Seed-vermittelte Synthese von Gold-Nanostäben mit einstellbarem Seitenverhältnis für die photoakustische Nahinfrarot-Bildgebung

Hintergrund

Eindimensionale (1D) Nanostrukturen wie Nanodrähte, Nanostäbe, Nanoröhren und Nanogürtel sind besonders interessant, weil sie nicht nur neuartige Grundbausteine ​​für Nanovorrichtungen sind, sondern auch ein hohes geometrisches Aspektverhältnis aufweisen, das anisotrope Eigenschaften für spezielle Anwendungen erzeugt [1, 2,3,4,5,6]. Unter diesen 1D-Nanostrukturen haben neuartige Metall-Nanostäbe (NRs) aufgrund ihrer formabhängigen Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Bande [7, 8], ihrer einfachen Synthese [9,10,11], ihrer günstigen Biokompatibilität und ihrer einfachen Modifikation [12,13,14]. Yeh et al. berichteten über eine Au-Nanostäbchen-(AuNR)-In-Shell-Struktur von weniger als 100 nm, die eine starke Längsabsorption bei 600–900 nm und eine gute Anwendbarkeit für photoinduzierte Therapien aufweist [8]. Wanget al. konstruierten erfolgreich anisotrope helicale AuNR-Überstrukturen mit maßgeschneiderter Chiralität, indem das funktionalisierte AuNR mit DNA auf dem Origami des entworfenen „X“-Musters der Anordnung der DNA-Einfangstränge positioniert wurde [12].

Darüber hinaus haben Verbesserungen bei der Synthese und Reinigung von AuNRs eine einfache Abstimmung des longitudinalen SPR-Bandes durch Anpassung der Länge und damit des Seitenverhältnisses [15,16,17] für spezifische Anwendungen wie photoakustische Bildgebung (PAI) und photoinduzierte Therapien [18,19,20,21,22,23], bei denen die longitudinale SPR von Au-NRs in das optisch transparente Fenster biologischen Gewebes fallen muss (erstens bei 700–950 nm und zweitens bei 1000–1350 nm) [8 , 18]. Huang und Mitarbeiter synthetisierten beispielsweise Gold-NRs mit einem Aspektverhältnis von 2,4 bis 5,6, die eine effiziente Krebszelldiagnostik und selektive photothermische Therapie zeigten [19]. Jokerst et al. entwickelten Gold-NRs und silikabeschichtete Gold-NRs mit einem Seitenverhältnis von etwa 3,5, die ein hohes PAI-Signal für die Erkennung von Eierstockkrebs und die Bildgebung von mesenchymalen Stammzellen zeigten [20, 21]. Yang und Mitarbeiter berichteten über magnetisches Gold-Nanostäbchen/PNIPAAmMA für duale Magnetresonanz-PAI und gezielte photothermische Therapie [23]. Obwohl viele Au-NR-basierte Kontrastmittel entwickelt wurden, bleiben eine einfache, skalierbare Synthese von AuNRs mit großem und einstellbarem Seitenverhältnis und ihre vom Absorptionsverhalten abhängige PAI-Leistung immer noch Herausforderungen.

Hier wurden AuNRs mit einem Aspektverhältnis von 8.5 bis 15.6 synthetisiert, indem die modifizierte Keim-vermittelte Wachstumsmethode mit Hilfe von Ascorbinsäure verwendet wurde. Es wurde gezeigt, dass die AuNRs eine hohe Biokompatibilität besitzen und ihre Zytotoxizität mit SH-PEG-Modifikation weiter reduziert haben. Die synthetisierten AuNRs profitieren von ihrer großen und einstellbaren Extinktion im NIR-Bereich und könnten bei PAI sowohl in in vitro- als auch in vivo-Experimenten einen stärkeren Kontrast und höhere Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)-Werte bieten. Dieses einfache Verfahren zum Aufbauen von Gold-NRs mit abstimmbarem Seitenverhältnis kann verwendet werden, um Kontrastmittel bei jeder Wellenlänge im ersten NIR-Fenster herzustellen.

Experimentell

Synthese von Gold-Nanostäbchen

AuNRs mit einstellbarem Seitenverhältnis wurden durch ein modifiziertes Seed-vermitteltes Syntheseverfahren synthetisiert [16, 17]. In einem typischen Verfahren wird ein Volumen von 10,3 ml mit 0,025 M HAuCl₄ (Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., 99,9%) und 3,644 g Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB)-Tensid (Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute, 99,0%) wurden zuerst in ein Becherglas gegeben. Dann wurde entionisiertes Wasser (18 MΩ) zugegeben, um die Konzentration von HAuCl₄ . zu erhöhen 2,5 × 10 ⁻³ . betragen M und CTAB von 0,1 M. 10 ml, 4,5 ml, 4,5 ml und 45 ml der oben genannten Lösung wurden separat in vier Kolben mit den Markierungen A, B, C und D überführt. Dann wurde ein Volumen von 350 μl , 0,01 M eiskaltes NaBH₄ (Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., ~98,0%) wurde in Kolben A gegeben und 3 min gerührt. 0,4 ml Lösung von Kolben A und 25 μl 0,1 M L (+)-Ascorbinsäure (AA) (Tianjin Shentai Chemical Industry Co., Ltd., ≥ 99,7%) wurden in Kolben B überführt und weitere 3 Minuten gerührt. Dann wurden 0,4 ml Lösung von Kolben B und 25 μL 0,1 M AA in Kolben C zugegeben und erneut 3 Minuten gerührt. Schließlich wurden 4 ml Lösung von Kolben C und 250 μl 0,1 M AA in Kolben D zugegeben, 5 s lang gerührt und dann 12 h bei 28 °C ungestört in einem Wasserbad belassen. Die obere Lösung wurde vorsichtig entfernt und der Niederschlag wurde zentrifugiert und mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen, um sicherzustellen, dass das überschüssige CTAB vollständig entfernt wurde. Daher wurden die Endprodukte als Au-typische Nanostäbe (AuTR) bezeichnet.

Wiederholen Sie den obigen Vorgang und ändern Sie einfach die Dosierung von AA, und dann konnten Au-NRs mit einem Seitenverhältnis von 8,5 bis 15,6 entwickelt werden. Die Details sind wie folgt:Die Dosierung von AA beträgt (35 μL, 35 μL, 350 μL) für Au-Stäbchen1, (30 μL, 30 μL, 300 μL) für Au-Stäbchen2, (20 μL, 20 μL, 200 μL) für Au-Stab3 und (15 μL, 15 μL, 150 μL) für Au-Stab4.

Oberflächenmodifikation von AuNRs

Zuerst wurden 10 mg SH-PEG (Nanjing Pengsheng Biological Technology Co. Ltd) in 1 ml entionisiertem Wasser gelöst und 10 Minuten lang beschallt. Dann wurde die Lösung mit 50 ml 0,1 M NaBH₄ . behandelt Lösung unter Beschallung für weitere 15 Minuten, um das mögliche dimerisierte SH-PEG (PEG-S-S-PEG) zu reduzieren. Zweitens wurden die gereinigten Au-NRs in 10 ml entionisiertem Wasser dispergiert und mit der obigen SH-PEG-Lösung (10 ml) vermischt, 5 min gerührt und dann 5 h ungestört platziert. Schließlich wurde die Probe zentrifugiert und zur weiteren Anwendung mit entionisiertem Wasser gewaschen.

Charakterisierungsmethoden

Die Morphologie und Struktur der synthetisierten AuNRs wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM; JEOL JSM-7001F) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; JEOL 2100F, 200 kV) identifiziert. UV-vis-Absorptionen der verschiedenen AuNRs wurden mit einem Spektrophotometer (Shimadzu, 3100 UV-vis-NIR) gemessen. Die photoakustischen Signale wurden durch das photoakustische Detektionssystem mit Rotationsabtastung aufgezeichnet, das ein Lasergerät (Surelite I-20, Continuum), einen optisch parametrischen Oszillator (OPO) (Surelite OPO Plus), einen nicht fokussierten Ultraschallwandler (PMUT) (V310- SU, Olympus, 5 Hz), Motorschritt-Drehtisch und Motorsteuerbox (MC) (M600, Beijing Zolix Instrument Co., Ltd.), Vorverstärker (5077PR, Olympus), PCI4732-Datenerfassungskarte (DAQ) usw. an.

Tests zur Lebensfähigkeit von Zellen

Alle bioexperimentellen Verfahren wurden vom IACUC-Komitee der Taiyuan University of Technology genehmigt. Und die Experimente wurden in Übereinstimmung mit den genehmigten Richtlinien durchgeführt.

Hela-Zellen wurden in dem von der American Type Culture Collection (ATCC) empfohlenen Standardzellmedium bei 37 °C unter 5 % CO₂ . kultiviert Atmosphäre. Zellen, die in 96-Well-Platten ausgesät wurden, wurden 24 h mit verschiedenen Konzentrationen von AuNR und AuNR-PEG inkubiert. Die relativen Lebensfähigkeiten der Zellen wurden mit dem Standard-Methylthiazolyltetrazolium (MTT)-Assay bestimmt und unter einem Lichtmikroskop abgebildet.

In Vitro und In Vivo PAI

Zwei Gramm Agarpulver (Gene Company Ltd.) wurden in 100 ml entionisiertem Wasser gelöst und mit einem Glasstab in einem Becherglas gut vermischt. Die trübe Flüssigkeit wurde in einem Mikrowellenofen (Midea Group Limited by Share Ltd.) zum Sieden erhitzt. Dann wurde die Flüssigkeit herausgenommen und im Wasserbad 20 min bei 60 °C gerührt, bis die Flüssigkeit dick wurde. Dann wurden die viskosen Materialien in eine zylindrische Form mit 4,5 cm Durchmesser gegossen, abgekühlt und verfestigt. Schließlich wurde der Gerinnsel-Agar aufgrund seiner ungefähren Absorption für NIR-Laser als Phantom des biologischen Gewebes verwendet.

Eine Glaskapillare mit einem Durchmesser von 0,9 mm wurde auf die Oberfläche des Phantoms implantiert, um ein Blutgefäß zu simulieren, das in einem spezifischen Experiment mit frischem Ochsenblut oder Blut gemischt mit verschiedenen Konzentrationen von AuNR-PEG gefüllt würde. Das Phantom wurde unter Wasser gehalten und mit einem 680-nm- oder 800-nm-Laser mit einer Leistungsdichte von 11 mJ/cm ² . bestrahlt .

Narkotisieren Sie die Maus vorübergehend mit Isofluran, dann wurden 0,04 ml/10 g 10 Gew.-% Chloralhydrat intraperitoneal injiziert, um die Mausanästhesie gründlich zu machen. Der Mauskopf wurde sanft von Haaren rasiert und glatt mit Ultraschall-Kopplungsmittel (Boline Healthcare Ltd.) bestrichen. Die Wellenlänge des Lasers wurde auf 800 nm eingestellt und die Maus wurde unter Wasser gehalten. Dann wurden die zerebralen Blutgefäße der Maus vor und nach abgebildet und die Kontrastmittel (1 nM, 0,1 ml/10 g) wurden der Maus intravenös (i.v.) injiziert. Der Laser wurde auf 680 nm geändert und das obige Experiment wiederholt. Hinweis:Wenn das Kontrastmittel gewechselt wurde, sollte die IV-Injektion mindestens 24 h später dauern, damit der Rückstand vollständig metabolisiert wird.

Ergebnisse und Diskussionen

Typische Morphologie und Struktur von AuTR wurden systemisch durch TEM diskutiert (Abb. 1). Wie in Abb. 1a gezeigt, haben die synthetisierten AuTR (die Dosierung von AA betrug 25 μL) eine homogene Form mit einem Durchmesser von 22 ± 1,5 nm, einer Länge von 290 ± 13 nm und einem Seitenverhältnis von etwa 13,2. Abbildung 1b zeigt ein stark vergrößertes TEM-Bild einiger repräsentativer AuTR. Ein hochauflösendes TEM-Bild (HRTEM) des Endbereichs eines einzelnen Nanostabs („1“ rechteckiger Bereich in Abb. 1b) ist in Abb. 1c gezeigt. Das Ergebnis zeigt, dass Gittersäume senkrecht zur Längsachse des Nanostabs mit d-Abständen von 1,44 Å, entsprechend der (110)-Gitterebene, zu erkennen sind. Der Nanostab wächst entlang der [110]-Richtung, wie durch die kubische Struktur von Au aus der Analyse des Elektronenbeugungsmusters ausgewählter Bereiche (SAED) und des HRTEM-Bildes bestimmt [16, 17]. Die UV-Vis-Absorptionsspektren von AuTR in Abb. 1d zeigen zwei Absorptionspeaks, den charakteristischen Peak bei etwa 520 nm und den Längspeak bei etwa 900 nm. Bei Funktionalisierung mit HS-PEG (rote Linie) zeigt die Absorptionsbande einen leichten Abfall (ca. 5%) der Peakstärke, aber keine offensichtliche Verschiebung der Peakposition.

Typische Morphologie und Struktur von Au-Nanostäbchen, synthetisiert bei 25 μL 0,1 M AA (AuTR):a Hellfeld-TEM-Bild. b Amplifikations-TEM-Bild eines einzelnen Stabs. c HRTEM-Bild eines einzelnen Stabs im rechteckigen Bereich „1“ aus Panel b . d UV-Vis-Absorptionsspektren von AuTR und AuTR-PEG

Es ist bekannt, dass die kinetische Kontrolle der Monomerkonzentration und der Kristallwachstumsrate die Schlüsselfaktoren sind, um die Partikelgröße sowie die Materialform, die durch das anisotrope Wachstum ausgelöst wird, zu manipulieren [24, 25]. Daher wurden in dieser Arbeit konzentrationsabhängige Experimente durchgeführt, um den Einfluss von AA auf das anisotrope Wachstum von Au-NRs zu untersuchen. Wenn die Verwendung von AA 35 μL (0,1 M) beträgt, beträgt das Seitenverhältnis der synthetisierten AuNRs etwa 8,5 ± 0,6 (Abb. 2a, etwa 50 einzelne AuNRs wurden zufällig für die mathematische Statistik des Seitenverhältnisses ausgewählt). Reduziert man die Dosierung von AA von 35 auf 15 μL, erhöht sich das Aspektverhältnis der AuNRs von 8,5 auf 15,6 (Abb. 2a–d). Im Allgemeinen wird AA oft als Reduktionsmittel verwendet, um hellgelbes Au ³⁺ . zu reduzieren zu Au ⁺ und konnte die Bildung von Au ⁰ . nicht induzieren Nanopartikel [26, 27]. In unserem Experiment variiert jedoch das Aspektverhältnis der synthetisierten AuNRs mit der Konzentration von AA. Es wird vermutet, dass AA nicht nur als Reduktionsmittel wirkt, sondern auch die Rolle des Abdeckmittels spielt, um die Regulierung des anisotropen Wachstums von AuNRs in unserem Experiment zu unterstützen [28,29,30]. Mit der Verringerung der AA-Konzentration im Reaktionssystem wird Au ⁺ Ionen sind gebunden, um ihre Freisetzung zu beschleunigen und das schnelle Wachstum entlang der Längsachse des Au-Nanostäbchens zu induzieren (Abb. 2e). Abbildung 2f zeigt die UV-Vis-Absorptionsspektren aller Proben. Wenn das Aspektverhältnis von 8,5 auf 15,6 ansteigt, verschiebt sich die starke longitudinale SPR-Absorptionsbande der AuNRs rot von ~ 680 auf 1100 nm und deckt einen breiten NIR-Bereich ab (Abb. 2f), was ihr großes Potenzial für biomedizinische Anwendungen anzeigt [31, 32 ].

Morphologie- und Aspektverhältnisstatistik von AuNRs mit verschiedenen AA-Dosierungen:a–d SEM und Histogramm, a Rod1, b Stab2, c Rod3 und d Stange4. e Das Liniendiagramm der AA-Dosierung entsprechend dem Seitenverhältnis. f Die UV-Vis-Absorptionsspektren verschiedener AuNRs

Die photoakustischen In-vitro-Eigenschaften von AuNRs sind in Abb. 3 dargestellt. Die photoakustischen (PA) Amplituden der mit HS-PEG funktionalisierten AuNRs wurden bei einer Reihe von Konzentrationen der optischen Komponenten von 0,25 bis 1,0 nM bestimmt (Abb. 3a). zeigten gute lineare Beziehungen. AuTR bietet eine starke Verbesserung des PA-Signals, das von einem 800-nm-Laser und einem Au-Stab1 bei 680 nm eingestrahlt wird. Wenn die Laserwellenlänge unzureichend angepasst wurde (z. B. AuTR bei 680 nm und Au-Stab1 bei 800 nm), wurde die Intensität des PA-Signals stark abgeschwächt. Abbildung 3b zeigt die PA-Bilder von Glaskapillaren, die mit frischem Ochsenblut gefüllt sind, oder eine Blutbilanz gemischt mit 1 nM AuTR und Au-Stab1. Die Ergebnisse zeigen, dass b3 (AuTR bei 800 nm) und b7 (Au-Stab1 bei 680 nm) eine bessere Abbildungswirkung haben. Anscheinend könnte ein geeignetes Kontrastmittel eine stärkere Absorption bei PAI bewirken, was zu einer höheren Auflösung von PA-Bildern führt. Abbildung 3c, d zeigt die quantitativen Vergleiche der photoakustischen Signale zwischen reinem Blut und Blut, das mit AuTR und Stäbchen gemischt wurde1. Die Ergebnisse zeigen, dass die photoakustische Signalamplitude von mit AuTR gemischtem Blut bei 800 nm 2,3-fach höher ist als bei reinem frischem Ochsenblut und bei 680 nm die Au-Stab1-Gruppe 2,1-fach höher ist. Die großen Verstärkungen erscheinen an den Positionen ihrer longitudinalen Absorptionspeaks. Mit anderen Worten, das Absorptionsverhalten der AuNRs dominiert ihre PAI-Leistung.

Photoakustische In-vitro-Eigenschaften von AuTR und AuNRs:a konzentrationsabhängige photoakustische Signalintensität von AuTR und Au-Stab1, bestrahlt mit einem 800-nm- bzw. 680-nm-Laser, b PAI aus Glaskapillare mit Blutwaage gemischt mit 1 nM AuTR oder Au-Stab1 bestrahlt mit 800- und 680-nm-Laser, c , d der Vergleich der photoakustischen Signalamplitude zwischen reinem Blut und Blutbilanz gemischt mit 1 nM AuTR oder Au-Stab1, bestrahlt mit einem 800- und 680-nm-Laser, e1 –e6 Vergleich der Absorptionsspektren (durchgezogene Linie) von fünf Arten synthetisierter AuNRs und frischem Ochsenblut, das aus photoakustischen Signalen mit mehreren Wellenlängen gewonnen wurde, Amplitude (Datenpunkte)

Die photoakustischen und optischen Spektren von fünf Arten von AuNRs und Blut sind in Abb. 3e1–e6 gezeigt. Die photoakustischen Signalspektren mit mehreren Wellenlängen wurden durch Sammeln von Amplituden photoakustischer Signale bei Lasern mit verschiedenen Wellenlängen (von 680 bis 900 nm) erhalten, wobei 1 nM wässrige Lösung in Glaskapillarröhrchen erfüllt wurde. Die Graphen zeigen eindeutig eine gute Übereinstimmung zwischen den photoakustischen Signalspektren und den optischen Spektren der AuNRs. Diese Ergebnisse zeigen deutlich die Möglichkeit der Anwendung von AuNRs in PAI unter geeigneten Wellenlängenlasern und geben quantitativ den photoakustischen Effekt von AuNRs bei verschiedenen Wellenlängen von 680 bis 900 nm.

Um die Biotoxizität von AuNR bei aktivem Targeting zu untersuchen, wurden Hela-Zellen mit AuTR mit Konzentrationen von 0,25–1,0 nM inkubiert. Der Standard-MTT-Assay wurde durchgeführt, um die Lebensfähigkeit der Zellen zu bestimmen (Abb. 4a). Die Ergebnisse bestätigen, dass die Kombination von AuTR-PEG die größte Zellüberlebensrate (95,3 % bei 1 nM) im Vergleich zu anderen Gruppen innerhalb von 24 h induziert. Es deutet darauf hin, dass AuNR-PEG eine niedrige Zellzytotoxizität und eine gute Biokompatibilität besitzt [33, 34] und möglicherweise ein vielversprechendes photoakustisches Kontrastmittel ist. Obwohl das reine AuTR keine signifikante Toxizität aufwies (die Lebensfähigkeit der Zellen kann 71,2 % bei 1 nM erreichen), trat der Zelltod bei den Konzentrationen von 0,75 und 1,0 nM auf (Abb. 4b), was darauf hindeutet, dass eine niedrige AuTR-Konzentration für die Photoakustik besser geeignet ist Bildgebung, während eine hohe Konzentration den Zelltod induzieren könnte [35, 36]. Daher wurde unter Berücksichtigung sowohl der photoakustisch verstärkten Wirksamkeit als auch der Biotoxizität von AuNRs die Konzentration von 1 nM als geeignete Bedingung für in-vivo-PAI gewählt.

Relative Lebensfähigkeit von Hela-Zellen nach Inkubation mit verschiedenen Konzentrationen von AuTR mit und ohne modifiziertem PEG innerhalb von 24 h:a Histogramm der relativen Zelllebensfähigkeit und b optische Mikroskopiebilder von Hela-Zellen

Die photoakustische Bildgebung ist eine nicht-invasive Bildgebungsmodalität, die im Vergleich zu anderen traditionellen optischen Bildgebungsverfahren eine erhöhte In-vivo-Bildgebungstiefe und räumliche Auflösung bietet [37,38,39,40]. Wir fanden heraus, dass AuNR-PEG mit hoher NIR-Absorption als großartiges Kontrastmittel in der photoakustischen Bildgebung verwendet werden könnte (Abb. 5). Abbildung 5a zeigt das Foto der Gehirnblutgefäße einer Maus, die als In-vivo-PAI-Probe ausgewählt wurde. Abbildung 5b1–b6 zeigt die photoakustischen Bilder von Blutgefäßen des Maushirns für die Probe mit und ohne AuNR-PEG-Additive bei Lasern mit einer Wellenlänge von 800 nm bzw. 680 nm. Die Ergebnisse zeigen, dass in den PA-Bildern der Kontrollgruppe vor der AuNR-PEG-Injektion nur grobe Formen der Haupthirnblutgefäße vorhanden sind (Abb. 5b1, b4) und einige Zweiggefäße im Hintergrund vermischt und schwer zu unterscheiden sind , egal welche Wellenlänge des Lasers verwendet wird. Bei der Kontrastmittelinjektion (AuTR-PEG und Au rod1-PEG) hat sich die Qualität der PA-Bilder stark verbessert und einige verschwundene feine Astgefäße des Gehirns (in der Kontrollgruppe) treten deutlich hervor, insbesondere die Bilder von AuTR-PEG bei 800 nm und Au rod1-PEG bei 680 nm erfasst.

Fotografie und PA-Bilder von Blutgefäßen im Gehirn von Mäusen:a Foto von zerebrovaskulären Mäusen, b PA-Bilderschema der zerebralen Blutgefäße der Maus vor und nach intravenöser Injektion von AuTR oder Au-Stab1, bestrahlt mit einem 800- und 680-nm-Laser

Die photoakustischen Bilder der Abb. 5b1–b6 wurden ebenfalls quantitativ analysiert (Tabelle 1) unter Aspekten des Kontrasts und des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR). Der durchschnittliche Kontrast des gesamten Bildes, das jedem Pixel entspricht, wurde aus zehn Punkten berechnet, die zufällig an der gleichen Position von Blutgefäßen im Gehirn von Mäusen ausgewählt wurden. Der durchschnittliche Kontrast der Kontrollgruppenbilder beträgt 1,113 in Abb. 5b1 und 1,076 in Abb. 5b4. Nach der Injektion von AuNR-PEG wird die Qualität aller Bilder unterschiedlich stark verbessert. In der AuTR/800-nm-Gruppe ist die Aorta deutlich zu beobachten (Abb. 5b2), und der durchschnittliche Kontrast kann bis zu 3,451 erreichen, das 3,1-fache der Kontrollgruppe. Im Parallelvergleich zur Au-Stab1/800-nm-Gruppe (Abb. 5b3) beträgt der durchschnittliche Kontrast nur das 1,514-fache, das 1,36-fache gegenüber der Kontrollgruppe. Wenn sich die Wellenlänge des Lasers jedoch auf 680 nm änderte, beträgt der Kontrast von AuTR nur 1,925, viel niedriger als der von Au-Stab1 (3,692, 3,6-mal gegenüber der Kontrollgruppe). Das SNR der Bilder in der AuTR-Gruppe wurde 5,6-mal bei 800 nm für die Kontrollgruppe optimiert, und die Au rod1-Gruppe wurde ebenfalls 5,7-mal bei 680 nm verbessert. Diese Ergebnisse stimmen im Wesentlichen mit denen in vitro überein, d. h. die großen Verbesserungen der Bildqualität können ihren jeweiligen großen longitudinalen Absorptionspeaks zugeschrieben werden.

Schlussfolgerungen

Mithilfe von Ascorbinsäure wurden Goldnanostäbchen mit einstellbarem Aspektverhältnis von 8.5 bis 15.6 durch eine modifizierte keimvermittelte Synthesemethode synthetisiert. Diese Goldnanostäbchen könnten abstimmbare Absorptionspeaks von 680 bis 1100 nm liefern und damit das erste biologische NIR-Fenster abdecken. Modifiziert mit SH-PEG zeigen die synthetisierten AuNRs eine ausgezeichnete Biokompatibilität und Stabilität, was das große Potenzial ihrer Nahinfrarot-Anwendung als photoakustisches Kontrastmittel ahnen lässt. Beide Experimente in vitro und in vivo bestätigen, dass die synthetisierten AuNRs mit einstellbarem Seitenverhältnis unter geeigneten Wellenlängenlasern einen stärkeren Kontrast und höhere SNR-Werte in PAI bieten könnten. Diese Arbeit bietet eine Möglichkeit, das Kontrastmittel unter jeder Wellenlänge im ersten NIR-Fenster kontrollierbar zu synthetisieren und zur Visualisierung von Krankheiten wie intrazerebraler Blutung und Thrombus zu verwenden.

Abkürzungen

1D:

Eindimensional

AA:

l(+)-Ascorbinsäure

AuNR:

Au-Nanostäbchen

AuTR:

Au typische Nanostäbe

CTAB:

Cetyltrimethylammoniumbromid

DNA:

Desoxyribonukleinsäure

MTT:

Methylthiazolyltetrazolium

NIR:

Nahinfrarot

NRs:

Nanostäbe

OPO:

Optischer parametrischer Oszillator

PA:

Photoakustik

PAI:

Photoakustische Bildgebung

SAED:

Ausgewählte Bereichselektronenbeugung

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

SH-PEG:

Thiol-Polyethylenglycol

SNR:

Signal-Rausch-Verhältnis

SPR:

Oberflächenplasmonenresonanz

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie