 열 수 있습니다. 이 자기장 플라즈몬 공명과 응답과 관련된 매우 강한 광 산란 및 흡수 횡단면을 제공하기 때문에 단일 나노 입자의 플라즈몬과 자기 특성의 조합은 특히 중요하다. 예를 들어, 자기 플라즈몬 나노 입자 외부 전자석 3-5 통해 시간적 신호 변조를 적용하여 표지 세포의 암시 야 이미지의 콘트라스트를 증가시키기 위해 사용되었다. 자기 - 광 음향 이미징, 자기​​ 플라즈몬 나노 입자 콘트라스트 신호 대 배경 쥐에서 큰 개선을 활성화 - 최근 유사한 원리는 새로운 영상 기법의 개발에 적용되었다IO 6,7. 또한 하이브리드 나노 입자가 동시에 포착 및 전혈 및 생체 내에서 8,9 종양 세포 순환의 검출에 사용될 수 있음을 도시 하였다. 또한, 자기 플라즈몬 나노 입자는 암세포 (10)의 광열 치료와 결합 된 특정 분자와 광 MR 이미징을 위해 사용될 수 theranostic 에이전트 유망한. 여러 가지 접근 방법이 자기 ​​플라즈몬 나노 입자의 합성 탐구 하였다. 아령 형상 관능의 Au-FE 3 O 4 나노 입자 (11)를 형성하는 금 나노 입자에 대한 예, 유 등. 이용 분해의 Fe (CO)의 산화를 05. 왕 등 알. 열분해 방법 (12)을 사용하여 금으로 코팅 된 산화철 나노 입자를 합성 하였다. 몇몇 다른 접근법들은 AG 증착 하였다 자성 코어 입자 상에 중합체 코팅 또는 아민 관능기 분자에 의존하이브리드를 만들 수있는 고분자 표면에 오래 쉘은 7,13 입자. 또한, 산화철 나노 입자는 정전 기적 ​​상호 작용 또는 화학적 반응을 통해 14,15 금 나노로드에 부착 하였다. 이러한 접근 방식은 자기 플라즈몬 나노 구조를 얻을 수 있지만, 그들은 생명 의료 애플리케이션에서 매우 바람직하다 둘 다 근적외선 (NIR) 창에서 흡광도 또는 강한 자기 모멘트로 자기 플라즈몬 조합의 어느 정도의 호텔이 손상. 예를 들어, 아령의 Au-FE 3 O 4 나노 입자로 인해이 스펙트럼 범위에서 높은 조직 탁도 생체 내에서의 유틸리티를 제한 520 nm에서 플라즈몬 공명 피크를 가지고있다. 또한, 현재의 프로토콜에 의해 생성 된 자기 플라즈몬 나노 입자는 ACH가 될 수있는 것보다 상당히 작다는 것을 단지 하나 또는 소수의 (11) (10 개 미만) 14,15 상자성 잔기 (예를 들면, 산화철 나노 입자)로 제한된다조밀 나노 구조에 ieved. 예를 들어, 조밀하게는 60nm 직경의 구형 나노 입자는 6 nm의 천 초상 자성 나노 입자의 주문에 포함 할 수있다. 따라서, 하이브리드 나노 입자의 자기 적 성질을 향상시키기위한 좋은 공간이있다. 또한, 앞서 설명한 프로토콜 중 일부는 상대적으로 복잡하고 합성 14,15 중 입자 응집을 피하기 위해 신중한 최적화가 필요하다. 여기에, 우리는 강한 자기 모멘트 현재 예술의 주요 한계를 해결하는 강력한 근적외선 흡광도 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성 프로토콜을 설명합니다. 합성은 중유 마이크로 에멀젼 방법 (16)에 그 기원이있다. 이것은 훨씬 작은 일차 입자로부터 원하는 크기의 나노 입자의 조립에 기초한다. 이 접근법을 성공적으로 금, 철 산화물, 반도체 PRI 같은 단일 물질로부터 나노 구조물을 생성하기 위해 사용되어왔다메리는 16 입자. 우리는 마지막으로 구형 나노 하이브리드 차 입자를 조립 한 후, 6 nm의 직경 골드 쉘 / 철 산화물 코어 입자를 제작함으로써, 제 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성에 연장. 나노 클러스터뿐만 아니라, 예컨대 초상 자성 특성을 유지하면서 강한 자기 모멘트를 달성하는 등의 성분의 나노 입자의 특성을 개선 할 수 있지만 또한 이와 같은 강한 같은 구성 입자 결석 새로운 특성을 만드는 개별 나노 입자 사이의 상호 작용을 이용한다으로 일차 입자 조립 NIR 창의 광학 흡광도. 이 프로토콜은 자기 및 플라즈몬 작용기 고밀도 하이브리드 나노 입자를 산출한다. 일차 입자가 synthetized 후, 우리의 방법은 본질적으로 간단한 냄비 반응이다. 전체적인 플라즈몬 공진 강도 및 자기 모멘트는 일차 입자와, 거기는의 수에 의해 결정된다는 efore 쉽게 애플리케이션에 따라 최적화 될 수있다. 또한, 우리는 또한 분자 특정 타겟팅이 필요 다양한 생물 의학 응용 프로그램에 대한 하이브리드 나노 입자에 항체 접합하기위한 절차를 개발했다. 항체 타겟팅을 사용할 항원 결합을 담당하는 팹 부분을 떠나는의 Fc 부분을 통해 연결되어 있습니다.

<table><tbody><tr><td>PYREX 50 ml round bottom boiling flask with short neck &amp;amp; 24/40 [ST] joint</td><td>Corning</td><td>4320A-50</td><td>Thermal decomposition reaction</td></tr><tr><td>PYREX 41 x 300 mm 5-bulb Allihn condenser with 24/40 [ST] outer/inner joints</td><td>Corning</td><td>2480-300</td><td>Thermal decomposition reaction</td></tr><tr><td>Silicone oil</td><td>Fisher</td><td>S159-500</td><td>Oil bath</td></tr><tr><td>Hot plate stirrer</td><td>Corning</td><td>PC-351</td><td>Heat the reacton with stirring function</td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>ThermoWorks</td><td>221-092</td><td>Measure temperature</td></tr><tr><td>Iron(III) acetylacetonate</td><td>Fisher</td><td>AC11913-0250</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Oleic acid 99%</td><td>Fisher</td><td>A195-500</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Gold(III) acetate</td><td>Fisher</td><td>AA3974206</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Fisher</td><td>H292-1</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Phenyl ether 99%</td><td>Fisher</td><td>AC13060-0025</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>1,2-Hexadecanediol 90%</td><td>Sigma</td><td>213748-50G</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Oleylamine 70%</td><td>Sigma</td><td>O7805-100G</td><td>Material for primary hybrid nanoparticles synthesis</td></tr><tr><td>Sodium dodecyl sulfate</td><td>Fisher</td><td>BP166-100</td><td>Cluster synthesis</td></tr><tr><td>Sodium citrate dihydrate</td><td>Sigma</td><td>W302600</td><td>Cluster synthesis</td></tr><tr><td>Monoclonal anti-EGF receptor antibody</td><td>Sigma</td><td>E2156</td><td>Cell labeling specificity test</td></tr><tr><td>Monoclonal anti-HER2 antibody</td><td>Sigma</td><td>AMAB90627</td><td>Cell labeling specificity test</td></tr><tr><td>Sodium periodate</td><td>Sigma</td><td>311448</td><td>Oxidate Fc region of antibodies</td></tr><tr><td>Dithiolaromatic PEG6-CONHNH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>SensoPath Technologies</td><td>SPT-0014B</td><td>Heterofunctional linker for antibody conjugation to nanoclusters</td></tr><tr><td>Methoxy-PEG-thiol, 5 k</td><td>Creative PEGworks</td><td>PLS-604</td><td>Passivate the remaining gold surface after antibody conjugation</td></tr><tr><td>Amicon Ultra-4 centrifugal filter unit with Ultracel-10 membrane</td><td>Millipore</td><td>UFC801008</td><td>Protein purification</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma</td><td>H3375</td><td>Buffer</td></tr><tr><td>PBS, 1x solution</td><td>Fisher</td><td>BP2438-20</td><td>Buffer</td></tr><tr><td>UV-Vis spectroscopy</td><td>BioTek&amp;nbsp;</td><td>Synergy HT</td><td>Obtain spectrum</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td>Separation</td></tr><tr><td>Transmission Electron Microscope</td><td>FEI</td><td>TECNAI G2 F20 X-TWIN</td><td>Obtain morphology of nanostructures</td></tr><tr><td>Upright microscope</td><td>Leica</td><td>DM6000</td><td>Obtain dark-field images</td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Branson</td><td>1510</td><td>Sonication</td></tr><tr><td>Carbon film 300 mesh grid</td><td>EMS</td><td>CF300-Cu</td><td>TEM imaging</td></tr><tr><td>96-well plate</td><td>Corning</td><td>09-761-145</td><td>UV-Vis reading plate</td></tr></tbody></table>

synthesis of immunotargeted magneto-plasmonic nanoclusters

하나의 나노 입자에 결합 된 자기 및 플라즈몬 특성은 반대로 소설 magnetomotive 영상 방식의 개선, 동시 캡처 및 (CTCs) 종양 세포를 순환의 탐지 및 광열 치료와 결합 된 복합 분자 영상을 포함한 생물 의학 응용 프로그램의 숫자에 유리한 시너지 효과를 제공 암세포. 이러한 응용 프로그램은 근적외선 (NIR) 영역에서 광 흡수와 강한 자기 모멘트와 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성을위한 프로토콜의 개발에 상당한 관심을 자극했다. 여기서는 중유 마이크로 에멀젼 법에 기반 하이브리드 나노 입자의 합성에 대해 신규 프로토콜을 제시한다. 본원에 기술 된 프로토콜의 고유 기능은 또한 자기 플라즈몬 특성이 기본 블록에서 다양한 크기의 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성이다. 이러한 접근법은 높은 덴와 나노 입자를 얻을균일 한 나노 입자의 볼륨에 분산되어 자기와 플라즈몬 기능의 SITY. 하이브리드 나노 입자가 용이하게 타겟팅 가능한 항원 결합을 담당하는 팹 부를 떠나는의 Fc 잔기를 통해 항체를 부착시켜 작용 화 될 수있다.

immunotargeted 자기 플라즈몬 나노 클러스터의 합성을위한 방식은도 2에 도시된다. 첫째, 자기의 Fe 3 O 4 산화철 나노 입자는 열분해 법 통해 synthetized된다. 이어서, 박막을 약 1 nm의 금 쉘은 열분해를 통해 철 산화물 코어 입자 상에 증착된다. 씨앗 중유 마이크로 에멀젼 방법을 이용하여 자기 플라즈몬 나노 클러스터를 생성하도록 캘리포니아 주 6 나노 하이?...

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Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

여기에, 우리는 강한 자기 모멘트 강한 근적외선 (NIR) 흡수와 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성 프로토콜을 설명합니다. 프로토콜은 특정 분자 표적을 필요로 다양한 생물 의학 응용 프로그램의 Fc 부분을 통해 나노 입자에 항체 접합을 포함한다.

Immunotargeted의 합성 자기 - 플라즈 모닉 나노 클러스터

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

synthesis-of-immunotargeted-magneto-plasmonic-nanoclusters

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

15.2K 조회수.  University of Texas at Austin.  여기에, 우리는 강한 자기 모멘트 강한 근적외선 (NIR) 흡수와 자기 플라즈몬 나노 입자의 합성 프로토콜을 설명합니다. 프로토콜은 특정 분자 표적을 필요로 다양한 생물 의학 응용 프로그램의 Fc 부분을 통해 나노 입자에 항체 접합을 포함한다. 

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Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

연구

생체공학

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

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

합성, 특성 및 하이브리드 금 / CD 및 금 /은 ZnS 코어 / 쉘 나노 입자의 작용 화

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

화학

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

다기능 하이브리드 철<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; 효율적인 플라즈몬 난방을위한 -Au 나노 입자

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

공학

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Enrich and Expand Rare Antigen-specific T Cells with Magnetic Nanoparticles

We have developed a tool to both enrich and expand antigen-specific T cells. This can be helpful in cases such as to A) detect the existence of antigen-specific T cells, B) probe the dynamics of antigen-specific responses, C) understand how antigen-specific responses affect disease state such as autoimmunity, D) demystify heterogeneous responses for antigen-specific T cells, or E) utilize antigen-specific cells for therapy. The tool is based on a magnetic particle that we conjugate antigen-specific and T cell co-stimulatory signals, and that we term as artificial antigen presenting cells (aAPCs). Consequently, since the technology is simple to produce, it can easily be adopted by other laboratories; thus, our purpose here is to describe in detail the fabrication and subsequent use of the aAPCs. We explain how to attach antigen-specific and co-stimulatory signals to the aAPCs, how to utilize them to enrich for antigen-specific T cells, and how to expand antigen-specific T cells. Furthermore, we will highlight engineering design considerations based on experimental and biological information of our experience with characterizing antigen-specific T cells.

Antigen-specific T cells are difficult to characterize or utilize in therapies due to their extremely low frequency. Herein, we provide a protocol to develop a magnetic particle which can bind to antigen-specific T cells to enrich these cells and then to expand them several hundred-fold for both characterization and therapy.

풍부 하 고 확장 하는 자성 나노 입자와 희귀 한 항 원 특정 T 세포

We have developed a tool to both enrich and expand antigen-specific T cells. This can be helpful in cases such as to A) detect the existence of ...

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the target site while minimizing deleterious effects to off-target sites. Magnetic cell targeting is an efficient, safe, and straightforward delivery technique. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are biodegradable, biocompatible, and can be endocytosed into cells to render them responsive to magnetic fields. The synthesis process involves creating magnetite (Fe3O4) nanoparticles followed by high-speed emulsification to form a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating. The PLGA-magnetite SPIONs are approximately 120 nm in diameter including the approximately 10 nm diameter magnetite core. When placed in culture medium, SPIONs are naturally endocytosed by cells and stored as small clusters within cytoplasmic endosomes. These particles impart sufficient magnetic mass to the cells to allow for targeting within magnetic fields. Numerous cell sorting and targeting applications are enabled by rendering various cell types responsive to magnetic fields. SPIONs have a variety of other biomedical applications as well including use as a medical imaging contrast agent, targeted drug or gene delivery, diagnostic assays, and generation of local hyperthermia for tumor therapy or tissue soldering.

Targeted cell delivery is useful in a variety of biomedical applications. The goal of this protocol is to use superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) to label cells and thereby enable magnetic cell targeting approaches for a high degree of control over cell delivery and localization.

셀 라벨 및 초상 자성 산화철 나노 입자로 타겟팅

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical lattice consists of an array of nanostructures, which exhibit a variety of trapping and transport behaviors. We report the experimental procedures to trap micro-particles in a simple square nanoplasmonic optical lattice. We also describe the optical setup and the nanofabrication of a nanoplasmonic array. The optical potential is created by illuminating an array of gold nanodiscs with a Gaussian beam of 980 nm wavelength, and exciting plasmon resonance. The motion of particles is monitored by fluorescence imaging. A scheme to suppress photothermal convection is also described to increase usable optical power for optimal trapping. Suppression of convection is achieved by cooling the sample to a low temperature, and utilizing the near-zero thermal expansion coefficient of a water medium. Both single particle transport and multiple particle trapping are reported here.

We describe a procedure to optically trap micro-particles in nanoplasmonic optical lattice.

Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

Synthesis of Near-Infrared Emitting Gold Nanoclusters for Biological Applications

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been devoted to their development. In this protocol, a recently developed, facile method for preparation of water soluble, biocompatible, and colloidally stable near-infrared emitting AuNCs have been described in detail. This room-temperature, bottom-up chemical synthesis provides easily functionalizable AuNCs capped with thioctic acid and thiol-modified polyethylene glycol in aqueous solution. The synthetic approach requires neither organic solvents or additional ligand exchange nor extensive knowledge of synthetic chemistry to reproduce. The resulting AuNCs offer free surface carboxylic acids, which can be functionalized with various biological molecules bearing a free amine group without adversely affecting the photoluminescent properties of the AuNCs. A quick, reliable procedure for flow cytometric quantification and confocal microscopic imaging of AuNC uptake by HeLa cells also been described. Due to the large Stokes shift, proper setting of filters in flow cytometry and confocal microscopy is necessary for efficient detection of near-infrared photoluminescence of AuNCs.

A reliable and easily reproducible method for preparation of functionalizable, near-infrared emitting photoluminescent gold nanoclusters and their direct detection inside HeLa cells by flow cytometry and confocal laser scanning microscopy is described.

생물학적 응용 을 위한 근적외선 방출 금 나노클러스터의 합성

Over the past decade, fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) have witnessed growing popularity in biological applications and enormous efforts have been ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

자기 고열증 및 포토열 조합 암 치료를 위한 자기, 음향 및 광학 삼중 반응 마이크로 버블

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...