SINTESI E FUNZIONALIZZAZIONE DI NANOPARTICELLE ANISOTROPICHE DI ORO UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE NATURALI Stage Estivo 2011 ITIS Giulio Natta, Bergamo SINTESI E FUNZIONALIZZAZIONE DI NANOPARTICELLE ANISOTROPICHE DI ORO Autori: Simone Mangili, ITIS G.Natta Lorenzo Grigis, ITIS G.Natta Responsabile Scolastico: Chiar.mo Prof. Ilario Amboni, ITIS G.Natta   Università di Pavia Dipartimento di Chimica Laboratorio InLab Responsabile: Chiar.mo Prof. Piersandro Pallavicini Tutor: Dott.ssa Alice Donà

Introduzione LE NANOTECNOLOGIE

LE NANOPARTICELLE METALLICHE Introduzione LE NANOPARTICELLE METALLICHE Le proprietà spettroscopiche delle nanoparticelle dipendono dalla forma, dalle dimensioni e dal materiale di cui sono costituite le particelle Non solo sfere… RODS STARS

Perché sintetizzare oggetti anisotropici ? Introduzione Perché sintetizzare oggetti anisotropici ? Come abbiamo visto nella slide precedente le nanoparticelle anisotropiche di oro assorbono luce nella regione del vicino infrarosso dove tessuti, sangue e acqua consentono un elevata trasmissione di radiazioni elettromagnetiche. Nanoparticelle asimmetriche potranno quindi assorbire radiazione elettromagnetica anche se posizionate all’interno del corpo umano. Una volta irraggiate, esse convertono in modo efficiente l’energia assorbita in calore utilizzabile per distruggere cellule tumorali o infezioni batteriche resistenti ai farmaci posizionate in profondità (terapia fototermica)

Come agenti stabilizzanti si utilizzano tensioattivi Sintesi SINTESI DELLE NANOSFERE: Come agenti stabilizzanti si utilizzano tensioattivi SINTESI DI NANOPARTICELLE ANISOTROPICHE: Metodo seed growth Soluzione di tensioattivo ( CTAB) SEED: piccole particelle sferiche (diametro inferiore a 5nm)

Tensioattivi CHE COSA E’ IL TENSIOATTIVO: Molecola anfifilica con elevate capacità di adsorbimento sulle superfici Coda idrofobica Testa idrofilica In acqua a concentrazioni superiori della CMC ( concentrazione micellare critica) le molecole di tensioattivo si auto-organizzano in aggregati chiamati micelle

Tensioattivi CLASSI DI TENSIOATTIVI: Cationici Anionici Zwitterionici Non-ionici TritonX-100 Tween-20 Tween-40

Tensioattivi Studio delle dimensioni degli aggregati micellari tramite DLS ( Dynamic Light Scattering) La tecnica permette di determinare il raggio idrodinamico degli aggregati micellari

Tensioattivi raggio idrodinamico Tx100 9,5nm Tween-20 7,2nm Tween-40

Sintesi con TritonX-100 5ml TritonX-100 0,2M 250µL soluzione AgNO3 0,004M 5mL di HAuCl4 0,001M Mescolare per omogenizzare 140/ 250µL di acido ascorbico 0,0788M Mescolare per omogenizzare, soluzione diventa incolore Aggiunta 12µL del Seed

Sintesi con TritonX-100 [Acido ascorbico] = 1.1· 10-3M SPETTRI UV-Vis TEM L’aumento della concentrazione dell’acido ascorbico nella soluzione di crescita permette di spostare entrambe le bande verso il rosso. Questo è connesso ad un aumento dell’Aspect Ratio degli oggetti.

Sintesi con Tween 20/40 TWEEN-20 TWEEN-40 [Acido ascorbico] = 2· 10-3M SPETTRI UV-Vis TEM

Funzionalizzazione PEG2000 -SH A che scopo? Protocollo di funzionalizzazione: Preparazione campioni con TritonX-100 secondo le modalità riportate precedentemente Aggiunta di PEG2000 –SH 5 *10-5M Decorso della reazione per 1h con agitatore magnetico Ultracentrifugazione ( 13000 rpm, 15min) per ottenere deposito particelle Eliminazione surnatante (contenente reagenti in eccesso, esempio TritonX-100) Aggiunta 10mL acqua bidistillata Per rendere le particelle biocompatibili Per aumentarne la stabilità NO PEG PEG

Funzionalizzazione HS-PEG3000 –NH3+ HS-PEG3000 –COO- A che scopo? Per introdurre un nuovo gruppo funzionale sulle particelle Per ottenere particelle cariche (applicazioni elettroforetiche)

Funzionalizzazione HS-PEG3000 –NH3+ HS-PEG3000 –COO- E’ stato seguito lo stesso protocollo di funzionalizzazione utilizzato per il PEG-SH Dopo la procedura di ultracentrifugazione il precipitato solido è stato ripreso con una soluzione acquosa a pH3 per assicurare la protonazione del gruppo amminico La carica delle particelle è stata verificata tramite misure di Z-Potential (ZetaSizer Nano ZS90) E’ stato seguito lo stesso protocollo di funzionalizzazione utilizzato per il PEG-SH Dopo la procedura di ultracentrifugazione il precipitato solido è stato ripreso con una soluzione acquosa a pH8 per assicurare la deprotonazione del gruppo carbossilico La carica delle particelle è stata verificata tramite misure di Z-Potential (ZetaSizer Nano ZS90) Mean (mV) Area(%) Width (mV) Peak +13,6 100,0 11,9 Mean (mV) Area(%) Width (mV) Peak  -27,3 100,0 7,57

Conclusioni Abbiamo sviluppato una nuova metodica seed-growth per la sintesi di nanoparticelle anisotropiche di oro con proprietà di assorbimento nella zona del vicino infrarosso. Il nostro lavoro di ricerca ha portato per la prima volta all’ottenimento di nanoparticelle asimmetriche tramite l’utilizzo di tensioattivi non ionici. Siamo stati in grado di funzionalizzare gli oggetti preparati con molecole in grado di impartire una carica positiva o negativa per variare in modo controllato le proprietà elettrostatiche delle nanoparticelle. Gli oggetti ottenuti sono potenziali candidati per diverse applicazioni in ambito biomedico: terapia fototermica e drug delivery.