Sferische goud-kokkel-schelp calciumcarbonaat nanodeeltjes: fabricatie, karakterisatie en cytotoxiciteit voor biomedisch gebruik

Samenvatting

We rapporteren een eenvoudige, milieuvriendelijke synthese van sferische goud-geconjugeerde kokkel-schelp-afgeleide calciumcarbonaat nanodeeltjes (Au-CSCaCO₃NPs) en beoordelen hun fysicochemische eigenschappen en biocompatibiliteit. Goudnanodeeltjes werden geproduceerd door citraatreductie en gekoppeld met aragoniet CaCO₃ geëxtraheerd uit Anadara granosa schelpen via een dodecyl dimethyl betaine-gemedieerde neerslag. De resulterende hybride deeltjes zijn 35 ± 16 nm in diameter, bezitten een negatieve oppervlaktelading (−16,4 mV) en vertonen een karakteristieke LSPR-piek bij 530 nm. Cytotoxiciteitstoetsen op MCF-7 en NIH-3T3 cellen onthulden >70 % inhibitie van kankercellen bij 100 µg mL⁻¹ terwijl fibroblasten gespaard bleven, wat selectieve biocompatibiliteit aangeeft. Deze bevindingen suggereren Au-CSCaCO₃NPs als een veelbelovend platform voor gerichte medicijnafgifte en imaging.

Achtergrond

Monodisperse nanodeeltjes zijn cruciaal voor geavanceerde biomedische toepassingen zoals medicijnafgifte, imaging en biosensing. Goudnanodeeltjes (AuNPs) bieden afstemmbare optische eigenschappen, terwijl biogeen calciumcarbonaat, met name het aragoniet-polymorf van kokkelschelpen, uitstekende biocompatibiliteit en hoog oppervlak biedt. Conventionele synthese van CaCO₃ levert vaak niet-biogeen calciet/vateriet mengsels op, ongeschikt voor klinisch gebruik. Onze benadering combineert een schaalbare, kosteneffectieve goudreductieprotocol met een dodecyl dimethyl betaine-gemedieerde neerslag van kokkel-schelp CaCO₃, wat resulteert in een hybride nanomateriaal dat de voordelige eigenschappen van beide componenten behoudt.

Methoden

Materialen

Goud(III)chloride trihydraat, natriumcitraat, dodecyl dimethyl betaine (BS-12), indocyaan groen (ICG) en standaard celkweekreagentia werden van commerciële leveranciers aangeschaft. Verse kokkelschelpen werden lokaal bemachtigd, gewassen, gedroogd, gemalen tot <90 µm poeder en direct gebruikt voor CaCO₃ synthese.

Synthese van AuNPs

Goud(III)chloride (0,1 % g/v) werd gereduceerd met 1 % natriumcitraat bij 100 °C gedurende 15 min, wat een felrode colloid opleverde. De reactie volgt: 2 HAuCl₄ + 3 C₆H₈O₇ → 2 Au + 3 C₃H₆O₅ + 8 HCl + 3 CO₂.

Bereiding van Kokkel-schelp CaCO₃ Nanodeeltjes (CSCaCO₃NPs)

2 g schelppoeder werd gedispergeerd in 50 mL gedioniseerd water met 0,5 mL BS-12, geroerd bij 1000 toer/min, 50 °C gedurende 135 min. Het neerslag werd gefiltreerd, gewassen, gedroogd en 5 dagen gemalen bij 200 toer/min om monodisperse sferische CaCO₃ deeltjes te verkrijgen.

Conjugatie tot Au-CSCaCO₃NPs

0,2 g CSCaCO₃NPs en 5 mg ICG werden gemengd met 20 mL AuNP-colloid (pH 7). De suspensie werd gesonicatieerd (20 min) en geroerd (200 toer/min) gedurende 3 dagen, daarna ultracentrifugatie bij 10.000 toer/min om het conjuugaat te herwinnen, dat gewassen en gedroogd werd.

Karakterisatie

• Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM): 19–51 nm sferische deeltjes, gemiddelde 35 ± 16 nm.
• Veldemissie SEM & EDX: morfologie, elementaire samenstelling (C 65 %, O 13,5 %, Ca 0,02 %, Cu 17,6 %, Au 3,9 %).
• Fourier-Transform IR: pieken bij 1455, 1059, 854, 706 cm⁻¹ wijzend op carboxylaat en aragoniet handtekeningen.
• UV-Vis: LSPR-piek bij 530 nm.
• Zeta-potentiaal: −16,4 ± 3,8 mV, PdI < 0,5.

Celkweek & Cytotoxiciteit

MCF-7 (borstadenocarcinoom) en NIH-3T3 (muisfibroblast) cellen werden gekweekt in DMEM met 10 % FBS. Cellen werden gezaaid in 96-putplaten (5 × 10³ cellen/put) en blootgesteld aan Au-CSCaCO₃NPs (25–100 µg mL⁻¹) gedurende 24, 48 en 72 u. Cellevensvatbaarheid werd gemeten met MTT-toets (570 nm).

Resultaten en discussie

Fysicochemische eigenschappen

De hybride nanodeeltjes zijn uniform sferisch, met een smalle grootteverdeling en sterke negatieve oppervlaktelading, wat goede colloïdale stabiliteit aangeeft. De LSPR-piekverschuiving bevestigt succesvolle goudconjugatie.

Cytotoxiciteit

Au-CSCaCO₃NPs remden >70 % proliferatie van MCF-7 cellen bij 100 µg mL⁻¹ terwijl NIH-3T3 levensvatbaarheid slechts met ~40 % werd verminderd. IC₅₀ waarden waren 25–50 µg mL⁻¹ voor kankercellen en >80 µg mL⁻¹ voor fibroblasten, wat selectieve cytotoxiciteit aantoont.

Conclusies

We hebben een schaalbare, milieuvriendelijke route vastgelegd om sferische goud-geconjugeerde kokkel-schelp CaCO₃ nanodeeltjes te produceren met gecontroleerde grootte, uitstekende stabiliteit en selectieve antikankeractiviteit. Deze hybriden zijn veelbelovende kandidaten voor gerichte medicijnafgifte, imaging en theranostische toepassingen.