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Method Article
Ultrafiltração de fluxo tangencial (TFU) é um método de recirculação utilizado para a separação baseada no peso de biosamples. TFU foi adaptada ao tamanho de seleção (1-20 nm de diâmetro) e altamente concentrar uma grande quantidade de nanopartículas de prata polidispersos (4 L de 15,2 ml ug -1 Até 4 ml de 8,539.9 ml ug -1) Com agregação mínima.
Hoje em dia, AGNPS são amplamente utilizados no fabrico de produtos de consumo, um desinfectante de água, 2 terapêuticos, 1, 3 e 4 dispositivos biomédicos, devido às suas poderosas propriedades antimicrobianas. 3-6 Estas aplicações das nanopartículas são fortemente influenciados pelo tamanho e estado de agregação AgNP . Muitos desafios existem na fabricação controlada 7 e baseada no tamanho do isolamento 4,8 unfunctionalized AGNPS, homogéneos, que são livres de quimicamente agressivos capping / agentes estabilizadores ou solventes orgânicos. 7-13 Limitações emergir da toxicidade dos reagentes, os custos elevados ou reduzidos eficiência dos métodos de síntese ou isolamento AgNP (por exemplo, centrifugação, solubilidade dependente do tamanho, cromatografia de exclusão de tamanho, etc.) 10,14-18 Para superar isto, mostrou recentemente que TFU permite um maior controlo sobre o tamanho, a concentração ea estado de agregação Creighton AGNPS (300ml de 15,3 ng ml -1 ml para 10 ug de 198,7 ml -1) do que os métodos convencionais de isolamento, tais como a ultracentrifugação. 19
TFU é um método de recirculação normalmente utilizado para o isolamento com base no peso de proteínas, vírus e células. 20,21 Em resumo, a amostra líquida é passada através de uma série de membranas de fibras ocas com diâmetro de poro que varia de 1.000 kD a 10 kD. Constituintes menores em suspensão ou dissolvido na amostra irá passar através da barreira porosa em conjunto com o solvente (filtrado), enquanto que os componentes maiores são retidas (retentado). TFU pode ser considerada um método "verde", como ele nem os danos da amostra nem exige adicional solvente para eliminar o excesso de reagentes tóxicos e subprodutos. Além disso, TFU pode ser aplicado a uma grande variedade de nanopartículas que ambos os filtros hidrofóbicos e hidrofílicos estão disponíveis.
Os dois principais objetivos deste estudo foram: 1) para ilustraros aspectos experimentais da abordagem TFU através de uma experiência de vídeo convidado e 2) para demonstrar a viabilidade do método TFU para volumes maiores de nanopartículas coloidais e volumes menores de retentado. Em primeiro lugar, AGNPS unfuctionalized (4 L, 15,2 mg ml -1) foram sintetizados utilizando o método bem estabelecido Creighton 22,23 pela redução de AgNO3 com NaBH 4. AgNP polidispersidade foi então minimizada por meio de um TFU 3-passo através de um filtro de 50 nm (460 cm 2) para remover e AGNPS AgNP-agregados maiores que 50 nm, seguido por dois 100-kD (200 cm 2 e 20 cm 2) filtros concentrar as AGNPS. As amostras representativas foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão, UV-Vis espectrofotometria de absorção, espectroscopia Raman, e com plasma indutivamente acoplado espectroscopia de emissão óptica. O retentado final foi de altamente concentrado (4 ml, 8,539.9 ng ml -1) e ainda modesto agregado homogéneoAGNPS de 1-20 nm de diâmetro. Isto corresponde a um rendimento de concentração de prata de cerca de 62%.
1. Síntese de AGNPS coloidais
O mecanismo de reacção para o método de Creighton (ligeiramente modificado, de baixo custo) 22 é descrita em grande detalhe na Informação de apoio de referência Pavel et.al, juntamente com a hidrólise indesejada do lado da reacção de NaBH4 à temperatura ambiente ou mais elevada 23.
2. Caracterização de AGNPS coloidais
Um Cary 50 UV-VIS-NIR espectrofotômetro (Varian Inc.) e um sistema Raman LabRamHR 800 (Horiba Jobin Yvon, Inc.) equipado de um microscópio Olympus BX41 confocal Raman, foram utilizados para a caracterização AgNP. O Cary WinUV software, LabSpec v.5 e Origem 8,0 software foram utilizados para a coleta de dados e análise.
Nota: Os parâmetros de aquisição terão de ser optimizados fomodelos de instrumentação r outros.
Determinação de ressonância plasmon de superfície de AGNPS coloidais via UV-Vis
Teste de pureza do AGNPS coloidais via espectroscopia Raman
Devido à limitação de tempo da demonstração de vídeo (video 10-15 min) e a limitação de espaço do texto do protocolo (máximo 3 páginas), esta secção experimental não será gravada.
3. Seleção de tamanho e concentração de AGNPS coloidais através de ultrafiltração de fluxo tangencial (TFU)
A KrosFlo II Research filtragem sistema (Spectrum Laboratories, Rancho Dominguez, CA) foi utilizada para limitar a polidispersidade AgNP e concentrá-las a (Figura 2). Os três passos do processo de TFU foram: (1) tamanho-selecção de AGNPS e-AgNP agregados de 50 nm de diâmetro e maiores, usando um 50-nm MidiKros polissulfona módulo (460 cm 2), 2) Selecção do tamanho e da concentração de AGNPS de 1-20 nm de diâmetro, utilizando um 100-kD MidiKros filtro (200 cm 2), e (3) a redução de volume, usando uma MicroKros 100-kD de polissulfona de filtro (20 cm 2) (Figura 3).
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Passo 2
Passo 3
4. Quantificação do Valor de prata em AGNPS coloidais por plasma indutivamente acoplado Espectroscopia de emissão (ICP-OES)
Cada amostra foi quimicamente coloidal digerido e a quantidade de prata foi quantificado por ICP-OES, utilizando um espectrómetro A 710E (Varian Inc.). Uma curva de calibração linear de regressão para a prata (Figura 4), foi construído utilizando-se oito padrões de prata (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 ug L-1), os quais foram preparados a partir de um padrão ug ml 10000 prata -1 para análise de vestígios metálicos (Ultra Scientific).
5. Distribuição de tamanho de AGNPS coloidais através de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)
A Phillips EM 208S TEM foi usada para visualizar os AGNPS coloidais. Eletromicrografias foram captadas com uma câmera de alta resolução Gatan Bioscan e analisados em software ImageJ. 24
6. Resultados representativos
Síntese e caracterização de AGNPS coloidais
Quatro litros de AGNPS Creighton coloidais com êxito foram sintetizados utilizando a configuração mostrada na Figura 1A. O colóide final tinha uma cor amarela característica de ouro (Figura 1B). 22, 23 O espectro de absorção de UV-Vis desta colóide teve um típico afiada, simétrica de plasma de superfície de pico (SPR) a 394 nm (Figura 1C). O espectro de Raman do original Creighton colóide e final de 100 kD retentado apresentado apenas três modos de vibração, designadamente o de flexão (1640 cm-1) e simétricas e assimétricas modos de alongamento de H 2 O (3245 cm -1 e 3390 centímetros -1 , respectivamente) (Figura 1D).
TFU de AGNPS coloidais
A configuração TFU e o esquema do processo de TFU em 3 passos são ilustrados nas Figuras 2 e 3, respectivamente. No passo 1, um filtro de 50 nm (460 cm 2) foi utilizada para seleccionar e tamanho para remover AGNPS e AgNP-agregados de 50 nm de diâmetro e maior do colóide original (cerca de 100 ml de 50-nm de retentado). Este passo foi também acompanhado por uma redução de volume pequeno, de 4 L de colóide original para baixo para 3,9 L de 50-nm filtrado. Nenhuma etapa de ruptura ou fluxo de retrolavagem foi usado. A redução de volume maior (isto é, a remoção de água) foi obtida no passo 2, em que o filtrado de 50 nm foi subsequentemente executado através de um filtro de 100 kD (200 cm 2). A resultante de 100 kD retentado tinha um volume total de 50 ml. A maior parte dos subprodutos de síntese e os reagentes em excesso foram eliminados neste passo por meio do solvente de água (3,850 ml de 100-kD filtrado). Além disso, a concentração AgNP foi conseguida pelo additde iões de um terceiro passo de filtração com o procedimento relatado anteriormente. 19 Neste passo 3, um filtro de 100-kD de uma menor área de superfície (20 cm 2), reduziram o volume de 100-kD de retentado a 4,0 ml. As medições de MET irá demonstrar que esta final de 100 kD consiste principalmente de retentado inferiores AGNPS agregados de 1-20 nm de diâmetro.
ICP-OES e TEM de AGNPS coloidais
Uma curva de calibração linear de regressão (Figura 4) para a prata foi construído a partir de oito padrões (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 mg L-1). A quantidade de prata em cada uma das quatro amostras representativas coloidal foi então determinado a partir da curva de calibração de ICP-OES através de extrapolação: colóide inicial (15,2 ppm, a Figura 3A), 50-nm filtrado (14,1 ppm, Figura 3B), em primeiro lugar 100 - kD retentado (683,1 ppm, a Figura 3C) e final de 100 kD retentado (8,538.9 ppm, a Figura 3D).O rendimento real de 15,2 ppm é muito próximo do rendimento teórico típico de 15,4 ppm para a reacção de Creighton. A extrema concentração de AGNPS (4 ml de 8,538.9 ppm) foi refletido por uma mudança dramática na cor do amarelo ouro para o colóide original para marrom escuro para a final 100-kD retentado (Figura 3, inserções de imagens frasco). A qualidade dos filtros foi encontrada para ser crítico para o processo de TFU, em particular para o passo 1. As concentrações finais variaram de retentado 3,390.1 9,333.3 ppm ppm de acordo com a condição de os filtros (muito usado contra novo). Se a membrana poros tornar-se comprometida, AGNPS que têm diâmetros inferiores a 50 nm, também irá ser retido e subsequentemente diminuir a quantidade total de AGNPS que são recolhidos no filtrado. Optimização do processo de filtração de modo a incluir de controlo da pressão e limpeza adequada pode aumentar o tempo de vida dos filtros.
Representativos micrografias de TEM de o original Creighton colóide e o final de 100-kD de retentado (passo 3) são apresentados na Figura 5A e 5C, respectivamente. Em seu estado não agregado, AGNPS aparecem como áreas pretas redondas sobre um fundo cinza claro. Cerca de 800 AGNPS foram identificados nas micrografias de TEM de cada uma das duas amostras e foram analisados utilizando o software Image J. Uma partícula foi definida por um perímetro completo e fechado. Um valor limiar área foi fixado em 1,0 nm 2 de acordo com a resolução das micrografias de TEM. As contagens AgNP e dados de área foram então exportados para o Microsoft Excel e os diâmetros AgNP foram extrapolados. O diâmetro médio do AgNP colóide inicial e final de 100 kD retentado foram determinadas como sendo 9,3 nm e 11,1 nm, respectivamente. As medições do diâmetro das AGNPS foram exportados para o software Origin 8.0 e um histograma tamanho MET foi construído para cada amostra (Figura 5B e 5D).
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Figura 1. A) Síntese de configuração, B) Característica cor, C) de UV-Vis espectro de absorção, e D) o espectro de Raman da AGNPS Creighton coloidais.
Figura 2 instalação experimental para TFU A passos 1 e 2):. I) reservatório contendo AGNPS Creighton coloidais. II) reservatório para coleta de filtrado. III) Y-junção de tubos. IV) peristáltica cabeça da bomba. . V) Ou 50 nm ou 100 kD Midi Kros filtro B) Passo 3: I) o reservatório contendo AGNPS Creighton coloidais. II) reservatório para coleta de filtrado. III) de 100 kD Micro Kros filtro.
Fluxograma Figura 3. Que descreve o processo de TFU. As caixas azul-shaded marcar as suspensões coloidais de AGNPS coletados para análise posterior. P Vialhotographs mostra A) Original colóide lote, B) de 50-nm filtrado recolhido depois de processar o colóide original através do filtro de 50 nm (460 cm 2), C) de 100 kD retentado primeiro obtido após a redução do volume usando o 100-kD Midi Kros filtro (200 cm 2), e D) retentado final de 100 kD resultante da redução do volume usando o 100-kD Micro Kros filtro (20 cm 2). O 100-kD filtrado parece água.
Figura 4 ICP-OES calibração linear construído utilizando oito normas de prata:. 0, 3, 7, 10, 15, 25, 50 e 100 mg L-1.
Micrografias Figura 5. TEM de A) original Creighton AGNPS e C) Final 100-kD retido (barra de escala é100 nm). Histogramas tamanho TEM construído por análise de aproximadamente 800 AGNPS para B) AGNPS originais Creighton, e D) retentado final de 100 kD. A inserção na Figura 5B mostra a faixa de tamanho ampliado 41-75 nm para fins de comparação. Clique aqui para ver maior figura .
UV-Vis espectrofotometria de absorção e espectroscopia Raman de AGNPS coloidais
É bem conhecido que o número de picos de ressonância de plasmons de superfície no espectro de absorção de um colóide diminui à medida que a simetria dos aumentos AGNPS. Além disso, AgNP agregação conduz ao aparecimento de picos mais amplas ou vermelho-deslocado. 25,26 A presença de um único, afiada e simétrico SPR pico a 394 nm é indicativo de pequenos AGNPS esféricas de agregação mode...
Não há conflitos de interesse declarados.
Financiamento da Fundação Nacional de Ciência através da NUE em Engenharia e os Programas de o chefe do consórcio é reconhecido agradecimento.
O nitrato de prata (AgNO 3) | Acros Organics Inc. | CAS: 7761-88-8 | |
Boro-hidreto de sódio (NaBH4) | Acros Organics Inc. | CAS: 16940-66-2 | |
Ácido nítrico (HNO 3, Optima) | Fisher Scientific Inc. | A467-1 | Traçar grau metal para análise ICP |
10.000 mg ml -1 prata padrão, EnviroConcentrate | Ultra Científico | EUA-IAA-047 | |
KrosFlo Pesquisa II i Sistema de filtração de fluxo tangencial | Spectrum Laboratories Inc. | SYR2-U20-01N | |
0,05 uM 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 tubulação L / S Tamanho 17 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-17 | |
Masterflex C-Flex tubulação L / S Tamanho 14 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-14 | |
Cary 50 espectrofotômetro UV-VIS-NIR | Varian Inc. | ||
LabRam HR 800 sistema | Horiba Jobin Yvon Inc. | ||
Varian 710ES ICP-OES | Varian Inc. |
Tabela 1. Reagentes específicos e de equipamento.
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