Eenvoudige synthese van ligandvrije iridium-nanodeeltjes en hun in vitro biocompatibiliteit

Resultaten

Synthese en karakterisering van iridium nanodeeltjes

In deze synthese vormen we elementaire IrNP's uit iridium (III) chloridezout door reductie met een 10-voudige molaire overmaat boraanmorfoline in water. De reactie is gemakkelijk schaalbaar tot meerdere liters, en deeltjes worden gevormd bij kamertemperatuur onder aerobe omstandigheden. Deze synthetische methode produceert kleine (2-3 nm) uniforme IrNP's (figuur 1a) met een hoge mate van kristalliniteit zoals waargenomen door TEM-beeldvorming met hoge resolutie. Diffractiepatronen verkregen van TEM bevestigen verder de identiteit van de nanokristallen, met een lijnafstand van 0, 22 nm die indicatief is voor het diffractierooster van iridium (figuur 1b). Het röntgendiffractiepatroon komt nauw overeen met dat van elementair iridium (PDF Card No.:9008470, Fig. 1c). Zoals gesynthetiseerd, zijn IrNP's colloïdaal stabiel in water en blijven ze enkele maanden in oplossing gesuspendeerd bij kamertemperatuur (figuur 1d).

een Iridium nanodeeltjes zijn 2-3 nm door TEM-beeldvorming, met b met een sterk kristallijne roosterparameter. c XRD-spectrum komt overeen met elementair iridium en d deeltjes hebben een hydrodynamische grootte van 5 nm in water door DLS

Nanokristallen vormen zich in de loop van 30 minuten, zoals waargenomen door een kleurverandering van de lichtgele iridium(III)-voorloper naar een donkerzwarte nanodeeltjesoplossing (Fig. 2). Bij blootstelling aan een basische omgeving vormen deze IrNP's een voorspeld iridiumoxide, dat blauw lijkt. Zure omstandigheden, zoals incubatie in puur salpeterzuur, lijken de kristalliniteit van de deeltjes of de integriteit van het materiaal niet te beïnvloeden; het veroorzaakt echter wel uitvlokking en neerslag. Bovendien werd in de loop van uren ook aggregatie waargenomen in biologisch relevante oplossingen (fosfaatgebufferde zoutoplossing en weefselkweekmedia), wat suggereert dat verdere oppervlaktemodificatie nodig zal zijn voor toekomstige biomedische toepassingen. Röntgenfoto-elektronspectroscopie-analyse van de IrNP's gespoeld in salpeterzuur en gesuspendeerd in water onthult een overheersend iridium (0) -oppervlak, hoewel piekpassende analyse van gegevens 20% oppervlakte-oxidatie aangeeft (Fig. 3). Geen voorkeurskristallietoriëntatie van deeltjes wordt waargenomen, noch door XRD noch door XPS. Als alternatief resulteerde de introductie van een oppervlakteactieve thiol in de reactieoplossing tijdens het syntheseproces (vóór nucleatie) in remming van de deeltjesvorming.

Iridium(III)chloride lijkt bleekgeel met absorptiepieken bij 324 en 386 nm. IrNP's zijn breedspectrumabsorbeerders en zien er zwart uit. Iridiumoxide (voorspeld), geproduceerd uit geoxideerde IrNP's behandeld in een basische oplossing, lijkt blauwpaars paars met een absorptiepiek bij 584 nm

Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) van IrNP's, een overwegend elementaire iridium-oppervlaktetoestand, met ongeveer 20% oxide-oppervlakteverontreiniging

Iridiumcytotoxiciteit

We evalueerden de in vitro biologische compatibiliteit van de niet-afgetopte IrNP's en vergeleken dit met iridium (III) chloridezout in twee soorten zoogdiercellen. HepG2, een hepatocytcarcinoomcellijn, werd gebruikt om mogelijke toxiciteit voor de lever te evalueren. J774A.1-macrofaagcellen werden gebruikt om de toxiciteit voor het mononucleaire fagocytische systeem te evalueren. Cellen werden gedurende 24 of 48 uur geïncubeerd met IrNP's of iridium (III) chloride (genormaliseerd voor totale concentratie van iridium) en gewassen om extracellulair iridium te verwijderen, en metabole activiteit werd geëvalueerd met behulp van de Alamar Blue-assay (Fig. 4). HepG2-cellen vertonen verhoogde metabolische activiteit in de aanwezigheid van iridium (III) na 24 uur (tot 115% levensvatbaarheid), maar de respons wordt verminderd na 48 uur, waarbij 500 μM iridium (III) de levensvatbaarheid vermindert tot 90%. De HepG2-cellen hadden een verminderde cellulaire levensvatbaarheid, van 94 tot 78% in aanwezigheid van 50 μM IrNP's na 24 en 48 uur. Interessant is dat J774A.1-cellen een toename in metabole activiteit vertonen als reactie op IrNP's bij een concentratie van 50 μM met een levensvatbaarheid van 122% na 24 uur; na 48 uur werd de normale cellulaire functie echter hervat (98% levensvatbaarheid), wat wijst op een voorbijgaande metabole stimulatie als reactie op de nanomaterialen. J774A.1-cellen die gedurende 24 uur zijn geïncubeerd met 500 μM IrNP's vertonen een schijnbaar neutrale metabole respons, maar de afname van de levensvatbaarheid bij deze concentratie na 48 uur suggereert dat dit een gevolg is van toxiciteit en metabolische stimulatie die verschijnt als een neutrale levensvatbaarheidsreactie. Daarnaast evalueerden we de in vitro biocompatibiliteit van IrNP's met bloed door middel van een hemolytische test en ontdekten dat IrNP's geen significante hemolyse induceerden wanneer ze gedurende 1 uur bij 37 ° C met erytrocyten in PBS werden geïncubeerd (aanvullend bestand 1:Afbeelding S1).

Cellulaire levensvatbaarheid van HepG2- en J774A.1-cellen die 24 of 48 uur zijn geïncubeerd met Ir(0)-nanodeeltjes of Ir(III)-zout. *Statistisch significante waarden (p < 0.05) ten opzichte van onbehandelde cellen