A particularly suitable strategy to

A particularly suitable strategy to gain a better understanding of NP properties in aqueous and biological environments is to employ atomic-scale computer simulations to characterize the properties of the commonly used nanomaterials. In this spirit, not only the novelty of the topic but also the importance of revealing the details of interactions at the cellular level makes studies of monolayer-protected AuNPs interesting. Recently, a few molecular dynamics (MD) simulations have been performed for related systems: The properties of monolayer-protected AuNPs in water have been studied by 1 ns MD simulations,(29) and the interface between AuNP and polymers has been simulated in order to achieve all-atom models for AuNP–polymer nanocomposites (polymeric memory devices).(41) AuNP penetration in lipid bilayers has been simulated with coarse-grained (CG) MD by enforcing AuNP intrusion via external potentials, and considerable disruptions of cell membranes have been reported, including a large hole of ∼5.5 nm diameter with a positively charged AuNP.(28, 31) Furthermore, while the knowledge of the effects of AuNPs on lipid membranes is rather limited, quite a lot of potentially useful insight is available from recent MD simulations of lipid membranes interacting with carbon NPs.(42)
In this work, we have performed a series of MD simulations for monolayer-protected AuNPs in aqueous solution with functionalized (charged) alkanethiol side groups [Au144(SR)60, where R = C11H22 + amine/carboxylate terminal group] to study their structural and dynamical properties, and the interaction with solvent (water, counterions). Both the cationic and anionic AuNPs were simulated over an extensive period of 200 ns, allowing us to compare the two cases on equal footing and without considerable concerns of sufficient sampling. The nanoparticle composition corresponds to one of the most ubiquitous synthesized AuNP sizes (29 kDa, core diameter ∼2 nm), matching also its mass-spectrometrical analysis for Au144(SR)60.(43-46) Also, the AuNP structure incorporates the common structural details reported for several cluster sizes in this size regime (d ≤ 2 nm).(3, 47-50) The structural model of Au144(SR)60 is based on the recent theoretical model by Lopez-Acevedo et al.(51) which was shown to be in very good agreement with the experimental X-ray powder diffraction measurements,(52) and the AuNP electronic structure is consistent with the chemical voltammetry measurements and optical properties.(43, 53, 54)
We discuss several aspects of electrostatics in systems comprised of charged nanoparticles and ions in aqueous environments. We consider the ordering and dynamics of ions and water around AuNPs, and the range of water-mediated interactions between AuNPs and other objects. We also discuss ions’ distributions in terms of the Debye–Hückel description and use this treatment for consideration of nanoparticle coagulation in terms of the zeta potential. Overall, our results emphasize the importance of electrostatics and the interface between AuNP and solvent as decisive factors in determining the properties of nanoparticle complexes in aqueous environments. In this spirit, the present work provides a basis for further investigations of the Au144(SR)60 nanoparticles in biologically relevant interface systems such as lipid membranes

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

กลยุทธ์ที่เหมาะสมโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จะได้รับความเข้าใจที่ดีของคุณสมบัติ NP ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำและชีวภาพคือการจ้างคอมพิวเตอร์อะตอมขนาดจำลองลักษณะคุณสมบัติของวัสดุนาโนที่ใช้กันทั่วไป ในจิตวิญญาณนี้ไม่เพียง แต่ความแปลกใหม่ของหัวข้อ แต่ยังความสำคัญของการเปิดเผยรายละเอียดของการมีปฏิสัมพันธ์ในระดับเซลล์ทำให้การศึกษาของ AuNPs monolayer การป้องกันที่น่าสนใจ เมื่อเร็ว ๆ นี้การเปลี่ยนแปลงโมเลกุลไม่กี่ (MD) จำลองได้รับการดำเนินการสำหรับระบบที่เกี่ยวข้อง: คุณสมบัติของ AuNPs monolayer การป้องกันในน้ำได้รับการศึกษาที่ 1 ns การ MD จำลอง (29) และเชื่อมต่อระหว่าง AuNP และโพลิเมอร์ที่ได้รับการจำลองในการสั่งซื้อ เพื่อให้บรรลุทุกรุ่นอะตอมสำหรับ nanocomposites AuNP โพลิเมอร์ (อุปกรณ์หน่วยความจำพอลิเมอ). (41) เจาะ AuNP ใน bilayers ไขมันได้รับการจำลองที่มีเนื้อหยาบ (CG) MD โดยการบังคับใช้การบุกรุก AuNP ผ่านศักยภาพภายนอกและการหยุดชะงักมากของเยื่อหุ้มเซลล์ ได้รับรายงานรวมทั้งหลุมขนาดใหญ่เส้นผ่าศูนย์กลาง ~5.5 นาโนเมตรที่มีประจุบวก AuNP. (28, 31) นอกจากนี้ในขณะที่ความรู้เกี่ยวกับผลกระทบของการ AuNPs เยื่อไขมันค่อนข้าง จำกัด ค่อนข้างมากของความเข้าใจที่อาจเป็นประโยชน์สามารถใช้ได้ จากการจำลอง MD ล่าสุดของเยื่อไขมันมีปฏิสัมพันธ์กับ NPS คาร์บอน. (42)
ในงานนี้เราได้ดำเนินการชุดของการจำลอง MD สำหรับ AuNPs monolayer การป้องกันในการแก้ปัญหาน้ำที่มีฟังก์ชัน (คิดค่าบริการ) alkanethiol กลุ่มด้าน [Au144 (อาร์) 60, ที่ R = C11H22 + amine / กลุ่มขั้ว carboxylate] เพื่อศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างและพลังของพวกเขาและการมีปฏิสัมพันธ์กับตัวทำละลาย (น้ำ counterions) ทั้งประจุบวกและประจุลบ AuNPs ถูกจำลองในช่วงที่กว้างขวางของ 200 ns การช่วยให้เราสามารถเปรียบเทียบทั้งสองกรณีที่เท่าเทียมและไม่ต้องกังวลมากของการสุ่มตัวอย่างที่เพียงพอ องค์ประกอบของอนุภาคนาโนสอดคล้องกับหนึ่งในการสังเคราะห์แพร่หลายมากที่สุดขนาด AuNP (29 กิโลดาลตันเส้นผ่าศูนย์กลางแกน ~2 นาโนเมตร) การจับคู่การวิเคราะห์มวล spectrometrical สำหรับ Au144 (อาร์) 60 (43-46) นอกจากนี้โครงสร้าง AuNP ประกอบด้วย รายละเอียดโครงสร้างที่พบบ่อยรายงานขนาดของกลุ่มต่าง ๆ ในระบอบการปกครองขนาดนี้ (d ≤ 2 นาโนเมตร). (3, 47-50) รูปแบบโครงสร้างของ Au144 (อาร์) 60 จะขึ้นอยู่กับรูปแบบทางทฤษฎีที่ผ่านมาโดยโลเปซ Acevedo-et al. ( 51) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอยู่ในข้อตกลงที่ดีกับการทดลอง X-ray วัดเลนส์ผง (52) และโครงสร้าง AuNP อิเล็กทรอนิกส์มีความสอดคล้องกับการวัดศักย์ทางเคมีและคุณสมบัติทางแสง. (43, 53, 54)
เราหารือหลาย แง่มุมของไฟฟ้าสถิตในระบบประกอบด้วยอนุภาคนาโนเรียกเก็บและไอออนในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ เราพิจารณาการสั่งซื้อและการเปลี่ยนแปลงของไอออนและน้ำรอบ AuNPs และช่วงของการมีปฏิสัมพันธ์น้ำไกล่เกลี่ยระหว่าง AuNPs และวัตถุอื่น ๆ นอกจากนี้เรายังหารือเกี่ยวกับการกระจายไอออน 'ในแง่ของคำอธิบายเดอบาย-Hückelและใช้การรักษานี้เพื่อประกอบการพิจารณาของการแข็งตัวของอนุภาคนาโนในแง่ของศักยภาพซีตา โดยรวม, ผลของเราเน้นความสำคัญของไฟฟ้าสถิตและเชื่อมต่อระหว่าง AuNP และปัจจัยชี้ขาดเป็นตัวทำละลายในการกำหนดคุณสมบัติของอนุภาคนาโนคอมเพล็กซ์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ในจิตวิญญาณนี้การทำงานในปัจจุบันให้พื้นฐานสำหรับการตรวจสอบต่อไปของ Au144 (อาร์) 60 นาโนในระบบอินเตอร์เฟซที่เกี่ยวข้องทางชีวภาพเช่นเยื่อไขมัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

a กลยุทธ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะที่จะได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นของสภาพแวดล้อมทางชีวภาพและคุณสมบัติของน้ำคือ การใช้คอมพิวเตอร์จำลองขนาดของอะตอมในลักษณะคุณสมบัติของที่ใช้กันทั่วไป nanomaterials . ในจิตวิญญาณนี้ไม่เพียง แต่ความแปลกใหม่ของหัวข้อ แต่ยัง ความสำคัญของการเปิดเผยรายละเอียดของการปฏิสัมพันธ์ในระดับเซลล์ ทำให้การศึกษาของการป้องกัน aunps อย่างน่าสนใจ เมื่อเร็ว ๆนี้ , พลศาสตร์โมเลกุลน้อย ( MD ) ได้ทำการจำลองระบบที่เกี่ยวข้อง : คุณสมบัติของการป้องกัน aunps อย่างในน้ำได้ถูกศึกษาโดย 1 NS MD จำลอง ,( 29 ) และเชื่อมต่อระหว่าง aunp และพอลิเมอร์ได้รับการเพื่อให้บรรลุทุกอะตอมรูปแบบ aunp –พอลิเมอร์นาโนคอมโพสิต ( อุปกรณ์หน่วยความจำพอลิเมอร์ ) ( 41 ) aunp การเจาะในไขมันสองชั้นได้จำลองกับที่มีเนื้อหยาบ ( CG ) MD มี aunp การบุกรุกผ่านทางภายนอก และการหยุดชะงักของเยื่อหุ้มเซลล์มีมาก รายงานรวมทั้งหลุมขนาดใหญ่ของ∼ 5.5 nm เส้นผ่าศูนย์กลางที่มีประจุบวก aunp ( 28 , 31 ) นอกจากนี้ เมื่อรู้ผลของ aunps บนเยื่อไขมันค่อนข้างจำกัด ค่อนข้างมากของข้อมูลเชิงลึกที่อาจเป็นประโยชน์สามารถใช้ได้จากล่าสุด MD การจำลองการโต้ตอบกับไขมันหุ้มเชื้อเพลิงคาร์บอน ( 42 )
ในงาน นี้เราได้ดำเนินการชุดของแบบจำลอง MD เพื่อป้องกัน aunps อย่างที่มีในสารละลายด้วย ( คิดค่าบริการ ) alkanethiol ด้านกลุ่ม [ au144 ( SR ) 60 , ที่ R = c11h22 เอมีน / คาร์บอกซิเลต Terminal ) ศึกษาโครงสร้างของกลุ่มและคุณสมบัติเชิงพลวัตและปฏิสัมพันธ์กับตัวทำละลาย ( น้ำ counterions )ทั้งชนิดประจุบวกและประจุลบ aunps จำลองมีช่วงกว้างขวางของ NS 200 ให้เราเปรียบเทียบทั้งสองกรณีเท่าเทียมกันและไม่มีความกังวลมากเพียงพอ การสุ่มตัวอย่าง สำหรับองค์ประกอบที่สอดคล้องกับหนึ่งในที่แพร่หลายมากที่สุด aunp สังเคราะห์ ( 29 ) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง∼ Core 2 nm ) , การจับคู่ก็ของมวล spectrometrical การวิเคราะห์ au144 ( SR ) 60( 43-46 ) นอกจากนี้ aunp ประกอบด้วยโครงสร้างทั่วไปโครงสร้างรายละเอียดรายงานหลายกลุ่ม ขนาดนี้ ขนาดในการปกครอง ( D ≤ 2 nm ) ( 3 , 47-50 ) โครงสร้างของ au144 ( SR ) 60 โดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎีล่าสุดโดยโลเปซ acevedo et al . ( 51 ) ซึ่งแสดงเป็น ดีข้อตกลงกับการทดลองการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ผงวัดระยะ( 52 ) และ aunp อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างสอดคล้องกับการวัดแสงยูวีและคุณสมบัติทางแสง ( 43 , 53 , 54 )
เราคุยกันหลายแง่มุมของไฟฟ้าสถิตในระบบประกอบด้วยอนุภาคประจุไอออนในสารละลายและสภาพแวดล้อม . เราพิจารณาการสั่งซื้อและพลวัตของไอออน และ aunps น้ำรอบ ,