Ultrasmall superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles (USIRONs) were synthesized by a novel, easily scalable chemical reduction of colloidal iron hydroxide under hydrothermal conditions. The average crystallite size (5.1 ± 0.5 nm) and good crystallinity of the samples were supported by HR-TEM analysis and the saturation magnetization value (47 emu g–1). Vitamin C, used as a chemical reducing agent, also served as a capping agent in the oxidized form (dehydroascorbic acid, DHAA) to impart nanoparticles with exceptional solubility and stability in water, PBS buffer, and cell culture medium. Detailed physicochemical analysis of the USIRON suspensions provided insight into the magnetic ordering phenomena within the colloid, arising from the formation of uniform clusters displaying a hydrodynamic size of 41 nm. Phantom experiments on the contrast agent (clinical 3 T MRI scanner) revealed an enhanced r2/r1 ratio of 36.4 (r1= 5 s–1 mM–1 and r2= 182 s–1 mM–1) when compared to the clinically approved agents. The potential of the DHAA-Fe3O4 nanoparticles as negative contrast agents for MRI with optimal hydrodynamic size for extended blood circulation times was confirmed by strong contrast observed in T2- and T2*-weighted images. The cell tests performed with primary human immune-competent cells confirmed the excellent biocompatibility of USIRONs.

Synthesis, characterization, and applications of colloidal nanoparticles have been a prominent topic of current research interests within the last two decades. Available reports in the literature that describe the synthesis of colloidal nanoparticles are abundant with various degrees of reproducibility and simplicity. Moreover, different methods for the characterization of colloidal nanoparticle's basic properties are employed, resulting in conflicting results in many cases. Herein, we describe "in detail" selected standard protocols for the synthesis, purification, and characterization of various types of colloidal inorganic nanoparticles including gold nanoparticles, silver nanoparticles, iron oxide nanoparticles, and quantum dots. This report consists of five main parts: The first and the second parts are dedicated to describing the synthesis of various types of hydrophobic and hydrophilic nanoparticles in organic solvents and in aqueous solutions, respectively. The third part describes surface modification of nanoparticles with a focus on ligand exchange reactions, to allow phase transfer of nanoparticles from aqueous to organic solvents and vice versa. The fourth and the fifth parts describe various general purification and characterization techniques used to purify and characterize nanoparticles, respectively. Collectively, this contribution does not aim to cover all available protocols in the literature to prepare inorganic nanoparticles but rather provides detailed synthetic procedures for important inorganic nanocrystals with a full description of their purification and characterization process.

Layer-by-layer (LbL) assembly is a widely used tool for engineering materials and coatings. In this Perspective, dedicated to the memory of ACS Nano associate editor Prof. Dr. Helmuth Möhwald, we discuss the developments and applications that are to come in LbL assembly, focusing on coatings, bulk materials, membranes, nanocomposites, and delivery vehicles.

Abstract Selenium (Se) compounds hold promise as potential therapeutics for cancer due to their diverse biological functions and redox‐regulating properties. In this study, the encapsulation of a hydrophobic selenium compound inside 5 µm sized biodegradable polyelectrolyte capsules consisting of poly‐L‐arginine and dextran is investigated. While the encapsulated form of the compound showed comparable cellular uptake and cytotoxicity as the free drug, e.g. no improved anti‐cancer efficacy is achieved, the investigation yielded crucial insights. Utilizing subcellular resolution synchrotron X‐ray fluorescence imaging (XFI), the intracellular location of the Se compound is successfully visualized by demonstrating the degradation of the capsules and the following redistribution of the compound, without exogenous labeling. By applying a quantitative fitting approach, the intracellular Se mass is determined to be 0.09 ± 0.01 pg after degradation of the carrier. This highlights the potential of XFI as a powerful tool for tracking intracellular dynamics of metal‐based drugs, which may facilitate drug development in the clinic.