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Method Article
Ultrafiltrazione a flusso tangenziale (TFU) è un metodo utilizzato per il ricircolo peso separazione basata su biosamples. TFU è stato adattato alle dimensioni-select (1-20 nm di diametro) e molto concentrato un grande volume di polidispersi nanoparticelle d'argento (4 L di 15,2 ml mg -1 Fino a 4 ml di 8,539.9 ml mcg -1) Con aggregazione minima.
Oggi, AgNPs sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione di prodotti di consumo, disinfettanti acqua 1, 2 terapeutiche, 1, 3 e 4 dispositivi biomedicali causa delle loro proprietà antimicrobiche potenti. 3-6 Queste applicazioni nanoparticelle sono fortemente influenzati dalla dimensione AgNP e stato di aggregazione . Esistono molte sfide nella fabbricazione controllato 7 e basato sulle dimensioni di isolamento 4,8 unfunctionalized, AgNPs omogenee che sono esenti da chimicamente aggressivi incappucciamento / agenti stabilizzanti o solventi organici. 7-13 Limitazioni emergere dalla tossicità dei reagenti, costi elevati o ridotti efficienza dei metodi di sintesi AgNP o isolamento (ad esempio, centrifugazione, dipendente dalle dimensioni solubilità, cromatografia ad esclusione dimensionale, ecc). 10,14-18 Per superare questo, abbiamo recentemente dimostrato che TFU permette un maggiore controllo sulla concentrazione di dimensione, e stato di aggregazione Creighton AgNPs (300ml di 15,3 pg ml -1 fino a 10 ml di 198,7 mg ml -1) rispetto ai metodi convenzionali di isolamento come ultracentrifugazione. 19
TFU è un metodo comunemente utilizzato per il ricircolo del peso basata isolamento di proteine, virus e cellule. 20,21 Brevemente, il campione liquido viene fatto passare attraverso una serie di membrane a fibre cave con dimensione dei pori compresa tra 1000 kD e 10 kD. Piccoli componenti sospesi o disciolti nel campione passa attraverso la membrana porosa con il solvente (filtrato), mentre i componenti più grandi vengono trattenuti (ritentato). TFU può essere considerato un metodo "verde" man mano che il campione né danni, né richiede ulteriore solvente tossico per eliminare i reagenti in eccesso e sottoprodotti. Inoltre, TFU può essere applicato ad una grande varietà di nanoparticelle come entrambi i filtri idrofobe e idrofile sono disponibili.
I due obiettivi principali di questo studio sono stati: 1) per illustraregli aspetti sperimentali dell'approccio TFU attraverso un'esperienza video invitati e 2) per dimostrare la fattibilità del metodo TFU per grandi quantità di nanoparticelle colloidali e quantità inferiori di ritentato. Primi, AgNPs unfuctionalized (4 L, 15,2 pg ml -1) sono stati sintetizzati utilizzando il consolidato metodo Creighton 22,23 dalla riduzione di AgNO 3 con NaBH 4. AgNP polidispersità è stato poi minimizzato attraverso una 3-step TFU utilizzando un 50-nm filtro (460 cm 2) per rimuovere AgNPs e AgNP-aggregati maggiore di 50 nm, seguite da due 100-kD (200 cm 2 e 20 cm 2) filtri per concentrare le AgNPs. I campioni rappresentativi sono stati caratterizzati utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione, spettrofotometria UV-Vis di assorbimento, spettroscopia Raman, e plasma ad accoppiamento induttivo spettroscopia ottica. Il ritenuto finale consisteva in alta concentrazione (4 ml, 8,539.9 mg ml -1) ma umile aggregata e omogeneaAgNPs di 1-20 nm di diametro. Questo corrisponde ad un rendimento argento concentrazione di circa 62%.
1. Sintesi di AgNPs colloidale
Il meccanismo di reazione per il metodo Creighton (leggermente modificato, poco costoso) 22 è descritto in dettaglio nelle informazioni di supporto di riferimento Pavel et.al insieme con l'idrolisi indesiderato laterale reazione di NaBH 4 a temperatura ambiente o superiore. 23
2. Caratterizzazione di AgNPs colloidale
Un Cary 50 UV-VIS-NIR spettrofotometro (Varian Inc.) e di un sistema a 800 LabRamHR Raman (Horiba Jobin Yvon, Inc.) dotato di un Olympus BX41 microscopio confocale Raman, sono stati utilizzati per la caratterizzazione AgNP. Il Cary WinUV software, LabSpec v.5 e Origine 8,0 software sono stati impiegati per la raccolta e analisi dei dati.
Nota: I parametri di acquisizione dovranno essere ottimizzati fomodelli strumentazione r altre.
Determinazione della Surface Plasmon Resonance of AgNPs colloidale tramite spettrofotometria UV-Vis
Test di purezza di AgNPs colloidale tramite spettroscopia Raman
A causa delle limitazioni di tempo il video dimostrativo (10-15 min video) e la limitazione dello spazio del testo protocollo (massimo 3 pagine), questa sezione sperimentale non saranno videoregistrate.
3. Size-selezione e concentrazione di AgNPs colloidale tramite ultrafiltrazione a flusso tangenziale (TFU)
Un KrosFlo II sistema di filtraggio Research (Spectrum Laboratories, Rancho Dominguez, CA) è stato utilizzato per limitare la polidispersione AgNP e concentrare loro (figura 2). Le tre fasi del processo TFU erano: (1) formato-selezione di AgNPs e AgNP-aggregati di 50 nm di diametro e più grandi con un 50-nm MidiKros polisolfone modulo (460 cm 2), 2) selezione dimensione e concentrazione AgNPs di 1-20 nm di diametro con un 100-kD MidiKros filtro (200 cm 2), e (3) la riduzione di volume ulteriormente, utilizzando un 100-kD MicroKros polisolfone filtro (20 cm 2) (Figura 3).
Fase 1
Step 2
Fase 3
4. Quantificazione Importo argento colloidale in AgNPs dal plasma accoppiato induttivamente Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES)
Ogni campione è stato colloidale chimicamente digerito e la quantità di argento è stata quantificata mediante ICP-OES utilizzando un A 710E spettrometro (Varian Inc.). Una curva di calibrazione di regressione lineare per argento (Figura 4) è stato costruito utilizzando otto norme argento (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 mg L -1), che sono stati preparati a partire da un campione d'argento 10.000 pg ml -1 per analisi di metalli in tracce (Ultra Scientific).
5. Distribuzione delle dimensioni di AgNPs colloidale tramite microscopia elettronica a trasmissione (TEM)
A Phillips EM 208S TEM è stato utilizzato per visualizzare le AgNPs colloidali. Microscopio elettronico sono stati catturati con una fotocamera ad alta risoluzione Gatan Bioscan e analizzati nel software ImageJ 24.
6. Risultati rappresentativi
Sintesi e Caratterizzazione di AgNPs colloidale
Quattro litri di AgNPs Creighton colloidali sono stati correttamente sintetizzato utilizzando la configurazione visualizzato in Figura 1A. Il colloide finale aveva un caratteristico colore giallo dorato (Figura 1B). 22, 23 Il UV-Vis spettro di assorbimento del colloide aveva una tipica tagliente, simmetrico picco plasmonica superficiale (SPR) a 394 nm (Figura 1C). Lo spettro Raman dell'originale Creighton colloide e finale 100-kD retentato presentato solo tre modi di vibrazione, e cioè la piegatura (1640 cm -1) e modi di stretching simmetrici e asimmetrici di H 2 O (3245 cm -1 e 3390 cm -1 , rispettivamente) (Figura 1D).
TFU di AgNPs colloidale
La configurazione e il TFU schematica del tre fasi TFU sono rappresentati nelle figure 2 e 3, rispettivamente. Nel passaggio 1, un 50-nm filtro (460 cm 2) è stata utilizzata per size-selezionare e rimuovere AgNPs e AgNP-aggregati di 50-nm di diametro maggiore e dall'originale colloide (circa 100 ml di 50-nm retentato). Questo passo è stato accompagnato anche da una riduzione di volume piccolo da 4 L di originale colloide fino a 3,9 L di 50-nm filtrato. Nessuna interruzione del flusso di controlavaggio o passo è stato utilizzato. La riduzione di volume più grande (cioè, la rimozione di acqua) è stata ottenuta nella fase 2, quando il 50-nm filtrato è stato successivamente passare attraverso un filtro da 100 kD (200 cm 2). La risultante 100-kD ritentato aveva un volume totale di 50 ml. La maggior parte dei sottoprodotti di sintesi e reagenti in eccesso sono stati eliminati in questo passaggio attraverso il solvente acqua (3,850 ml di filtrato 100-kD). Inoltre, la concentrazione AgNP è stato raggiunto dal additione di una fase di filtrazione terzo la procedura precedentemente riportata. 19 Nel passaggio 3, un 100-kD filtro di una superficie più piccola (20 cm 2) ridurre il volume di 100 kD retentato a 4,0 ml. Le misure TEM dimostrerà che questa finale 100-kD retentato consiste principalmente di umili AgNPs aggregati di 1-20 nm di diametro.
ICP-OES e TEM di AgNPs colloidale
Una curva di calibrazione di regressione lineare (Figura 4) per l'argento è stato costruito da otto standard (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 mg L -1). La quantità di argento in ciascuno dei quattro campioni rappresentativi colloidali è stato quindi determinato dalla ICP-OES curva di calibrazione mediante estrapolazione: originale colloide (15,2 ppm, Figura 3A), 50-nm filtrato (14,1 ppm, figura 3B), primo 100 - kD retentato (683,1 ppm, Figura 3C) e finale da 100 kD retentato (8,538.9 ppm, Figura 3D).La resa effettiva di 15,2 ppm è molto vicino alla resa tipica teorica di 15,4 ppm per la reazione Creighton. La concentrazione estrema AgNPs (4 ml di 8,538.9 ppm) si è riflessa da un drastico cambiamento di colore dal giallo dorato per l'originale colloide al marrone scuro per la finale 100-kD ritentato (Figura 3, inserti di immagini flaconcino). La qualità dei filtri è stata trovata essere critica per il processo TFU, in particolare al punto 1. Le concentrazioni finali di ritenuto variava da 3,390.1 9,333.3 ppm ppm a seconda delle condizioni dei filtri (molto utilizzato contro il nuovo di zecca). Se la membrana pori diventano compromessa, AgNPs che hanno diametro inferiore a 50-nm sarà mantenuto e successivamente diminuire la quantità complessiva di AgNPs che vengono raccolti nel filtrato. Ottimizzazione del processo di filtrazione per includere il monitoraggio della pressione e corretta pulizia può aumentare la durata dei filtri.
Micrografie TEM rappresentativi di l'originale Creighton colloide e finale 100-kD retentato (step 3) sono mostrate in Figura 5A e 5C, rispettivamente. Allo stato non conglobati, AgNPs appaiono come aree nere rotonde su uno sfondo grigio chiaro. Circa 800 AgNPs stati identificati nelle micrografie TEM di ciascuno dei due campioni e sono stati analizzati utilizzando il software J immagine. Una particella è definita da un perimetro completo e chiuso. Un valore soglia di area è stato fissato a 1,0 piace 2 in base alla risoluzione delle micrografie TEM. I conteggi AgNP ei dati della zona sono stati poi esportati in Microsoft Excel e il diametro AgNP sono stati estrapolati. Il diametro medio AgNP nell'originale colloide e finale 100-kD retentato sono stati determinati per essere 9,3 nm e 11,1 nm, rispettivamente. Le misure di diametro dei AgNPs sono stati poi esportati in origine 8,0 software e un istogramma dimensioni TEM è stato costruito per ogni campione (Figura 5B e 5D).
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Figura 1. A) Sintesi di configurazione, B) il caratteristico colore, C), UV-Vis spettro di assorbimento, e D) spettro Raman di AgNPs Creighton colloidali.
Figura 2 Configurazione TFU sperimentale per A) punti 1 e 2: i.) Serbatoio contenente AgNPs Creighton colloidali. II) contenitore per la raccolta del filtrato. III) incrocio a Y in tubo. IV) testa della pompa peristaltica. . V) In entrambi i casi di 50 nm o 100-kD Midi Kros filtro B) punto 3: I) serbatoio contenente AgNPs Creighton colloidali. II) contenitore per la raccolta del filtrato. III) 100-kD Micro Kros filtro.
Figura 3 Diagramma di flusso. Raffigurante il processo TFU. I blue-box ombreggiati segnano le sospensioni colloidali di AgNPs raccolti per ulteriori analisi. Vial photographs mostra A) originale colloide lotto, B) 50-nm filtrato raccolto dopo l'elaborazione l'originale colloide attraverso il filtro da 50 nm (460 cm 2), c), primo 100-kD ritentato ottenuto dopo la riduzione del volume utilizzando il 100-kD Midi Kros filtro (200 cm 2), e D) retentato finale 100-kD risultante dalla riduzione di volume utilizzando il 100-kD Micro Kros filtro (20 cm 2). Il 100-kD filtrato sembra come l'acqua.
Figura 4 ICP-OES calibrazione lineare costruita utilizzando otto standard: argento. 0, 3, 7, 10, 15, 25, 50 e 100 mg L -1.
Micrografie TEM Figura 5. Di A) originale Creighton AgNPs e C) finale 100-kD retentato (barra della scala è100 nm). Istogrammi dimensioni TEM costruito analizzando circa 800 AgNPs per B) originali AgNPs Creighton, e D) ritentato finale 100-kD. L'inserto in figura 5B mostra l'estesa gamma di dimensioni 41-75 nm a fini di confronto. Clicca qui per ingrandire la figura .
UV-Vis spettrofotometria di assorbimento e la Spettroscopia Raman di AgNPs colloidale
E 'noto che il numero di picchi di risonanza plasmonica di superficie nello spettro di assorbimento di un colloide diminuisce la simmetria degli aumenti AgNPs. Inoltre, AgNP aggregazione porta alla comparsa dei picchi più ampi o rosso-spostato. 25,26 La presenza di un unico tagliente e simmetrica SPR picco a 394 nm è indicativo di piccole AgNPs sferiche di aggregazione moderata e distribuzione...
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
I finanziamenti della National Science Foundation attraverso il NUE in Ingegneria e Programmi LEADER Consorzio è riconosciuto con gratitudine.
Di nitrato d'argento (AgNO 3) | Acros Organics Inc. | CAS: 7761-88-8 | |
Sodio boroidruro (NaBH4) | Acros Organics Inc. | CAS: 16940-66-2 | |
L'acido nitrico (HNO 3, Optima) | Fisher Scientific Inc. | A467-1 | Trace grado, metallo per l'analisi ICP |
10.000 mg ml -1 argento standard, EnviroConcentrate | Ultra Scientific | US-IAA-047 | |
KrosFlo ricerca II i tangenziale sistema di filtrazione di flusso | Spectrum Laboratories Inc. | SYR2-U20-01N | |
0,05 micron PS (0,5 mm) 460 cm 2 | Spectrum Laboratories Inc. | X30S-900-02N | |
Midi 100 kD PS 200 cm 2 | Spectrum Laboratories Inc. | X3-100S-901-02N | |
Micro100 kD PS 20 cm 2 | Spectrum Laboratories Inc. | X1AB-300-10N | |
Masterflex C-Flex tubi L / S Dimensioni 17 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-17 | |
Masterflex C-Flex tubi L / S Dimensioni 14 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-14 | |
Cary 50 UV-VIS-NIR spettrofotometro | Varian Inc. | ||
LabRam HR 800 Sistema | Horiba Jobin Yvon Inc. | ||
710ES Varian ICP-OES | Varian Inc. |
Tabella 1. Reagenti e attrezzature specifiche.
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