Sintesis Berbasis Bibit Nanorods Emas Rasio Aspek Terpilih untuk Citra Akustik Foto Infra Merah Dekat Tingkat Tinggi
Abstrak
Nanorods emas rasio aspek terpilih dihasilkan melalui protokol berbasis bibit yang disempurnakan yang menggunakan asam askorbat sebagai agen pengarah bentuk. Dengan menyesuaikan dosis asam askorbat, rasio aspek rodia disesuaikan dari 8,5 hingga 15,6, memberikan puncak resonansi plasmon permukaan longitudinal yang melingkupi jendela inframerah dekat (NIR) (≈680–1100 nm). Setelah fungsionalisasi permukaan dengan polietilen glikol tiol (SH-PEG), nanorods menampilkan biokompatibilitas dan stabilitas koloidal yang unggul, memosisikan mereka sebagai agen kontras citra akustik foto NIR yang menjanjikan. Studi in vitro dan in vivo menunjukkan peningkatan kontras 3,1 kali dan kenaikan rasio sinis-ke-bising (SNR) 5,6 kali relatif terhadap kontrol, menekankan manfaat penyerapan yang dapat disesuaikan untuk citra akustik foto (PAI).
Latar Belakang
Struktur satu dimensi—nanowire, nanorod, nanotubus, dan nanobelt—menawarkan geometri anisotropik yang ideal untuk nanodevice dan aplikasi medis. Nanorod emas (AuNR) terutama menarik karena resonansi plasmon permukaan (SPR) yang bergantung pada bentuk, sintesis yang mudah, dan kemampuan untuk dimodifikasi permukaan menjadikannya agen kontras ideal untuk PAI dan terapi fototermal. Kemajuan terbaru telah memungkinkan penyesuaian yang tepat SPR longitudinal dengan mengontrol rasio aspek, memungkinkan resonansi dalam jendela optik jaringan biologis (700–950 nm dan 1000–1350 nm). Namun, sintesis yang dapat diskalakan dari AuNR rasio aspek tinggi dengan penyerapan NIR yang luas masih menjadi tantangan.
Dalam karya ini, kami melaporkan metode berbasis bibit yang sederhana yang menghasilkan AuNR dengan rasio aspek dari 8,5 hingga 15,6 dengan memodulasi konsentrasi asam askorbat. Rodia yang dihasilkan menampilkan pita penyerapan NIR yang dapat disesuaikan yang melingkupi 680–1100 nm dan, ketika difungsikan PEG, menunjukkan sitotoksisitas yang tidak signifikan dan performa citra in vivo yang kuat.
Eksperimen
Sintesis Nanorod Emas
Protokol berbasis bibit yang dimodifikasi mengikuti prosedur yang terbentuk (Refs. 16,17). Singkatnya, 10,3 mL 0,025 M HAuCl₄ dan 3,644 g CTAB dicampur, dihaluskan dengan air deionisasi menjadi 2,5×10⁻³ M HAuCl₄ dan 0,1 M CTAB, dan dialokasikan ke kolong A–D. Larutan bibit NaBH₄ 0,01 M berdingin 350 µL ditambahkan ke kolong A dan diaduk selama 3 menit. Alih-alih aliquot (0,4 mL) dari kolong A, B, dan C dipindahkan ke B, C, dan D, masing-masing menerima 25 µL 0,1 M asam askorbat (AA). Setelah diaduk selama 5 detik, 4 mL dari kolong C dan 250 µL AA ditambahkan ke kolong D, yang kemudian dibiarkan pada 28 °C selama 12 jam. Endapan yang dihasilkan dicuci berulang kali dengan air tisu untuk menghilangkan CTAB berlebih, menghasilkan nanorods typikal (AuTR).
Dengan memvariasi volume AA—35 µL, 30 µL, 20 µL, dan 15 µL dalam urutan empat langkah—rasio aspek 8,5, 10,5, 12,5, dan 15,6 dicapai, masing-masing.
Modifikasi Permukaan AuNR
SH-PEG (10 mg dalam 1 mL air) di-sonikasi selama 10 menit dan kemudian direduksi dengan 50 mL 0,1 M NaBH₄ di bawah sonikasi selama 15 menit untuk memecah dimer disulfida. AuNR yang bersih dicampur dengan larutan SH-PEG (10 mL) dan diaduk selama 5 menit, kemudian dibiarkan selama 5 jam. Produk akhir difurnisikan melalui sentrifugasi dan dicuci dengan air.
Metode Karakterisasi
Morfologi diperiksa dengan SEM (JEOL JSM-7001F) dan TEM (JEOL 2100F, 200 kV). Spektra UV-vis direkam dengan spectrophotometer Shimadzu 3100. Sinyal akustik foto diukur menggunakan sistem PA pemindaian rotasi yang dilengkapi dengan laser Surelite I-20, Surelite OPO Plus, transmeter Olympus PMUT V310-SU, dan hardware akuisisi data.
Eksperimen Kehidupan Sel
Semua prosedur menerima persetujuan IACUC di Universitas Teknologi Taiyuan. Sel HeLa diinkubasi dengan AuNR (0,25–1,0 nM) selama 24 jam, dan keberadaan diukur melalui uji MTT dan mikroskopi optik.
PAI In Vitro dan In Vivo
Fantom agar (2 g agar dalam 100 mL air) disiapkan dengan memanaskan, mengaduk, dan mencetak ke dalam cetakan 4,5 cm. Kapiler kaca berdiameter 0,9 mm yang diisi darah segar atau darah yang dicampur AuTR-PEG (1 nM) disisipkan untuk meniru pembuluh darah. Fantom diilumini dengan laser 680-nm atau 800-nm (11 mJ cm⁻²). Untuk citra hewan, tikus dianestesi dengan isoflurane dan kloral hidrat, rambut dicabut, dan agen kopling ultrasonik diterapkan. Setelah injeksi intravena 1 nM AuTR-PEG, pembuluh otak di-citra pada 800 nm dan 680 nm. Injeksi kedua dilakukan 24 jam kemudian untuk panjang gelombang yang berlainan.
Hasil dan Pembahasan
TEM resolusi tinggi mengonfirmasi AuTR seragam dengan diameter 22 ± 1,5 nm dan panjang 290 ± 13 nm (rasio aspek ≈13,2). HRTEM mengungkapkan geser jaring (110) (1,44 Å), yang mengindikasikan pertumbuhan sepanjang arah [110].
Spektra UV-vis menampilkan dua puncak: puncak lintas di sekitar 520 nm dan puncak longitudinal yang red-shift dari ~680 nm hingga 1100 nm seiring peningkatan rasio aspek dari 8,5 hingga 15,6, yang sesuai dengan jendela NIR biologis. Fungsionalisasi SH-PEG menyebabkan penurunan kecil (~5%) intensitas puncak tanpa menggeser posisinya.
Eksperimen PA in vitro menunjukkan ketergantungan linier sinyal pada konsentrasi AuTR. Pada eksitasi 800-nm, AuTR menghasilkan peningkatan sinyal PA 2,3 kali lipat dibandingkan darah sendirian; rod Au 1 (rasio aspek 8,5) menghasilkan peningkatan 2,1 kali lipat pada 680 nm. Spektra PA multi-panjang gelombang cocok dengan penyerapan optik, mengonfirmasi korelasi antara SPR dan kinerja PA.
Uji MTT mengungkapkan bahwa AuTR-PEG mempertahankan >95 % keberadaan sel pada 1 nM, sedangkan AuTR yang tidak dimodifikasi mengurangi keberadaan menjadi 71 % pada konsentrasi yang sama, yang mengindikasikan efek pelindung PEGilasi.
Citra in vivo menunjukkan bahwa AuTR-PEG (800 nm) dan rod Au 1-PEG (680 nm) secara signifikan meningkatkan kontras pembuluh darah: kelompok AuTR-PEG/800 nm mencapai peningkatan kontras 3,1 kali lipat dan peningkatan SNR 5,6 kali lipat relatif terhadap kontrol. Kelompok rod Au 1-PEG/680 nm mencapai peningkatan kontras 3,6 kali lipat dan peningkatan SNR 5,7 kali lipat.
Morfologi dan struktur typikal Au nanorod yang disintesis pada 25 µL 0,1 M AA (AuTR): a Citra TEM bidang terang. b Citra TEM diperbesar, dari satu rod tunggal. c Citra HRTEM dari satu rod tunggal di area persegi panjang "1" dari panel b. d Spektra penyerapan UV-vis dari AuTR dan AuTR-PEG
Kesimpulan
Kami telah mengembangkan sintesis berbasis bibit yang dapat diskalakan yang menghasilkan nanorod emas dengan rasio aspek dari 8,5 hingga 15,6, menghasilkan SPR longitudinal yang dapat disesuaikan dari 680 hingga 1100 nm. Fungsionalisasi SH-PEG memberikan biokompatibilitas dan stabilitas yang unggul, memungkinkan kontras NIR akustik foto yang kuat. Hasil in vitro dan in vivo mengonfirmasi kontras dan SNR yang superior dalam PAI, memvalidasi nanorod ini sebagai agen serbaguna untuk citra di seluruh jendela NIR pertama, dengan potensi aplikasi dalam diagnostik penyakit serebrovaskular.
