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요약

여기, 우리 현재 나노 재료의 분산에 대 한 단계별 프로토콜 수성 매체에서 최적의 쥡니다 조건, 강도, 및 향상 된 안정성과 나노 입자의 균일성에 대 한 기간 식별 하 실시간 묘사와 샘플 무결성을 영향을 주지 않고 분산입니다.

초록

쥡니다 과정 일반적으로 응집 제 및 수성 기반된 미디어, 균질 성 및 현 탁 액의 안정성을 개선 하는 데 필요한 나노 소재 분산에 사용 됩니다. 이 연구에서는 체계적인 단계별 접근 안정적인 분산을 달성 하기 위하여 최적의 쥡니다 조건을 식별 하기 위해 수행 됩니다. 이 접근은 채택 하 고 여러 가지 나노 재료 (세 륨 산화물, 산화 아연, 탄소 나노튜브) 이온된 (DI) 수에 분산에 적합 하도록 표시. 그러나, 접한 유형 또는 분산 매체에 어떤 변화를, 필요 과정에서 기본 프로토콜의 최적화 능력과 sonicator 입력 조정 쥡니다 시간 등 다양 한 요인으로 온도 상승 하 여 수 합니다. 접근 방식을 자세히 분산 프로세스를 기록합니다. 이것은 시간 점 뿐만 아니라 다른 위에서 언급 한 조건에 따라서 표면 특성에 영향을 미치는 입자 표면에 손상 등의 바람직하지 않은 변경 있을 수 있습니다 쥡니다 과정 식별 해야 합니다. 우리의 목표는 마지막, 생산 분산의 품질을 제어할 수 있는 통합된 접근 방식을 제공 하는. 이러한 지침 nanoscience 커뮤니티 nanotoxicology의 분야에서 특히 분산 품질 재현성 보장 수단 이다.

서문

쥡니다 생성, 성장를 포함 하 고 액체 강도 높은 초음파1방사선 때문에 ("핫스팟" 라고도 함) 거품의 붕괴 현상, 생성의 과정 이다. 실험실 환경에서 쥡니다 메서드는 sonicator를 사용 하 여 밖으로 수행 됩니다. 드로 개별 (또는 기본) 입자는 액체 매체에 분산 입자를 응집의 일반적인 기능을가지고 모든 다른 sonicators을 확인 하 고 있습니다. 적용 하 여 쥡니다, 샘플 동질성 향상 시킬 수, 잠재적으로 훨씬 더 좁은 입자 크기 분포를 달성. 분산 과정에서 고려해 야 할 중요 한 측면의 최종 분산 안정성입니다. 여기, 현 탁 액의 안정성 이란 입자 정착 하지 않는 또는 그들의 분산된 상태 및 측정 5 반복된 측정 하는 동안 사이 10% 이상 변화 하지 평균 유체역학 직경에서 아래로 침전 시간 (약 10 분)2,3. 분산 안정성을 측정 하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 이 입자의 전기 이동 기동성의 측정을 통해 잠재적인 제타 (ZP)의 평가 포함 한다. 또 다른 UV 스펙트럼 범위4에서 나노 입자의 특성 흡수를 측정 하는.

Nanotoxicology의 분야, 분산 품질을 제어할 수 있는 능력은 매우 중요 한 분산 단계 결정 키 물리 화학적 특성, 입자 크기/분포, 모양, 집계/덩어리, 표면으로 충전, 등 이 차례 것입니다 궁극적으로 영향을 테스트 미디어와 입자의 상호 작용 및 다양 한 생체 외에서 그리고 vivo에서 실험의 결과 nanomaterials의 잠재적인 위험을 추정 하기 위하여.

쥡니다 프로브 타입 (직접) 또는 초음파 목욕의 사용 하 여 일반적으로 수행 됩니다 또는 유리병 트위터 (간접 쥡니다)와 초음파 프로브. 모든 유형의 쥡니다 강렬의 범위에서 사용할 수 있는 전원 설정, 때로는 다른 유형의 sonotrode 특정 프로세스 또는 요구 사항에 대 한 적응을 출력 하 고 액체 볼륨 2에서 250 mL에 이르기까지 적합. 비록 프로브 ultrasonication은 지역화 된 강도 높은5인 목욕 쥡니다 보다 더 수행, 목욕 쥡니다가 끝났습니다 종종 선호 조사 형 독물학 테스트 정지의 준비에 대 한 가능한 때문에 팁, 티타늄 프로브의 침식을 통해 오염 위험 장기간된 사용 및 프로브 침수 깊이 불일치 후 팁. 마찬가지로, 유리병 트위터를 장착 한 초음파 조사 직접 프로브 장비의 작업 편의성 뿐만 아니라 위에서 언급 한 오염 위험 때문에 유리 하다. 여러 병 동시에과 같은 강도에서 sonicated 됩니다. 이 시간을 절약할 뿐만 아니라 그 모든 샘플 취급 보장 동등 하 게, 더 안정적이 고 비교 샘플 중 결과 게. 나노 재료의 안전 연구에서 오염 항상 피 한다. 그러나, 프로브 sonicator이 요구이 사항에 맞지 않는 및 테스트 되지 않았습니다. 프로브 sonicators 팁 침식으로 인해 샘플 오염 등 어떤 피할 수 없는 부작용을 일으키는 것으로 알려져 있습니다 뿐만 아니라 에너지 출력의 분산 조건 변경에 지도, 따라서 데이터 재현성6, 손상 감소 7 , 8. 또한, 샘플 일반적으로 액체 손실 증발 때문에 선도 발견된 컨테이너에서 실행 뿐만 아니라 증 착을 먼지. 이러한 의도 하지 않은 변경을 방지 하기 위해 최근 연구 대체 간접 sonicators를 정지 순도 보증6뿐만 아니라 그들의 효과적인 에너지 전달에 따라 것이 좋습니다.

비 최적화 쥡니다 결과에 부정적인 영향을 가질 수 있습니다. 잠재적으로, 그것은 크기, 분포, 형태, 표면 충전2,9등 나노 재료의 주요 물리적, 화학적 속성을 변경할 수 있습니다. 이전 문학 쥡니다 프로세스와 나노-티 오25,,1011, ZnO 나노6, 나노 구리12 등 매개 변수 입자에 미치는 영향을 제어 하는 같은 실패를 보고 했습니다. . 또한, 과거 연구 쥡니다 과정 뿐만 아니라 입자 특성을 변경 하지만 또한 지배 하는 독물학 테스트12,13의 결과 나타났습니다.

분산 프로세스 제어를 위해, 그것은 모니터링 sonicator 유형, 기기 전원 및 기간, 볼륨, 등, 분산 품질에 영향을 미칠 수 같은 다른 요소를 이해 하는 것이 중요. 따라서, 쥡니다 프로세스의 다른 시간 지점에서 분산 입자의 주요 물리 화학적 특성을 분석 하는 체계적인 절차를 가질 필요가 있다. 이러한 고려 사항 몇 가지 연구자에 의해 계정 이동 되었습니다, 하지만이 지역에서 제한 됩니다. 비하르 외 다양 한 분산 안정제14와 다른 초음파 에너지를 사용 하 여 만든 다른 접한 분산의 분산 안정성을 공부 했다. Hartmannn 그 외 여러분 에 의해 최근 검토 접한 분산 품질 예에 영향을 미치는 다른 요인 이해을 작업 한 적 있지만 sonicator 유형의 사용, 쥡니다 시간, 등등, 거기는 여전히 강조 잘 정의 되 고 보편적으로 허용 쥡니다 절차는 현재 nanotoxicological 테스트 및 조사7,15를 지원합니다.

여러 분석 특성화 기법 분산 품질을 모니터링 하는 데 사용 됩니다. 이의 사용을 포함: 동적 빛 산란 (DL), 디스크 원심 분리, 전기 이동 빛 산란 (ELS), 자외선 (UV-vi) 보이는 분광학, 및 전송 전자 현미경 (TEM), 입자 크기 및 크기 분포 측정, zeta 잠재력, 분산 안정성, 및 형태학 특성, 각각. DLS 자주 입자와 접한 분산의 증가할수록 인덱스 (PdI) 유체역학 직경 (Z 평균)를 결정 하는 데 사용 됩니다. DL에 의해 복합 크기 분포, 경우 Z-평균 얻은 강도 가중치 크기 분포 강도와 동의 하지 않을 수 있습니다. 따라서, 강도 가중치 크기 분포의 평균 인용 수 있습니다. PdI 반영까지 규모와 크기 분포의 로케이션에서 0-1, 0이 monodispersed 샘플 및 1 높은 polydisperse 샘플16. 디스크 원심 액체 매체에서 원심 침전을 사용 하 여 입자 크기 분포를 결정 하는 데 사용 하는 구분 기술입니다. 광학 명확 하 고 회전 하는 디스크와 디스크의 가장자리를 도달할 때 입자에 의해 뿌려 진 빛의 금액 내에서 입자 앙금 기록 이며 입자 크기 분포 스토크스의 법칙을 사용 하 여 변환. 멀티 모달 입자 분포를 해결 하려면 디스크 원심 분리기와 같은 기술 들은 악기 통합 분리 메커니즘 요소를 더 적당 하다. 제타 잠재적인 (ζ-잠재적인) 입자의 그들의 전단 또는 전기 더블 레이어에서 일반 점성 행동을 보여주는 (대량) 액체를 분리 하는 추상적인 경계는 미 끄 러 짐을 비행기에 전기 잠재력으로 정의 되는 선미 레이어, 레이어를 주로 카운터 이온의 구성 입자와 함께 이동 하는 것으로 간주. 제타 전위는 입자와 입자 사이 정전기 상호 (즉, 반발/매력) 따라서 표면 충전 직접 관련이 있습니다. 이 매개 변수는 따라서 접한 분산 안정성의 기본 표시기 간주 됩니다. 규칙에 따라, zeta 잠재력-25 아래 값 mV 25 이상 mV 안정적인17,18간주 됩니다. 유형과 해결책 pH, 이온의 농도 제타 잠재적인19에 강하게 영향을 미칩니다. ELS는 분산 입자의 전기 이동 기동성을 측정 하는데 사용 되 고이 이동성 제타 헨리 방정식과 Smoluchowski 또는 Hückel 모델을 통해 잠재적인 변환 됩니다. UV-vis 분광학은 흡수 이며 특정 파장에서 견본에 의해 뿌려 진 빛을 계량 하는 기술입니다. 종종 UV 지역에서 나노 재료의 특성 흡수를 측정 하 여 분산 안정성을 모니터링 하는 데 사용 됩니다. 마지막으로, 가장 자주 사용 한다 시각화 하 고 분석 하는 크기, 크기 분포, 덩어리, 및 나노 입자5,14,,1520의 모양.

선물이 초음파 목욕 및 유리병 트위터를 장착 한 초음파 프로브를 사용 하 여 만든 6 개의 다른 접한 분산의 비교 연구. 비슷한 프로브, 초음파 탕에 대 한 실험 설정을 유추 될 수 있도록 입자 농도, 온도, sonicator 유형, 및 연구에 사용 되는 설정, 프로토콜에 지정 됩니다. 다음과 같은 나노 재료 사용: 실버 (Ag), 세 륨 산화물 (CeO2), 산화 아연 (ZnO, NM110-hydrophylic와 NM111 소수), 및 (A32 및 A106, 재료의 표참조) 탄소 나노튜브 등 탄소 기반 나노.

쥡니다 과정을 따라 다른 시간 지점에서 분산 품질의 평가 사용 하 여 만든 다양 한 특성화 기법, 즉 입자 크기/크기 분포, 크기 분포에 대 한 디스크 원심 분리에 대 한 DL ELS zeta 잠재력에 대 한 입자 모양 및 동질성에 대 한 안정성, 그리고 가장에 대 한 UV vis 분광학 다양 한 다른 나노 탄소 기반 금속 산화물에서까지 계산 됩니다. 비교를 위해 상업 수성 현 탁 액은 나노 (Ag NPs)의 시트르산 상한와 안정 관련 상용 정지의 예상된 장기 안정성을 추론할 병렬로 사용 됩니다. 물론,이 Ag NPs 모델은 직접적인 관련이 없는 분산 절차 하지만 다시 sonicate 또는 다시 덩어리 같은 변경 중에 발생에 바인딩된는 스토리지의 몇 시간 후 정지를 다시 안정 필요성을 나타내는 역할을 전적으로 스토리지입니다. 정지는 두 달 동안 냉장고에 보관 됩니다. 이 기간 동안 분산 입자의 잠재적인 덩어리 식별 특징 이다. 초기 결과 ( 결과 섹션에서 설명)로 불안정 한 서 스 펜 션을 보여줍니다. 그 후,이 분산 더 다른 쥡니다 치료, 나노 재료 연구에 사용 비슷합니다에 복종 된다. 연구의 목적은 우리 같은 쥡니다 프로토콜을 통해 정지를 덩어리로 드 수 확인 것입니다. Ag NPs 모델 따라서 최적화 된 형태로 입자의 재 분산을 대표 하는 장기 연구에 대 한 기준으로 연결할 수 있습니다.

여기에 제시 된 분산 프로토콜 이전 문학에 발표 된 그 유사를 공유 하 고 통합 이전 지난 근로자7,,2122,23에 의해 만들어진 몇 가지 권고의 일부 ,,2425. 이 연구에서는 체계적인 단계별 접근 분산 프로토콜에 걸쳐 분산 품질을 모니터링 하는 데 사용 됩니다. 이 방법은 최적의 실험 분산 조건 (그림 1) 식별 접한 분산의 실시간 특성을 지지.

figure-introduction-6319
그림 1입니다. 계획 및 분산 프로토콜의 단계별 순서를 묘사 하는 순서도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

프로토콜

참고: 추가 정화 없이 받은 모든 화학 물질 사용 됩니다. 연구에 걸쳐 초순 수를 사용 하 여 18 ㏁ 저항력과. 모든 준비 된 분산 일반적으로 어떤 더 특성 또는 미래 안정성 연구에 대 한 어둠 속에서 5 ° C에 저장 하지만이 소재 구성 및 해산 같은 다른 관련된 속성에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어 Ag NPs 오랫동안 햇빛; 멀리 2-5 ° C 사이 저장 하는 경우 일반적으로 안정 되어 그러나 동적인 변화는 정지에서 일어날 수 밖에 없다 고 분산 역시 덩어리로 다시 것입니다 앙금 다운 시간으로 알려져 있습니다. 생물4,5,13,14을 테스트 하기 전에 품질 확인에 대 한 DL, UV에 대 한, 그리고 가장을 사용 하 여 이러한 자료를 분석. 0.02 mg/mL의 농도 아래의 분석을 위해 사용 됩니다. 샘플 농도 DL를 사용 하 여 분석에 적합 한 UV-마주, 디스크 원심 분리기, zeta 잠재력 계산, 및 가장 분석.

1입니다. Sonicators에 의해 전달 된 힘의 교정

참고: sonicated 정지에 전달 하는 효과적인 음향 파워 재현할 수 분산을 얻기 위하여는 중요 한 매개 변수입니다. 이것은 전기 입력 또는 이것이 실제 제조 업체에 의해 표시 된 발전기의 출력 전력에서 다른 힘을 쥡니다26동안 정지에 결과물은. 효과적인 전달된 전력의 계산을 위한 많은 방법 중 가장 일반적으로 사용 되는 방법은 주사26입니다. 이 서 스 펜 션7전달 하는 효과적인 전력 직접 측정 하기 위한 간단 하 고 효율적인 방법으로 알려져 있다. 이 방법에서는, 시간이 지남에 주어진된 sonicator 설정에서 액체에 증가 하는 온도 기록 하 고 전달 하는 효과적인 전력 다음 수식을 사용 하 여 계산 됩니다.
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여기서 P는 배달된 음향 파워 (W), T는 온도 (K), 시간 (s)에 해당 하는 t, CP (4.18 J/g· 액체의 비 열 물에 대 한 K), M은 질량 (g) 액체의.

  1. 초음파 프로브에 의해 전달 된 힘의 교정 유리병 트위터 장착
    참고: 메서드를 Taurozzi 그 외 여러분 에서 적응 됩니다. 7 , 다음 단계는 것이 좋습니다.
    1. 중량에는 빈 플라스틱 병을 놓고 균형을 포장 합니다.
    2. 디 물 1.5 mL 유리병 채우기 (저항력 18 ㏁) 균형을 사용 하 여 액체의 질량을 기록.
    3. 유리병 트위터의 고 강도 부분에서 6 유리병 구멍 중 하나에 유리병을 놓고 담가 온도 프로브는 클램프를 사용 하 여 디지털 온도 미터에 연결 합니다. 프로브 유리병의 벽을 터치 하지 않습니다 액체 표면 아래 약 2 cm입니다 있는지 확인 합니다.
    4. 24 kHz와 10 W (50%에서 진폭 조정) 유리병 트위터 설정을 설정 하 고 연속 모드에서 작동.
      참고: 다른 진폭 조정 여기 테스트는 70%, 90%, 및 100 %입니다.
    5. 초기 5 분 물 온도에 30의 간격에 증가 기록 s 고 유리병 또는 설정 위치 이동 하지 않습니다.
    6. 스프레드시트 소프트웨어에서 온도 대 시간 그래프를 만들고 최소 제곱 회귀를 사용 하 여 커브에 대 한 최고의 선형 적합을 얻을 합니다.
    7. (시간이 지남에 따라이 온도 상승) 그래프의 기울기를 가져오고 힘 계산 공식 1를 사용 하 여 전달. 세 번 실험을 반복 하 고 평균 값.
    8. 단계 1.1.1-70%, 90%, 및 100% 진폭 설정을 위해 1.1.4에서에서 절차를 반복 합니다. 이 절차를 사용 하 여 얻을 전력 값 분산 절차 동안 보고 됩니다.
  2. 초음파 목욕에 의해 전달 된 힘의 교정
    1. 중량에는 빈 플라스틱 병을 놓고 균형을 포장 합니다.
    2. 디 물 1.5 mL 유리병 채우기 (저항력 18 ㏁) 균형을 사용 하 여 액체의 질량을 기록.
    3. 초음파 목욕 물에 담근 반 중간 유리병 놓고 클램프와 그것을 보호 합니다. 클램프를 사용 하 여 디지털 온도 미터에 연결 된 온도 프로브를 담가. 프로브 유리병의 벽을 터치 하지 않습니다 액체 표면 아래 약 2 cm입니다 있는지 확인 합니다.
    4. 40 KHz와 80 W 초음파 목욕 고 연속 모드에서 작동 합니다.
    5. 초기 5 분 물 온도에 30의 간격에 증가 기록 s 고 유리병 또는 설정 위치 이동 하지 않습니다.
    6. 온도 대 시간 그래프를 만들기에서 능가 하 고 최소 제곱 회귀를 사용 하 여 커브에 대 한 최고의 선형 적합을 얻을.
    7. 스프레드시트 소프트웨어 (시간이 지남에 따라이 온도 상승)에서 그래프의 기울기를 가져오고 힘 계산 공식 1를 사용 하 여 전달. 세 번 실험을 반복 하 고 평균 값. 이 절차를 사용 하 여 얻을 전력 값 분산 절차 동안 보고 됩니다.

2. 분산 절차는 초음파 프로브를 사용 하 여 수성 매체에서 유리병 트위터 장착

  1. 3 깨끗 한 유리 튜브에 깨끗 한 주걱을 사용 하 여 필요한 nanopowder의 각각의 2 밀리 그램의 무게. 튜브 1, 2, 및 3로 그들을 라벨.
  2. 디 물 1 mL을 pipette을 각 유리병의 벽을 따라 추가 합니다. 깨끗 한 얇은 유리 막대의 도움으로 두꺼운 붙여넣기 다음 0.2 mg/mL의 최종 농도 만들기 위해 물의 나머지를 추가 합니다. 사전 일로 수행 소수 샘플의 경우 0.5 %vol / vol 에탄올의 1 mL를 사용 하 고 필요한 최종 농도를 수 있도록 디 물을 추가.
  3. 모자와 각 유리병을 밀봉 하 고 유리병의 벽에 집착 하는 removeany nanopowder에 수평 원형 운동에 잘 흔들어.
  4. 초음파 프로브 장착 유리병 트위터에에서 세 튜브를 놓고 펄스 모드에서 1.1 W에서 2 분에 대 한 첫 번째 쥡니다 치료 적용 (1 s/1 s에 어떤 의미 1의 1에서 s). 이 분산에 약 4 ° C의 온도 상승을 줄 것 이다.
  5. 유리병 밖으로 1과 약 수의 적당 한 금액을 피펫으로 유리병의 위 로부터, 디 0.02 mg/mL의 농도를 물으로 희석. 크기, 입자 크기 분포, 모양, 덩어리, 및 제타 잠재력 DL, 가장, 같은 무료 기술의 범위를 사용 하 여 희석된 분산 특성 UV에 대 한, 그리고 ELS (섹션 4에서 설명). 기록 하 고 정확 하 게 측정을 문서화 합니다.
  6. 단계는 시스템에 어떤 갑작스러운 온도 상승 방지를 샘플의 냉각 하 고 2.4에서 10 분 동안 일시 중지 합니다. 튜브 2와 진폭 및 펄스 모드의 동일한 설정에서 4 분의 3을 두 번째 쥡니다 치료 적용. 유리병 2 밖으로 가십시오, 반복 단계 2.5, 고 쥡니다의 6 분 후 수치를 문서화 합니다.
  7. 10 분 동안 일시 중지, 유리병 3 다른 4 최소 적용 3 쥡니다 처리 한 다음 2.5 단계를 따릅니다. 기록 하 고 문서화 쥡니다 (섹션 4에서 설명한)의 10 분에 측정 합니다.
    참고: 실험실 코트, 장갑, 고글 해야 착용 나노 입자의 정지를 처리 하는 경우. 그리고는 sonicator 긴 실험 동안 음향에 배치 해야 합니다 초음파 소스에 가까이 일 때 높은 보호 귀 머프를 착용 해야 합니다.

3. 분산 절차는 초음파 목욕을 사용 하 여 수성 매체에서

  1. 4 깨끗 한 유리 튜브에 깨끗 한 주걱을 사용 하 여 필요한 nanopowder의 각각의 2 밀리 그램의 무게 그리고 4, 5, 6, 및 7 튜브로 그들을 분류.
  2. 디 물 몇 방울을 pipette 각 유리병의 벽을 따라 추가 하 고 깨끗 한 얇은 유리 막대의 도움으로 두꺼운 붙여넣기. 그런 다음 나머지 각 유리병에 0.2 mg/mL의 최종 농도 만들기 위해 물 추가.
    참고: 소수 샘플의 경우 사전 일로 실시 0.5 %vol / vol 에탄올의 1 mL를 사용 하 고 디 물 필요한 최종 농도를 만들기 위해 추가 됩니다.
  3. 모자와 각 유리병을 밀봉 하 고 유리병의 벽에 집착 하는 어떤 nanopowder를 제거 하려면 수평 원형 운동에 잘 흔들어.
  4. 절반 물에 담근 튜브와 초음파 탕 중간 4 개의 튜브를 놓고 80 승 실 온에서 15 분에서 첫 번째 쥡니다 치료를 적용 합니다. 이 분산에 약 3 ° C의 온도 상승을 줄 것 이다.
  5. 초음파 목욕에서 유리병 4를 제거 하 고 유리병의 위 로부터 약 수의 적당 한 금액을 플라스틱, 디 0.02 mg/mL의 농도를 물으로 희석 및 크기, 입자 크기 분포, 모양, 덩어리, 및 제타에 대 한 샘플 특성 잠재력 DL, 가장, 같은 무료 기술의 범위를 사용 하 여 UV에 대 한, 그리고 ELS (섹션 4에서 설명). 기록 하 고 측정을 문서화 합니다.
  6. 초음파 목욕에서 물을 변경 및 동일한 설정 (80 W)에서 또 다른 15 분 동안 5, 6, 및 7 튜브 두 번째 쥡니다 치료 적용. 유리병 5를 제거 하 고 특성에 대 한 3.5 단계를 따라 쥡니다의 30 분 독서를 문서화.
  7. ()을 피하기 위해 어떤 더 온도 상승 초음파 목욕에서 물을 변경 적용 또 다른 30 분의 세 번째 쥡니다 처리 튜브 6 고 물의 변화의 작은 일시 중지와 같은 설정에서 7 다시 15 분 제거에서 유리병 6 단계 3.5를 따라. 기록 하 고 문서화 쥡니다의 1 시간에 측정 합니다.
  8. 초음파 목욕 매 15 분에 다시 물을 변경 및 설정 상수를 유지 하는 다른 시간에 대 한 유리병 7 4 쥡니다 치료 적용. 유리병 7 밖으로 가십시오 3.5 완전 한 특성에 대 한 단계를 수행 하 고 쥡니다의 2 h에서 측정을 기록.

4. 다른 시간 지점에 분산 된 샘플의 특성

  1. DL을 사용 하 여 크기 특성 27
    1. DLS 소프트웨어를 엽니다. 파일을 작성 크기 측정 개별화 될 수 있는 (표준에 대 한 하나를 포함 하 여) 특정 접한 말 번 매뉴얼에서 굴절 인덱스 값을 사용 하 여. 또한, 흡수 및 점도의 값과 같은 소프트웨어에 의해 필요에 따라 다른 데이터를 입력 하 고 또한 분산의 입력 합니다.
    2. 2 분의 평형 시간, 샘플에 대 한 실험 조건에서 20 ° C 온도 입력, 베트 저용량 일회용 cuvette로 입력 하 고 자동 모드에서 실행 하는 실험. 파일을 누르면 | 저장 (원하는 이름으로 저장).
    3. 언론 "파일 | 새로운 측정 "열고 100의 공칭 크기와 표준 라텍스 비즈를 사용 하 여 DL 확인 테스트를 실행 악기 성능 자격 nm
      1. 낮은 볼륨 일회용 cuvette을 사용 합니다. 어떤 기포를 피하기 위해 주사기 또는 펫을 사용 하 여 샘플의 1 mL를 주사.
        참고: 에탄올과 디 물을 사용 하기 전에 큐 벳을 청소.
      2. 기계에는 베트를 삽입 합니다. 파일 측정 패널에서 "시작" 버튼을 클릭 합니다. Note이 분에 대 한 샘플을 equilibrate을 하 고 20 ° c.에서 측정을 수행
        참고: 샘플 이전 냉장고에 저장 된, 하는 경우 사용 하기 전에 실내 온도 도달 하도록 허용 합니다.
      3. 자동 모드에서 적어도 5 측정을 수집 하 고 모든 측정을 선택 하 고 상단 패널에서 "평균"를 클릭 하 여 크기를 보고 측정의 평균 걸릴. 추가 분석을 위해 excel로 내보냅니다.
      4. Monomodal 배포28의 경우 Z 평균 표준 편차를 나타내는 PdI 폭 유체역학 직경 Z 평균 보고. Z-평균와 증가할수록 또는 덩어리는, 강도 가중치 크기 분포의 중요 한 주문서 강도 가중치 크기 분포 결과의 의미에 인용 되 고 코멘트와 함께 샘플 상태입니다.
      5. 새로운 측정 4.1.3 단계를 반복 합니다.
        참고: DL 아니다 비 이상적인 샘플의 분석을 위한 적합 한 기술. 이 우리는 샘플 높은 증가할수록, 광범위 한 덩어리, 침, 등 침/침전 입자 때문에 부정확 한 독서 반복된 측정 될 수 있습니다의 비 구형 입자를 의미 한다. 이러한 경우에 다른 무료 기법은 질적으로 분산을 평가 하기 위해 사용 될 수 있는 디스크 원심 분리 등을 권장 하 고 있다.
  2. 디스크 원심 분리 하 여 크기 분포
    1. CPS 소프트웨어를 엽니다. "프로시저 정의"를 선택 하 고 상단에, 샘플 SOP 이름에 넣어 최소 및 최대 직경, 입자 밀도, 굴절률, 흡수, 및 비 구형 요인29같은 샘플 매개 변수를 채울.
      1. 예를 들어, ZnO 나노 입자에 대 한 입력 0.1 미크론 및 1.0 미크론 최소 및 최대 직경 탭에 각각, 입자 밀도, 입자 흡수에 0.001과 비 구형 1 굴절률 섹션에서 2.1에서 5.61 g/mL를 입력 섹션입니다.
    2. 교정 1.385 g/mL의 입자 밀도와 최대 직경 0.377 µ m의 PVC 표준에 기반 하는 표준 세부 정보를 입력 합니다. 또한 유체 매개 변수 (자당, 1.04 g/ml, 유체의 밀도 및 1.35의 액체 굴절률), 및 이름을 입력 하 고 저장 프로시저.
    3. 선택 된 절차 (SOP 단계 4.2.1에에서 저장)을 선택 하 고 구멍 디스크와 언론 '시작'을 통해 첫 번째 그라데이션 수준, 자당 (24%)의 1.6 mL 주입.
      참고: 여기에 자당의 역할은 일정 한 속도로 회전 하면서 디스크 내의 밀도 그라데이션 설정 하. 이 자동으로 크기 범위에 따라 디스크 속도 계산합니다.
    4. 소프트웨어는 자동으로 계산 된 RPM (분당 회전)에 도달할 때까지 기다립니다. 자당 (8% 낮은 밀도 24% 높은 밀도, 표 1참조)의 그라디언트를 주입 하 여 침전 된 안정, 1.6 mL 총 볼륨 각 시간 시작 높은 밀도 낮은 밀도 솔루션 결말.
      참고: 여기 우리가 표시 낮은 8% 자당 해결책 및 높은 24% 자당 해결책. 그들은 다음 볼륨 (총 볼륨 1.6 mL 각 시간)에 혼합 하 고 그라데이션을 형성 될 때까지 디스크 하나에 주입.
      1. 주사 6 h. 허용의 최소 디스크 내부 그라디언트를 유지 하는 도움이 됩니다 dodecane 모자 유체의 1.0 mL 1 h equilibrate을 디스크 원심 분리기.
    5. "동작 분석기" 선택 및 샘플 ID를 소개 하 고 시작을 누릅니다. 디스크에 1 mL 주사기와 표준의 0.2 mL를 주사 하 고 동시에 스페이스 바를 누르십시오. 그런 다음 샘플의 0.2 mL를 주사 하 고 동시에 스페이스 바를 누르십시오. 다음 샘플에는 클릭을 측정을 기다립니다.
    6. 디스크 원심 분리기 제어 시스템 소프트웨어를 사용 하 여 데이터 처리를 취득. 이 위해 "메일 검색"을 클릭 하 고 샘플 이름; 클릭 이 샘플에 대 한 크기 분포 그래프를 엽니다. 스프레드시트 관리자에 게 데이터를 내보냅니다.
  3. UV-vis 분광학을 사용 하 여 분산 안정성 연구
    참고: UV-vis 분광학은 신중 하 게 피크 강도, 스펙트럼 왜곡도, 파장 흡수 스펙트럼4에 변화 뿐만 아니라 스펙트럼 모양에 변화를 관찰 하 여 서 스 펜 션 안정성과 집계 이해 하 자주 사용 된다. 자세한 단계는 다음과 같습니다.
    1. 대 일 분 광 광도 계 소프트웨어 열고30"스펙트럼 스캔" 클릭 합니다.
    2. 사용 하 여 표준 석 영 cuvette (세미 microrectangular 석 영 셀 100 m m, 190-2700 nm). 피 펫을 사용 하 여 샘플의 2-3 mL를 주사.
      1. 사용 하기 전에 10 분 동안 50% 질소 산 큐 벳을 세척 하 고 정화 물으로 세 번 세척. 다음 아세톤과 린스, 초과 제거 하 고 건조 한 공기.
    3. 악기 설정 범위 700 미리 소프트웨어 패널의 상단에 "악기"를 클릭 하 고 '파장 설정'을 클릭 하 여 파장 탭에서 200 nm 파장 nm.
    4. "기준"을 클릭 합니다. 배경 빼기 해당 '빈'을 사용 하 여 각 스펙트럼 즉는 베트 가득 분산 매체,이 경우에 물만.
      참고: 소수 샘플의 경우 에탄올: 물 비슷한 비율 분산 매체로 사용 됩니다.
    5. 클릭 하 여 각 샘플에 적어도 3 개의 개별 스펙트럼을 수집 "악기 | 속성", 스펙트럼의 수에 '3'을 입력. 분석에 대 한 평균 값을 가져가 라. 데이터를 저장 하 고 추가 분석을 위해 데이터를 내보냅니다.
  4. 제타 잠재적인 측정 ELS를 사용 하 여
    1. DLS 소프트웨어를 엽니다. 파일을 만듭니다 제타 잠재적인 측정 개별화 될 수 있는 특정 접한 말 번 매뉴얼에서 굴절 인덱스 값을 사용 하 여에 대 한. 소프트웨어 예를 들어, 흡수, 점도, 고 유형의 샘플 설정 탭 클릭에서에서 발견으로 분산 제에 연결 될 수 있는 다른 정보를 입력 "파일 | "저장 하 고 원하는 이름으로 저장.
    2. 클릭 "파일 | 새로운 측정 "열고 대 한 참조를 사용 하 여 장비 성능을 확인 표준 DTS 1235 (제타 잠재적인 표준). 폴리스 티 렌 라텍스 수성 버퍼 pH 9에서 표준 이며-42 ± 4.2 mV의 제타 가능성이 있다.
    3. 적어도 1 mL 용량의 주사기에 샘플을 준비 합니다. 사용 일회용 접힌된 모 세관 셀 제타 잠재적인 측정을 위한 각 측에 전극 장착. 조심 스럽게 아무 거품 있다 모 세관 세포 검사에 포트 중 하나를 통해 모 세관 셀에 샘플을 주사.
      1. 일단 샘플 다른 쪽 끝에서 시작는 마 개를 삽입 하 고 전극에 유출 할 수 있는 모든 액체를 제거. 에탄올과 디 물으로 깨끗이 큐 벳을 청소.
    4. 기계에 접힌된 모 세관 셀을 삽입 합니다. 2 분에 대 한 equilibrate 하 고 지정 하지 않은 경우 200 ° C에서 측정을 확보. 분산 샘플 이전 냉장고에 저장 된, 하는 경우 분산 샘플을 사용 하기 전에 실내 온도 도달 수 있습니다.
    5. 자동 모드에서 적어도 5 측정을 수집 하 고 평균된 제타 잠재적인 가치를 보고. 데이터, 분석17,18 (일반적으로, 제타 잠재적인 값-25 mV 25 이상 mV 안정적인 것으로 간주 됩니다), 및 온라인 또는 오프 라인으로 해석.
  5. 가장을 사용 하 여 형태학 상 특성
    1. 샘플 준비에 대 한 격자 (300 메쉬) 홀리 탄소 필름을 사용 합니다. 깨끗 한 격자에 분산 샘플 (약 0.1 mL, 0.02 mg/mL)의 한 방울을 넣어.
    2. 공 수 오염을 방지 하기 위해 적용 하는 격자를 유지 하는 동안 주변 조건에서 건조 공기 샘플을 허용 합니다.
    3. 격자 편 영상 및 어떤 건조 효과 제거 하려면 초 순수한 물으로 씻는 다.
      참고: 격자에 분산 드롭 추가 매력적인 간 입자 힘 하 격자 표면에 입자의 농도 증가 시킵니다. 고르지 못한 건조 아티팩트가 발생할 수 있습니다. 매우 순수한 물으로 작은 린스가이 위험을 제거 하 고 격자31의 균일 한 건조를 위해 도움이 됩니다.
    4. Dm3 형식에서 이미지와 그들을 검토 후 가장 소프트웨어를 사용 하 여 오프 라인으로.
      참고: 이미지 추론할 입자 크기, 구조 및 모양을 보완 정보를 사용할 수 있습니다. 파일은 tiff, 어떤 모양 및 크기 등의 속성에 정량화 실시 될 수 있습니다으로 변환 됩니다.

결과

두 쥡니다 종류 중 시간이 지남에 따라 온도 있는 증가 보여주는 열 데이터는 그림 2에 표시 됩니다. 유리병 트위터 (200 W 전원 공급 장치)를 장착 한 초음파 조사에서 분산에 전달 하는 효과적인 음향 파워 0.55 ± 0.05 W 50% 진폭, 0.75 ± 0.04 W 70% 진폭, 1.09 ± 0.05 W 90% 진폭 및 1.15 ± 0.05 W 50 %amplit 계산 ude, 반면 초음파 목욕 (전원 80 W), 그것은 0.093 ± 0.04 W 100% 설정에서 계산 됩니다. 발견에는 sonicators에 의해 표시 되는 전원 출력은 치료32,,3334에서 정지에 전달 보다 훨씬 이전에 게시 작업을 비슷합니다.

figure-results-596
그림 2입니다. 열 데이터 쥡니다 (A)는 초음파 프로브를 사용 하는 동안 시간이 지남에 따라 증가 하는 온도 보여주는 장착 유리병 트위터와 (B)는 초음파 목욕. 유리병 트위터 (200 W 전원 공급 장치)를 장착 한 초음파 조사에서 분산에 전달 하는 효과적인 음향 파워 0.55 ± 0.05 W 50% 진폭, 0.75 ± 0.04 W 70% 진폭, 1.09 ± 0.05 W 90% 진폭 및 1.15 ± 0.05 W 50 %amplit 계산 ude, 반면 초음파 목욕 (전원 80 W), 그것은 0.093 ± 0.04 W 100% 설정에서 계산 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

관련 다양 한 나노 소재 분산 다른 프로토콜에 의해 생산 된 결과 표 2에 요약 되어 있습니다. 결과 연관 된 다른 쥡니다 조건을 사용 하 여 생산 하는 다른 나노 분산 (DLS, ELS, 및 가장에 의해 측정)으로 분산 질에 가변성을 보여준다. 데이터 변화 유형의 접한 쥡니다 기간, 등 여러 가지 요인에 의해 규율 됩니다 예상 했던 대로, 그리고 조사 여부는 초음파 목욕 프로토콜에 사용 되었습니다. 각 접한 획득 UV vis 스펙트럼 그림 3 및 그림 4 에 표시 되 고 DL 결과 그림 5 와 그림 6에 표시 됩니다.

표 2 의 목적은 데이터 분포도 보여줄 뿐만 아니라 주어진된 접한 분산에 대 한 최적화 된 분산 프로토콜 식별 수 있도록. 이러한 분산 nanotoxicological 테스트 방법의 일환으로 사용 되었다는 경우 이상적인 안정적인 분산 하는 것입니다 (선호에서 크기 적어도 ± 30 mV), (가령, PdI 0.2 이하로), 더 좁은 입자 크기 분포를 나타내는 작은 PdI와 작은 의미 DL 입자 크기를 나타내는 큰 응집 체의이 별. 여기, Z-평균 강도 나노 입자의 평균 크기를 기반으로 하 고 PdI는 전체 너비의 정의 크기 분포 ( 소개에서 위에서 설명한).

NM샘플 코드쥡니다 시간DL (nm) 크기증가할수록 인덱스 (PdI)Zeta 잠재력 (mV)
세 륨 산화물CeO2_powder0396±1300.763±0.10017.2±0.4
CeO2_B_15min15 분128±40.231±0.01539.2±1.0
CeO2_B_30min30 분117±50.210±0.00838.1±0.5
CeO2_B_1h1 h95±30.209±0.01246.5±0.5
CeO2_B_2h2 h92±20.203±0.00746.5±1.4
CeO2_P_2min2 분126±70.218±0.00528.8±0.7
CeO2_P_6min6 분131±20.209±0.01440.5±0.7
CeO2_P_10min10 분122±10.184±0.01444.4±1.3
아연 산화물 (친수성)ZnO_NM110 분말01410±1200.786±0.15017.1±0.5
ZnO_NM110_B15 분239±20.130±0.02425.4±1.0
_15min
ZnO_NM110_B30 분251±20.166±0.02021.6±0.3
_30min
ZnO_NM110_B1 h310±80.162±0.02521.0±0.2
_1hr
ZnO_NM110_B2 h274±30.243±0.01425.2±0.7
_2hr
ZnO_NM110_P2 분377±200.267±0.02521.7±0.4
_2min
ZnO_NM110_P6 분885±700.276±0.0238.6±0.6
_6min
ZnO_NM110_P10 분1074±880.673±0.05811.2±1.4
_10min
아연 산화물 (소수 성)ZnO_NM111_0758±860.823±0.006-14.6±0.7
분말
ZnO_NM111_15 분384±950.399±0.074-17.5±1.0
B_15min
ZnO_NM111_30 분282±350.361±0.009-22.4±0.5
B_30min
ZnO_NM111_1 h296±180.379±0.031-22.8±0.5
B_1hr
ZnO_NM111_2 h280±540.366±0.031-23.7±1.0
B_2hr
ZnO_NM111_2 분227±90.402±0.03219.8±0.8
P_2min
ZnO_NM111_6 분340±580.477±0.026-21.1±0.2
P_6min
ZnO_NM111_10 분370±720.626±0.065-21.8±0.8
P_10min
CNTA32_powder2 분306±50.279±0.029-23.7±0.5
A32_B_15min15 분250±30.200±0.007-18.0±0.4
A32_B_30min30 분255±20.282±0.036-20.2±1.1
A32_B_1hr1 h230±30.226±0.021-21.7±0.5
A32_B_2hr2 h267±30.337±0.019-20.6±0.6
A32_P_2min2 분255±40.217±0.011-22.5±0.4
A32_P_6min6 분245±90.328±0.029-23.6±0.8
A32_P_10min10 분254±40.313±0.029-23.6±0.5
CNTA106_powder2 분580±180.305±0.070-35.9±1.0
A106_B_15min15 분573±180.404±0.016-29.5±1.0
A106_B_30min30 분479±110.363±0.013-28.8±1.4
A106_B_1hr1 h566±220.461±0.054-25.0±0.7
A106_B_2hr2 h477±100.311±0.027-26.8±0.5
A106_P_2min2 분300±580.473±0.053-29.8±1.0
A106_P_6min6 분390±100.359±0.022-40.7±0.5
A106_P_10min10 분300±850.511±0.134-24.5±0.7
실버Ag_cit072±500.462±0.258-38.7±1.3
Ag_B_15min15 분25±10.489±0.008-39.8±2.2
Ag_B_30min30 분25±10.532±0.036-30.7±2.8
Ag_B_1hr1 h25±10.542±0.028-39.2±1.7
Ag_B_2hr2 h28±50.387±0.015-35.8±1.8
Ag_P_2min2 분29±10.300±0.025-42.0±2.9
Ag_P_6min6 분26±20.263±0.017-40.4±1.5
Ag_P_10min10 분25±20.251±0.011-47.3±1.4

표 2입니다. 물에 NM 분산의 결과의 요약. 샘플 코드에서 ' P' 나타낼 분산 유리병 트위터를 장착 한 초음파 프로브를 사용 하 여 실시 하 고 'B' 샘플 코드에 표시 분산 초음파 목욕을 사용 하 여 실시. 모든 측정은 0.02 mg/mL에서 촬영 했다. 시간 0 의미 비 sonicated 정지 즉,에서 쥡니다 그냥 진동 및 다른 원조 없이 혼합 회사. 완전히 불용 성 및 비 물리적 떨고에 디 물에 분산 CNTs sonicated 목욕 sonicator에서 초기 2 분 되었고 또한 보고.

figure-results-9575
그림 3입니다. (A) CeO2, (B) ZnO NM110, 및 (C) ZnO NM111 분산 물에 대 한 UV 스펙트럼. UV vis 분광학 정지 안정성과 신중 하 게 스펙트럼 왜곡도, 스펙트럼 피크 강도 변화를 관찰 하 여 집계 모양 또한 흡수 스펙트럼의 파장 변화를 이해 하는 데 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-10041
그림 4입니다. 물에 (A) CNTs A106, (B) CNTs A32, 및 (C) Ag_citrate 분산의 대 한 UV 스펙트럼. UV-vis 분광학 정지 안정성과 신중 하 게 스펙트럼 왜곡도, 스펙트럼 피크 강도 변화를 관찰 하 여 집계 모양 또한 흡수 스펙트럼의 파장 변화를 이해 하는 데 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-10502
그림 5입니다. 강도 (A) CeO2, (B) ZnO NM110, 및 (C) ZnO NM111 분산 물에 대 한 DL을 취득 하 여 배포 크기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-10881
그림 6입니다. 강도 (A) CNTs A106, (B) CNTs A32, 및 (C) Ag_citrate 분산 물에 대 한 DL로 얻은 여 배포 크기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

CeO2 접한 서 스 펜 션, 경우 쥡니다를 사용 하 여 입자 크기 및 PDI 값에서 전반적인 감소 결과. 어떤 쥡니다 없이 결과 0.763 ± 0.100 (표 2)의 매우 높은 PdI 값 Z-평균 (396 ± 130 nm)와 복합 강도 분포를 보여 줍니다. 또한, 분산 17.2 ± 0.4 mV의 제타 잠재 가치를 보여줍니다. 이들의 PdI는 매우 polydisperse 서 스 펜 션의 지표는 주목 한다. 따라서, 샘플은 디스크 원심 분리, 대상 그리고 얻은 크기 분포 데이터도 확인 비 제복 및 휘도가 샘플 (그림 7a). 가장에 의해 샘플 크기와 형태 분석은 더욱더 분산 입자는 실제로 높게 polydisperse (그림 8) 확인 했다. 15 분 동안 초음파 목욕을 사용 하 여 분말을 분산 시 결과 전체 분산 품질 개선을 보였다. 특히, 전반적인 안정성 (해당 제타 잠재적인 가치에 의해 했 듯이) 및 monodispersity 개선 했다. 2 h 쥡니다 시간 귀착되는 훨씬 향상 된 안정성 및 더 좁은 입자 크기 분포 (표 2). 그것은 분명는 분산 질에 점진적 개선 목욕 쥡니다 장시간 사용 하는 경우는 유체역학 직경 및 PdI에 점차적인 감소에 의해 본. 유사한 결과 분산 절차 대신 초음파 프로브를 사용 하 여 실시 했다 경우 획득 했다. 전반적으로, 덩어리의 더 안정적이 고 균일 상태 DL 및 가장 데이터에 의해 확인, 프로브를 사용 하 여 달성 되었습니다. 흥미롭게도, 훨씬 더 작은 평균 입자 크기와 훨씬 더 높은 제타 잠재적인 값으로 조사의 사용을 보다 더 나은 옵션을 증명 하는 초음파 목욕 목욕 보다는 프로브를 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 그것은 모두 쥡니다 절차에 TEM 현미경 사진 포함 다른 기본 입자의 존재 확인 관찰: 분야, 큐브 및 polyhedrons.

figure-results-12314
그림 7입니다. 배포 디스크 원심 분리 (A) CeO2_powder 및 (B) ZnO NM110_powder 분산 0 분에서 물에서 얻은 크기 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-12692
그림 8입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 CeO2 의 TEM 이미지. 는 눈금 막대는 100 nm 각 샘플에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

ZnO의 경우 두 가지 유형의 ZnO는 분산에 사용 됩니다 즉, 다른 서피스 프로 파일, (NM110) 친수성 및 소수 성 (NM111)의 ZnO 나노. 결과 두 가지 유형의 ZnO 사이 비슷한 결과 나타냅니다. 둘 다는 아무 쥡니다와 분산 품질 표시는 큰 입자의 평균 크기와 높은 증가할수록 보여줍니다. NM110는 Z-평균 1,410 ± 120 nm와 0.786 ± 0.150 nm;의 PdI NM111 Z-평균 758 ± 86 nm와 0.823 ± 0.006의 PdI는 있다. 크기 분포 데이터 디스크 원심에서 NM110에 대 한 얻은 또한 샘플 증가할수록 이질성 (그림 7b) 확인 합니다. 크기와 sonicated NM110의 증가할수록 초음파 목욕에 15 분 치료와 함께 감소 하 고 30 분 쥡니다 시간에는 최적의 감소 고원에 도달에 나타납니다. 쥡니다 장시간 입자는 다시 처음에 응결 되 고 드 후 응집 때문에 잠재적으로 입자 크기 데이터에서 일반적인 증가 보여줍니다. 다른 한편으로, NM110는 초음파 프로브 치료의 2 분 후 균일 하 고 안정적인 분산을 보여 줍니다. 그러나, 6 분 및 10 분의 긴 주기 또한 입자 크기와 입자의 재 응집을 나타내는 PdI 값 증가 보여준다. 가장 (그림 9 및 그림 10)와 UV-vi (그림 3b-c) 결과 추가 같은 분산 품질의 상태를 확인합니다. 흥미롭게도, 매우 비슷한 결과 NM111 초음파 프로브로 치료 하면 경우 관찰 된다. 다시, 체계적인 접근 방법을 나타냅니다 최고의 분산에서 2 분, 달성 했다 가능한 다시 덩어리 해당 6 분 및 10 분의 경우와 연결 될 수 있습니다. 초음파 목욕 대신 사용 되었다 때 쥡니다;의 30 분 후 분산 입자 크기는 정점에 도달 후에 더 이상 늘리거나 크기 또는 증가할수록 값에서 관찰 됩니다. 또한, TEM 현미경 소수 NM111에 대 한 얻은 다양 한 유물과 가장 격자 (그림 10)에 다른 건조 효과의 존재를 나타냅니다. 이것은 에탄올 또는 다른 유기 용 매와 전 일로 수성 분산의 준비 쪽으로 도움이 될 수 있습니다 하지만 탄소 격자에 소수 접한 샘플 immobilizing에 도전 했다 보여준다. 전반적으로, 최적의 분산 프로토콜 식별 되 고이 작은 해당 PDI 값에 의해 규율 됩니다 다음이 해당 ZnO_NM110_B1 h 하 ZnO_Nm111_B30 민 NM110 친수성 및 소수 NM 111의 경우, 각각.

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그림 9입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 ZnO NM110의 TEM 이미지. 눈금 막대는 100 nm 각 샘플에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-14906
그림 10입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 ZnO NM111의 TEM 이미지. 눈금 막대는 ZnO_NM111_B_15 분, ZnO_NM111_B_1 h, 및 ZnO_NM111_P_2 분, 0.1 µ m 및 샘플. 의 나머지 0.2 µ m 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

탄소 나노튜브 (CNTs)의 경우 이러한 나노 재료는 물에 쉽게 분산 특히 물리 교 반 또는 힘의 사용을 포함 하는 분산 프로토콜 결과 쇼 떨고. 이것은이 연구에 사용 된 두 다중 벽 탄소 나노튜브 (MWCNTs)에 대 한 사실입니다. TEM 현미경 A106 및 A32 분산 2 분 및 쥡니다 사이클 15 분에서 실시에 대 한 경우에는 그림 11 및 그림 12에 각각 표시 됩니다. 쥡니다 시간 증가 따라 결과 종종 길이 수정 결과로 CNTs의 파손을 나타냅니다. 이러한 길이 수정 했다 명백한 프로브 및 초음파 쥡니다. 결과 A106 및 A32 CNTs 수 수 충분히 분산 2 분 처리 후 초음파 프로브를 사용 하는 경우를 보여 줍니다. 여기 충분 한 분산 중요 쥡니다 시간 임계값 모든 탄소 나노튜브 (CNT) 번들 열려 고 개별 튜브는 분리35의미 합니다. 6 분 또는 10 분을 쥡니다 시간 증가 따라 결과 길이 분포의 수정 및 훨씬 더 높은 증가할수록 나타냅니다. 마지막으로, 강도 DL (그림 6a-b)에서 크기 데이터를 분산 하 고 UV-vi (그림 4a-b) 통해 흡수 스펙트럼 또한 CNT 분산 쥡니다 시간에 아주 과민 하다 확인 하 고 여부 조사 또는 목욕 사용 되었습니다. A106와 A32 CNTs MWCNTs36의 전형적인 253 및 310 nm 사이의 흡 광도 피크를 표시 합니다. 피크 강도 MWCNTs의 쥡니다 기반 분산에 최대 달성 분산의 좋은 표시기 될 알려져 있다. A106 및 A32의 UV 스펙트럼 2 분 및 쥡니다의 15 분 사이클 중단에 대 한 최적의 수를 나타냅니다. 장기간된 쥡니다 시 피크는 흡 광도 및 스펙트럼 왜곡도 (피크 어깨의 형성)에 의해 표시 하는 샘플 파괴 뿐만 아니라 낮은 피크 강도 높 혔 습니다.

figure-results-16542
그림 11입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 CNTs A106의 TEM 이미지. 눈금 막대는 200 nm 각 샘플에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

figure-results-16926
그림 12입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 CNTs A32의 TEM 이미지. 눈금 막대는 200 nm 각 샘플에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

마지막으로, 어느 정도의 비교 하려면, 데이터에 비해 안정 시트르산 Ag NPs의 상용 정지 (공칭 직경 10 nm, 0.02 mg/mL). 특성 데이터 표시 분산 높은 응집 그리고 높은 polydisperse. DLS 데이터 표시 72 ± 50 nm와 0.46 ± 0.26 (그림 6c)의 높은 PdI의 유체역학 직경을 가진 복합 유통. 형태소 분석 편 (그림 13)와 넓은 표면 플라스몬 공명 (SPR) 피크 (418에서 흡수 표시 영역에 nm) UV-vi (그림 4c) 더 높은 polydisperse 샘플 확인. 흥미롭게도, 초음파 목욕 치료 향상 분산 안정성 및 PdI, 하지만 충분히 긴 쥡니다 기간 경우에 사용 됩니다; 2 h 쥡니다 시간 DL 입자 크기 28 ± 5 nm 및 PdI 0.387 ± 0.015 (표 1)의 결과 필요 합니다. 그러나, 초음파 프로브 대신 사용 하는 경우 샘플 균질 성 및 안정성 현저 하 게 향상 시 단지 2 분 쥡니다, 29 ±의 DL 입자 크기에 따라서 결과 1 nm, 0.300 ± 0.025, PdI 및 ZP-42 ± 3 mV. 분산 질이이 향상은 또한 어떤 10 분 쥡니다 시간 설정까지 분명 한 DL 입자 크기 25 ± 2 nm, PdI 0.251 ± 0.011, ZP-47.3 ± 1.4 mV 관찰. 여기, 쥡니다 유리병 트위터를 사용 하 여의 10 분에는 PdI 감소 하 고는 ZP 증가 키를 누릅니다. 적절 한 쥡니다 프로토콜 적용 된 후 이러한 각 시간 지점에서 해당 TEM 현미경 사진 또한 향상 된 샘플 동질성을 확인 합니다. 샘플 동질성 및 dispersity 가장 이미지에 있는 입자의 빠른 향상이 됩니다. 2 분 샘플 유리병 트위터를 사용 하 여 10 분 동안 sonicated 개별 입자에 비해 몇 가지 덩어리를 보여줍니다.

figure-results-18372
그림 13입니다. 쥡니다 샘플 homogeniety 및 안정성에 미치는 영향을 보여주는 상업 Ag NPs의 TEM 이미지. 눈금 막대는 200 nm 각 샘플에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

높은 (mL)낮은 (mL)
1.40.2
1.20.4
10.6
0.80.8
0.61
0.41.2
0.21.4
01.6

표 1입니다. 자당 밀도 그라데이션 총 1.6 mL 볼륨에 대 한 혼합. 여기 우리가 높은 낮은 24% 자당 솔루션으로 8% 자당 해결책을 표시. 그들은 다음 볼륨 (총 볼륨 1.6 mL 각 시간)에 혼합 하 고 그라데이션을 형성 될 때까지 표시 콘 하나 하나에 주입.

토론

물에 분산 나노 재료의 선택 된 숫자의 수 있도록 최적의 쥡니다 조건의 id를 허용 하는 전략을 개발 하는 연구의 궁극적인 목표가입니다. 시도 여기 신중 하 게 문서화 하는 프로토콜 단계와 매개 변수 쥡니다 동안 이전 뿐만 아니라 지난15에서 권고에 따라로 리뷰에서 확인 하는 간격을 성취 하기 위하여. 최적의 분산 조건 각 쥡니다 주기 후에 분산을 특성화 및 샘플 안정성과 균일성 검사로 식별 됩니다. 다양 한 분석 기법에 의해 결정으로 나노 소재의 주요 물리 화학적 특성에 특성 변경에 따라 쥡니다 절차 및 안정성 상태의 영향 평가: DLS, ELS, UV에 대 한, 그리고 가장. 현재 프로토콜은 과거 문학과 다른 연구 프로젝트21,22,37,,3839 일부에서 나노 재료의 분산에 대 한 적응된 방법 수정 및 수정 키 간격, 단계, 및 유사한 표면의 넓은 미소 물질을 그들의 적용 해결7프로. 그러나, 주의 깊은 조정 쥡니다 시간, 강도, 및 다른 나노 재료를 그들의 응용 프로그램에 대 한 유형을 필요는. 또한, 추가 작업은 쥡니다 절차 및 나노 재료의 생물 학적 활동 사이의 상관 관계를 설정 해야 합니다. 접한 분산의 6 개의 종류는 평가 하 고, 주로 초음파 목욕 및 설정된 시간 지점에서 유리병 트위터를 장착 한 초음파 프로브를 사용 하 여 그들의 안정성에 대 한 비교. 정지 순도 오염으로 인해 어떤 의도 하지 않은 변경 유지, 프로브 쥡니다 피 한다 여기. 유리병 트위터에 튜브는 닫힌 유지 수 있습니다. 이 샘플의 어떤 상호 오염을 제거합니다.

Sonicators의 교정 범위 sonicators의 다른 주파수, 진폭, 및 능력을 사용할 수 있습니다 이후 핵심 요소 이다. 정지를 전달 효과적인 음향 에너지를 확인 하려면 sonicators의 교정은 주사를 사용 하 여 수행 됩니다. 음향 파워 전달 유리병 트위터에 대 한 70% 진폭 설정 뿐만 아니라 100% 초음파 목욕 설정에 대 한 그는 계산에 대 한 < 1 W (0.75 ± 0.04 W와 0.093 ± 0.04 W, 각각). 그러나, 전원 출력 유리병 트위터에 대 한 제조 업체에 의해 표시 되며 목욕 sonicator 200 W 및 80 W, 각각. 이 높은 전원 소스에도 불구 하 고 대부분의 에너지 cavitational 거품의 생성 하는 동안 손실 됩니다 고 작은 일부만 실제로 치료26에서 분산에 전달 나타냅니다. 최근 연구는 쥡니다8동안 더 나은 분산 제어용 sonicator의 입력된 전력에 비해 cavitational 측정 제어의 중요성을 강조 했습니다. 방법론은 CNTs 같은 매우 섬세 한 nanomaterials의 제어 분산에 대 한 유망 나타나고 미래 연구에 대 한 것이 좋습니다.

각 기술 연구에 사용 제한이 모든 다른 원칙을 기반으로 합니다. DLS 이외의 구형 정지로 높은 polydisperse 시스템에 대 한 이상적인 기술은 아니다. 같은 조건에서 DC는 권장 높은 해상도, 정확성 및 정밀40. DCS 완전히 다른 작은 3%로 매우 좁은 크기 분포 봉우리를 분리할 수 있습니다. 가장은 나노 입자의 직접적인 시각적 이미지를 제공 하 고 집계, 분산, 크기, 및 입자의 모양에 대 한 훌륭한 도구입니다 하지만 기술 샘플 있는 아티팩트41로 이어질 수 있습니다 건조. 이 단계 4.5.3에서에서 언급 했 듯이 초순와 격자를 세척 하 여 제거 될 수 있습니다.

다른 이들, 방법론, 침수 깊이, 프로토콜과 유리병 트위터로 초음파 목욕 튜브의 위치에 사용 되는 튜브의 유형과 같은 몇 가지 중요 한 단계를 강조 표시 합니다. 동요 하는 동안 시스템의 온도 제어는 중요 한 매개 변수입니다. 초음파 목욕 및 펄스 모드 실행 유리병 트위터에서 자주 물 변화는 동안을 피하기 위해 어떤 열이 쌓여 쥡니다, 어떤 샘플 변경 피할 것이 좋습니다. 산화 아연 등 소수 샘플에 대 한 사전 지도 그리는 단계 입자의 분산에 도움이 됩니다만이 일부 원치 않는 변화를 유발 수 있습니다. 쥡니다 시간과 에너지 높은 해야 드 입자 덩어리를 충분 하지만 너무 많은 입자를 나누기. 결과 덩어리 파손 입자 타입에 따라 달라 집니다 나타냅니다.

우리의 연구 결과 결과 보여 키 physico-화학 속성 쥡니다 과정에서 잠재적으로 변경 될 수 있습니다 sonicator 종류 같은 요인에 의해 지배로 자세한 분산 프로토콜의 중요성 강조 쥡니다 기간 시간, 그리고 전원 출력입니다. 결과 샘플 무결성은 잠재적으로 높은 강도 동요에 손상으로 나타났습니다. 결과 표시 쥡니다 기간 및 강도 변경 하는 경우 발생할 가능성이 높은 파손 되므로 CNTs 동요에 아주 과민 하다. CNTs의 분산에 대 한 최적의 설정 가까이 초음파 목욕에서 2-15 분 및 초음파 프로브를 사용 하 여 불과 2 분 사이 있다. 그러나,는 ultrasonication 아직도 있다 발생할 일부 나노튜브 여기 정확 하 게 측정할 수 없는 shortenings. DLS CNTs의 특성에 대 한 이상적인 기술 되지 않을 수 있습니다 하지만 그것은 여전히 유체역학 직경 나노튜브 및이 데이터 유익한 각종 사이 CNTs의 길이 배포판에서 차이의 수에 대 한 샘플16, 제공할 수 42,43. 과거의 연구는 분산 프로토콜 CNTs의 강화 될 수 있다 크게 계면의 추가 의해 계면 활성 제 분자는 따라서 파손 쥡니다35, 때문에 방 벽을 제공 하는 나노튜브 단층에 흡수 입증 그러나 44.,이에 비해 수 없습니다 직접 현재 프로토콜 아무 계면이 경우 관련으로. CNTs의 경우 길이 크기 분포를 확보는 매우 중요 한, 가로 세로 비율은 종종 특정 독물학 응답 연관으로 중요 하다. 반면, CeO2 준 CNTs는 장기간된 쥡니다 초음파 목욕 또는 프로브를 사용 하 여 시간에 비해 다른 결과, 1 차 입자의 형성으로 이어질. 분산 프로토콜 예:조정, 최적화 쥡니다 시간과 전원 출력, 시작 물자에 따라에서 중요성을 강조 하는 CNT와 CeO2 사건의 결과에 차이 즉, 접한 분말의 종류. 모든 접한 파우더 샘플 종류가 다르다, 분말 자체 내에서 덩어리의 다른 정도 될 것입니다. 특정 경우에 탈 응집 과정은 성공적으로 귀착되 분명 가장 이미지에 다른 모양의 입자의 출현에 의해 기본 입자 수준 드 덩어리 쥡니다 단계 이전 표시 되었다. 장기간된 쥡니다 다방면 입자 하 다른 각도에서 세 륨 산화물 응집 체의 지속적인 위반 귀착되는.

상업적으로 구입 Ag NPs 분산의 수성 샘플, 경우 우리의 연구 결과 또한 장기 안정성과 균일성 평가 대 한 필요성을 강조 한다. 특히 긴 기간 저장의 경우에에서 사용 하기 전에 분산 충분히 특징 되는 보장 하기 위해 필요가 하다. 그러나, 나노 소재는 매우 짧은 선반 수명을. 그들은 시간과 함께 나이 고 갓된 분산에 비해 장기 저장 후 다르게 동작할 수 있습니다.

여기 결과 다른 나노 소재에 대 한 최적화 된 프로토콜을 식별 하는 통합된 전략에 대 한 필요성을 강조 표시 합니다. 제시 된 전략 쥡니다 메서드에서 다른 유사 콘텐츠를 수행 하 고는 다른 시간 지점에서 분산은 충분히 상호 보완적인 분석 방법을 사용 하 여 특징입니다. 특성화 및 시간 및 다른 실험 조건 분산 품질을 모니터링 하는 멀티 방법 접근의 사용에 중요성 과거 노동자45에 의해 강조 되었다. 비록 쥡니다에 대 한 다양 한 방법 제시 된 연구에서 특정 접한 분산 수용, 잠재적으로 그들은 사용할 수 있습니다 기준으로 물에 (유사한 표면 특성)의 다른 금속 및 금속 산화물 나노 분산. 그러나, 유형 또는 액체 매체 다양 한 요인 예를 들면, 쥡니다 시간, 강도, 유형과 sonicator 조절에 주의 하 여 할 수 있는 기본 프로토콜을 최적화 하는 필요를 필요 합니다 중 접한에 어떤 변화를 데. 어떤 프로토콜 선택 하 고 최적의 거기 확인은 항상 체계 및 쥡니다 분산 절차의 단계별 시퀀스에 대 한 자세한 보고서를 필요 하다. 이 판독 및 comparability 개선 해야 합니다. 이 프로토콜의 응용 프로그램 중 하나입니다 데이터 comparability 미래 연구에 대 한 통합 및 표준화 된 접근으로 이어지는 다른 연구소 들을 촉진 하기 위하여. 현재 방법론 및 제어 매개 물 이외 다른 분산 매체에 대 한 이용 될 수 있다 고 비교 케이스별으로 사건에 그릴 수 있습니다.

공개

저자는 전혀 경쟁 금융 관심이 없다. IK EVJ 공동 익의 디자인 연구를 잉태, 실험을 수행, 데이터를 분석 하 고 원고를 준비. Љ 및 IR 가장 이미징 수행. SA, MLM, 그리고 MC CNTs, 공급 하 고 나머지는 공동 저자의 논의 모든 단계와 RT의 원고 편집 쪽으로 기여에 원고에 대 한 논평.

감사의 말

이러한 결과 연구 NE/J010783/1에서 자금 지원을 받고 있다. 프로젝트 NanoValid 연구, 기술 개발, 그리고 부여 계약 번호 263147에서 데모에 대 한 유럽 연합의 7 프로그램에서 자금을 받았습니다.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Cerium oxide nanopowderSigma-Aldrich544841<25 nm particle size (BET)
Zinc oxideEuropean Commission's Joint Research Centre (JRC)NM110hydrophylic
Zinc oxideEuropean Commission's Joint Research Centre (JRC)NM111hydrophobic
Multi walled carbon nanotubesNanoMile project (Large Collaborative Project under the European Commission's 7th Framework Programme)A32 (MWCNT1)3.0±1.8 µm long, O/C ratio of 4.5%
Multi walledcarbon nanotubesNanoMile projectA106 (MWCNT2)3.3±2.4 µm long, O/C ratio of 7%
Silver dispersionSigma-Aldrich73078510 nm particle size (TEM), 0.02 mg/mL
Zetasizer nanoMalvern InstrumentsParticle size and zeta-potential measurements 
Disc CentrifugeCPS instruments Inc.Model DC 24000Particle size distribution by centrifugal sedimentation
Transmission electron microscopeJEOL USAJeol 1200EX TEMBright field images, particle size, shape, agglomeration
Ultrasonic probe fitted with a vial tweeterHielscherUIS250VSonicator
Ultrasonic bathBranson Model 1510Sonicator
Eppendorf vialsEppendorf2236411-11.5ml capacity
UV-vis spectrophotometerJenson flight deckModel 6800SPR peaks, suspension stability
Disposable folded capillary cellMalvern InstrumentsDTS 1070for the measurement of elecr
Zeta- potential standardMalvern InstrumentsDTS 1235
Quartz cuvetteJasco1103-0042Rectangular quartz cell 10 x 100
Spectrosil Quartz with lid 190 -2700 nm

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