Name: dispersion of nanomaterials in aqueous media: towards protocol optimization
Uploaded: 2017-12-25T13:00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization at JoVE.com

Forskningen førte til disse resultatene har mottatt finansiering fra NE/J010783/1. Prosjektet NanoValid har fått støtte fra EUs syvende Program for forskning og teknologisk utvikling demonstrasjon under grant avtalen nr. 263147.

Merk: Alle kjemikalier brukes som mottas uten ytterligere rensing. Bruk ultrapure vann gjennom hele studiet med en resistivitet av 18 MΩ·cm. Alle de forberedt dispersions lagres vanligvis på 5 ° C i mørket noen ytterligere karakteristikk eller framtidige stabilitet studier, men dette kan variere avhengig av materiell sammensetning og andre tilknyttede egenskaper som oppløsning. For eksempel er Ag NPs generelt stabile stund hvis lagret mellom 2-5 ° C sollys; men dynamiske endringer er bundet til å skje i suspensjoner og dispersions vil re agglomerate likevel og er kjent sediment ned med tiden. Analysere disse materialene ved hjelp av DLS, UV-vis, og TEM for kvalitet bekreftelse før biologiske testing4,5,13,14. En konsentrasjon av 0.02 mg/mL brukes til analyse nedenfor. Eksempel konsentrasjonen er egnet for analyse ved hjelp av DLS, UV-vis, plate sentrifuge, zeta potensial beregninger og TEM analyse.
1. kalibrering leverte strøm av Sonicators
Merk: Den effektive akustiske power levert til sonicated suspensjon er en viktig parameter for å få reproduserbar dispersions. Dette er forskjellig fra elektriske inn- eller utgangseffekt på generatoren angitt av produsenten som dette er den faktiske makt som er levert til suspensjon under sonication26. Blant mange metoder for beregning av effektiv leverte strøm er den mest brukte metoden calorimetry26. Dette kan være en enkel og effektiv måte for direkte måling makt levert til en suspensjon7. I denne metoden temperaturøkningen i væsken på en gitt sonicator sette inn over tid, og den effektive power levert beregnes ved hjelp av følgende ligning: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56074/56074eq1.jpg"> hvor P er den leverte akustisk power (W), er temperaturen (K), t tilsvarer tiden (s), CP er spesifikke varmen av væske (4.18 J/g· K for vann), og M er massen av væske (g).
<ol><li>
Kalibrering av leverte strøm av ultralyd probe utstyrt med en flaske diskanthøyttaler Merk: Metoden er tilpasset fra Taurozzi et al. 7 og følgende anbefales.<ol>
<li>Plasser en tom plast flaske på microbalance og Tara balansen.</li>
		<li>Fylle ampullen med 1,5 mL DI vann (resistivitet 18 MΩ·cm) og ta masse væske med balansen.</li>
		<li>Plasser ampullen i en av seks medisinglass hullene i høy intensitet del av ampullen diskant og dyppe en temperatur probe koblet til en digital temperatur meter med en klemme. Pass på at proben ikke touch veggene av ampullen og er ca 2 cm under flytende overflaten.</li>
		<li>Sett innstillingen medisinglass diskanthøyttaler på 24 kHz og 10 W (amplituden justering på 50%) og operere i kontinuerlig modus. Merk: Andre amplituden justeringer testet her er 70%, 90% og 100%.</li>
		<li>Registrere økningen i temperaturen for de første 5 min med et intervall på 30 s og sikre at ampullen eller satt opp ikke flytter posisjon.</li>
		<li>Opprette en temperatur kontra Tidsgraf i et regnearkprogram og få den beste lineære passformen for kurven ved hjelp av minste kvadrater regresjon.</li>
		<li>Få skråningen av grafen (som er fremveksten av temperatur over tid) og beregne kraften leveres ved hjelp av Formel 1. Gjenta eksperimentet tre ganger og få middelverdien.</li>
		<li>Gjenta fra trinn 1.1.1 - 1.1.4 for 70%, 90% og 100% amplituden innstillinger. Styrkeverdien Hentet ved hjelp av denne fremgangsmåten rapporteres under spredning prosedyren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kalibrering av leverte strøm av ultralydbad
	<ol>
<li>Plasser en tom plast flaske på microbalance og Tara balansen.</li>
		<li>Fylle ampullen med 1,5 mL DI vann (resistivitet 18 MΩ·cm) og ta masse væske med balansen.</li>
		<li>Plasser ampullen i ultralydbad halvparten dyppet i vann og fest den med en klemme. Legg en temperatur probe koblet til en digital temperatur meter med en klemme. Pass på at proben ikke touch veggene av ampullen og er ca 2 cm under flytende overflaten.</li>
		<li>Definer ultralydbad 40 KHz og 80 W og operere i kontinuerlig modus.</li>
		<li>Registrere økningen i temperaturen for de første 5 min med et intervall på 30 s og sikre at ampullen eller satt opp ikke flytter posisjon.</li>
		<li>Lage en temperatur kontra Tidsgraf i excel og få den beste lineære passformen for kurven ved hjelp av minste kvadrater regresjon.</li>
		<li>Få skråningen av diagrammet i et regnearkprogram (som er fremveksten av temperatur over tid) og beregne kraften leveres ved hjelp av Formel 1. Gjenta eksperimentet tre ganger og få middelverdien. Styrkeverdien Hentet ved hjelp av denne fremgangsmåten rapporteres under spredning prosedyren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. spredning prosedyre i vandig mediet bruker en ultralyd Probe utstyrt med en flaske diskanthøyttaler
<ol><li>Veie 2 mg av hver av de nødvendige nanopowder ved hjelp av en ren slikkepott til tre ren hetteglass. Etiketten dem som ampuller 1, 2 og 3.</li>
	<li>Pipetter ut 1 mL DI vann og legge langs veggene av hvert hetteglass. Lage en tykk pasta med hjelp av en ren tynne glass stang, så tilsett resten av vannet for å gjøre en siste konsentrasjon av 0,2 mg/mL. I tilfelle av en hydrofobe prøve, utføre før fukting bruker 1 mL av 0,5% vol/vol etanol og legge DI vann utgjør den nødvendig siste konsentrasjonen.</li>
	<li>Forsegle hvert hetteglass med sin lua og rist godt i den vannrette sirkelbevegelse å removeany nanopowder stikker til veggene av ampullen.</li>
	<li>Plasser tre ampullene i den ultralyd proben utstyrt med en flaske diskant og bruke den første sonication behandlingen i 2 minutter på 1.1 W i pulserende modus (1 s/1 s, hvilke betyr 1 s på og 1 s av). Dette vil gi en temperaturøkning på ca 4 ° C i spredning.</li>
	<li>Ta ut medisinglass 1 og pipette ut en passende mengde aliquot fra toppen av ampullen, fortynne den med DI vann til en konsentrasjon av 0.02 mg/mL. Karakterisere utvannet spredning for størrelse, partikkel størrelsesDistribusjon, form, agglomeration og zeta potensial med en rekke gratis teknikker som DLS, TEM, UV-vis og ELS (omtalt i § 4). Registrere og dokumentere målingene nøyaktig.</li>
	<li>Pause i 10 min fra trinn 2.4 tillate kjøling av prøven og unngå noen brå temperaturøkning i systemet. Bruke andre sonication behandling ampuller 2 og 3 til 4 minutter til de samme innstillingene amplitude og pulserende modus. Ta ut medisinglass 2, Gjenta trinn 2.5 og dokumentere målingene etter 6 min av sonication.</li>
	<li>Pause i 10 min, en tredje sonication behandling gjelder medisinglass 3 for en annen 4 min og Følg trinn 2.5. Registrere og dokumentere målinger på 10 min av sonication (omtalt i § 4). Merk: Labfrakker, hansker og beskyttelsesbriller må brukes ved håndtering av suspensjoner av nanopartikler. Sonicator må plasseres i akustisk kabinett under lengre eksperimenter, og høy beskyttelse Ørevarmere må brukes når du arbeider nærmere til ultralyd kilden.</li>
</ol>3. spredning prosedyre i vandig mediet bruker ultralydbad
<ol><li>Veie 2 mg av hver av de nødvendige nanopowder ved hjelp av en ren slikkepott i fire ren hetteglass og merke dem som ampuller 4, 5, 6 og 7.</li>
	<li>Pipetter ut noen dråper DI legge langs veggene av hvert hetteglass, og lage en tykk pasta med hjelp av ren tynne glass stang. Deretter tilsett resten av vannet for å gjøre en siste konsentrasjon av 0,2 mg/mL i hvert hetteglass. Merk: I tilfelle av en hydrofobe prøve, pre fukting gjøres med 1 mL av 0,5% vol/vol etanol og deretter DI vann legges til utgjør den nødvendig siste konsentrasjonen.</li>
	<li>Forsegle hvert hetteglass med sin lua og rist godt i den vannrette sirkelbevegelse å fjerne noen nanopowder stikker til veggene av ampullen.</li>
	<li>Plasser fire ampullene i ultralydbad med hetteglass halvparten dyppet i vann og bruke den første sonication behandlingen på 80 W i 15 min ved romtemperatur. Dette vil gi en temperaturøkning på rundt 3 ° C i spredning.</li>
	<li>Fjerne medisinglass 4 fra ultralydbad og Pipetter ut en passende mengde aliquot fra toppen av ampullen fortynne den med DI vann til en konsentrasjon av 0.02 mg/mL og karakterisere utvalget for størrelse, partikkel størrelsesDistribusjon, form, agglomeration og zeta potensialet ved hjelp av en rekke gratis teknikker som DLS, TEM, UV-vis og ELS (omtalt i § 4). Registrere og dokumentere målinger.</li>
	<li>Endre vannet i ultralydbad og andre sonication behandling gjelder ampuller 5, 6 og 7 for en annen 15 min på de samme innstillingene (80 W). Fjerne medisinglass 5, Følg fremgangsmåten 3.5 for karakterisering og dokumentere målingene 30 minutter av sonication.</li>
	<li>Endre vannet i ultralydbad (for å unngå eventuelle videre temperaturøkning) og en tredje sonication behandling av en annen 30 min gjelder ampuller 6 og 7 på de samme innstillingene med en liten pause i endring av vann igjen på 15 min. Fjern medisinglass 6 og Følg trinn 3.5. Registrere og dokumentere målinger 1t av sonication.</li>
	<li>Endre vannet igjen i ultralydbad hvert 15 min, og gjelder en fjerde sonication behandling for medisinglass 7 for en time å holde for konstant. Ta ut medisinglass 7 Følg fremgangsmåten 3.5 for komplett karakterisering og registrere målinger på 2t av sonication.</li>
</ol>4. karakterisering av spredt prøvene på ulike tidspunkt
<ol><li>Størrelse karakterisering ved hjelp DLS 27<ol>
<li>Åpne DLS programvare. Opprette en størrelse mål fil som kan være individualisert for en bestemt nanomaterial (inkludert en for en standard) med brytningsindeks verdien fra Malvern manualen. I tillegg inn andre data som kreves av programvaren, for eksempel verdier for absorpsjon og viskositet, og også type dispergerings.</li>
		<li>Angi i eksperimentet forhold for prøven, som 2 min balanse tid, 20 ° C temperatur, cuvette skriver som lavt volum disponibel cuvette og eksperimentere kjører i automatisk modus. Trykk fil | Lagre (lagre med ønsket navn).</li>
		<li>Trykk "fil | Åpne nye målet"og et DLS bekreftelse test ved å bruke standard latex perler med en nominell størrelse 100 nm å kvalifisere instrumentytelsen<ol>
<li>Bruk lavt volum disponibel søppel. Injisere 1 mL av utvalget med sprøyte eller Pipetter for å unngå eventuelle luftbobler. Merk: Rengjør cuvettes med etanol og DI vann før bruk.</li>
			<li>Sett inn cuvette i maskinen. Klikk på knappen "start" i filen mål-panelet. Merk at dette equilibrate prøven i 2 minutter og ta målinger på 20 ° C. Merk: Hvis prøver er tidligere lagret i kjøleskapet, Tillat dem å nå romtemperatur før bruk.</li>
			<li>Samle minst fem mål i automatisk modus og ta gjennomsnittet av målene rapportere størrelsen ved å velge alle målene og klikker "gjennomsnittlig" fra toppanelet. Eksportere data til excel for videre analyse.</li>
			<li>Rapport etter diameter som Z-gjennomsnittet, med PdI bredden som representerer standardavviket for Z-gjennomsnittet ved en monomodal distribusjon28. I tilfelle en betydelig avvik mellom Z-gjennomsnittet og gjennomsnittet av intensitet-vektet størrelsesDistribusjon, som er tegn på polydispersity eller agglomeration, er gjennomsnittet av intensitet-vektet størrelse distribusjon resultatet notert med en kommentar på sample status.</li>
			<li>Gjenta trinn 4.1.3 for nye målene. Merk: DLS er ikke en passende teknikk for analyse av ikke-ideelle prøver. Med dette mener vi prøver som er ikke-sfæriske partikler på høy polydispersity, omfattende agglomeration, sedimentering, etc. gjentatte målinger kan føre til unøyaktige lesninger på grunn av sedimentering/settling partikler. I slike tilfeller anbefales andre gratis teknikker som platen sentrifugering, som kan brukes til å vurdere spredning på en kvalitativ måte.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>StørrelsesDistribusjon av platen sentrifugering
	<ol>
<li>Åpne CPS programvare. Velg "Prosedyre definisjon", innlegge eksempel SOP navnet øverst og fylle eksempel parameterne som minimum og maksimum diameter, partikkel tetthet, brytningsindeks, absorpsjon og ikke-sphericity faktor29.<ol>
<li>For eksempel for ZnO nanopartikler, angir 0,1 mikron og 1.0 mikron i kategoriene minimum og maksimum diameter henholdsvis, angi 5,61 g/mL i partikkel tetthet, 2.1 i delen brytningsindeks 0,001 i partikkel absorpsjon, og 1 i den ikke-sphericity delen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Fyll kalibreringen Standarddetaljer basert på PVC på topp diameter 0.377 µm med en partikkel tetthet av 1.385 g/mL. Også fylle ut væske parametere (sukrose, flytende tetthet 1.04 g/ml og væske brytningsindeks på 1,35), og navnet og lagre prosedyren.</li>
		<li>Valgte den valgte prosedyren (SOP lagret i trinn 4.2.1) og injisere første gradient nivå, 1.6 mL av sukrose (24%) i hullet gjennom platen og presse 'starte'. Merk: Rollen av sukrose her er å etablere en tetthet gradert i platen mens spinning med en konstant fart. Dette beregnede plate hastigheten avhengig av størrelse området.</li>
		<li>Vente til programvaren når den automatisk beregnede RPM (rotasjoner per minutt). Stabilisere sedimentering ved å injisere en gradering av sukrose (8% lav tetthet og 24% høy tetthet, se tabell 1), 1.6 mL totalt volum hver gang starter med høyeste tetthet og slutter med den laveste tetthet løsningen. Merk: Her vi markerer 8% sucrose løsning så lavt og 24% sucrose løsning så høyt. De er blandet i følgende volumer (totalt volum 1.6 mL hver gang) og injisert i platen én etter én til en forløpning er dannet.<ol>
<li>Denne injisere 1,0 mL av dodecane cap væske som hjelper opprettholde forløpningen i platen i minst 6 h. Tillat plate sentrifuge til equilibrate 1t.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Velg "Drive analyzer" introdusere prøve-ID, og trykk start. Injisere 0,2 mL standard med 1 mL sprøyte i platen og trykk på mellomromstasten samtidig. Deretter injisere 0,2 mL prøven og trykker mellomromstasten samtidig. Vent til målingen til Fullfør og klikk deretter på neste utvalg.</li>
		<li>Bruk platen sentrifuge kontroll systemprogramvare å kjøpe og behandle data. For dette, klikk "hente distribusjon" og klikk på prøven navnet; Dette åpner størrelse distribusjon grafen for prøven. Eksportere data til et regneark manager.</li>
	</ol></li>
	<li>Dispersjon stabilitet studie med UV-vis spektroskopi Merk: UV-vis spektroskopi brukes ofte til å forstå suspensjon stabilitet og aggregering ved å nøye observere endringene i topp intensitet, spectral skjevfordeling, spectral form samt bølgelengden skifte i absorpsjon spektrum4. Detaljerte trinn er som følger:<ol>
<li>Åpne UV-vis spektrofotometer programvaren og klikk "spektrum scan"30.</li>
		<li>Bruk standard kvarts søppel (semi microrectangular kvarts celle 100 mm, 190-2700 nm). Injisere 2-3 mL utvalget med en pipette.<ol>
<li>Før bruk, vask cuvettes med 50% salpetersyre på 10 min og deretter vaske tre ganger med renset vann. Skyll med aceton, fjerne overflødig og lufttørke.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Forhåndsinnstilte instrument innstilling mellom 700 nm til 200 nm wavelength bølgelengde kategorien ved å klikke "Instrument" på toppen av programvare panelet og "set bølgelengde".</li>
		<li>Klikk "baseline". Bakgrunnen trekker hver spektrum med en tilsvarende "Tom" dvssøppel fylt med bare spre medium, som i dette tilfellet vann. Merk: Ved hydrofobe prøver, lignende forholdet etanol: vann er brukt som dispersing medium.</li>
		<li>Samle minst tre individuelle spectra på hver prøve ved å klikke "Instrument | Egenskapen", og angi '3' av spectra. Ta gjennomsnittsverdiene for analyse. Lagre dataene og eksportere data for videre analyse.</li>
	</ol></li>
	<li>Zeta potensielle mål med ELS
	<ol>
<li>Åpne DLS programvare. Opprette en zeta potensielle mål fil som kan være individualisert for en bestemt nanomaterial med brytningsindeks verdien fra Malvern manualen. Angi annen informasjon som kan kobles til den programvaren f.eksabsorpsjon, viskositet og type dispergerings som finnes i kategorien for eksempel innstillingen klikk "fil | Lagre"og lagre til det ønskede navnet.</li>
		<li>Klikk "fil | Åpne nye målet"og Bekreft instrumentytelsen ved hjelp av en referanse standard DTS 1235 (zeta potensielle standard). Dette er en polystyren latex standard i vandig buffer ved pH 9 og et zeta potensial for-42 ± 4.2 mV.</li>
		<li>Forberede prøven i en sprøyte minst 1 mL kapasitet. Bruk en engangs foldet kapillær celle utstyrt med en elektrode i hver side til zeta potensielle målinger. Nøye injisere prøven i kapillær cellen gjennom en av portene på kapillære celle sjekke at det ikke er noen bobler.<ol>
<li>Når prøven begynner å dukke opp fra den andre enden, sett stoppers og fjerne væske som kan søler på elektrodene. Rengjør cuvettes grundig med etanol og DI vann.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sett inn brettet kapillær cellen i maskinen. Equilibrate i 2 minutter og hente målinger på 200 ° C med mindre angitt. Hvis spredning prøver er tidligere lagret i kjøleskapet, tillate spredning prøvene til romtemperatur før bruk.</li>
		<li>Samle minst fem mål i automatisk modus og rapportere gjennomsnitt zeta potensielle verdien. Eksportere data, analysere17,18 (vanligvis zeta potensielle verdien under -25 mV og over 25 mV regnes som stabil), og tolke tilkoblet eller frakoblet.</li>
	</ol></li>
	<li>Morfologiske karakterisering ved hjelp TEM
	<ol>
<li>Bruke rutenett (300 mesh) holey karbon filmer for eksempel utarbeidelse. Legg en dråpe spredning prøven (ca 0,1 mL, 0.02 mg/mL) på et rent rutenett.</li>
		<li>Tillate å luften tørr i omgivelsesforhold stund holder rutenettene dekket for å hindre luftbåren forurensning.</li>
		<li>Vask rutenett med svært rent vann for å fjerne eventuelle tørking effekter, og underlagt TEM bildebehandling. Merk: Tillegg av spredning slipp på rutenettet øker konsentrasjonen av partikler på rutenettet overflaten dermed fører til attraktive mellom partikkel styrker. Ujevn tørking kan føre til gjenstander. En liten skylling med ultra ren vann eliminerer denne risikoen, og er nyttig for en ensartet tørking av rutenett31.</li>
		<li>Bildene i dm3 format og senere undersøke dem frakoblet ved hjelp TEM programvare. Merk: Bilder kan brukes til å utlede utfyllende informasjon rundt partikkelstørrelse, struktur og form. Filene konverteres til tiff, hvor kvantifisering på egenskaper som størrelse kan utføres.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
	<li>Yin, L., Wang, Y., Pang, G., Koltypin, Y., Gedanken, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonochemical+Synthesis+of+Cerium+Oxide+Nanoparticles-Effect+of+Additives+and+Quantum+Size+Effect.">Sonochemical Synthesis of Cerium Oxide Nanoparticles-Effect of Additives and Quantum Size Effect.</a> J Colloid Interface Sci. 246 (1), 78-84 (2002).</li><li>Mandzy, N., Grulke, E., Druffel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breakage+of+TiO2+agglomerates+in+electrostatically+stabilized+aqueous+dispersions.">Breakage of TiO2 agglomerates in electrostatically stabilized aqueous dispersions.</a> Powder Technol. 160, (2005).</li><li>Nickel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+light-scattering+measurement+comparability+of+nanomaterial+suspensions.">Dynamic light-scattering measurement comparability of nanomaterial suspensions.</a> J Nanopart Res. 16 (2), 12 (2014).</li><li>Ray, T. R., Lettiere, B., de Rutte, J., Pennathur, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Characterization+of+the+Colloidal+Stability+of+Metallic+Nanoparticles+Using+UV-vis+Absorbance+Spectroscopy.">Quantitative Characterization of the Colloidal Stability of Metallic Nanoparticles Using UV-vis Absorbance Spectroscopy.</a> Langmuir. 31 (12), 3577-3586 (2015).</li><li>Jiang, J., Oberd&#246;ster, G., Biswas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+size,+surface+charge,+and+agglomeration+state+of+nanoparticle+dispersions+for+toxicological+studies.">Characterization of size, surface charge, and agglomeration state of nanoparticle dispersions for toxicological studies.</a> J Nanopart Res. 11, (2009).</li><li>Wu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersion+Method+for+Safety+Research+on+Manufactured+Nanomaterials.">Dispersion Method for Safety Research on Manufactured Nanomaterials.</a> Industrial Health. 52 (1), 54-65 (2014).</li><li>Taurozzi, J. S., Hackley, V. A., Wiesner, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+dispersion+of+nanoparticles+for+environmental,+health+and+safety+assessment+-+issues+and+recommendations.">Ultrasonic dispersion of nanoparticles for environmental, health and safety assessment - issues and recommendations.</a> Nanotoxicology. 5 (4), 711-729 (2011).</li><li>Sesis, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Acoustic+Cavitation+on+the+Controlled+Ultrasonic+Dispersion+of+Carbon+Nanotubes.">Influence of Acoustic Cavitation on the Controlled Ultrasonic Dispersion of Carbon Nanotubes.</a> J Phys Chem B. 117 (48), 15141-15150 (2013).</li><li>Farr&#233;, M., Gajda-Schrantz, K., Kantiani, L., Barcel&#243;, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecotoxicity+and+analysis+of+nanomaterials+in+the+aquatic+environment.">Ecotoxicity and analysis of nanomaterials in the aquatic environment.</a> Anal Bioanal Chem. 393 (1), 81-95 (2009).</li><li>Mandzy, N., Grulke, E., Druffel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breakage+of+TiO2+agglomerates+in+electrostatically+stabilized+aqueous+dispersions.">Breakage of TiO2 agglomerates in electrostatically stabilized aqueous dispersions.</a> Powder Technol. 160 (2), 121-126 (2005).</li><li>Mei&#223;ner, T., Oelschl&#228;gel, K., Potthoff, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersion+of+nanomaterials+used+in+toxicological+studies:+a+comparison+of+sonication+approaches+demonstrated+on+TiO2+P25.">Dispersion of nanomaterials used in toxicological studies: a comparison of sonication approaches demonstrated on TiO2 P25.</a> J Nanopart Res. 16 (2), 1-13 (2014).</li><li>Cronholm, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+sonication+and+serum+proteins+on+copper+release+from+copper+nanoparticles+and+the+toxicity+towards+lung+epithelial+cells.">Effect of sonication and serum proteins on copper release from copper nanoparticles and the toxicity towards lung epithelial cells.</a> Nanotoxicology. 5 (2), 269-281 (2011).</li><li>Murdock, R. C., Braydich-Stolle, L., Schrand, A. M., Schlager, J. J., Hussain, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Nanomaterial+Dispersion+in+Solution+Prior+to+In+Vitro+Exposure+Using+Dynamic+Light+Scattering+Technique.">Characterization of Nanomaterial Dispersion in Solution Prior to In Vitro Exposure Using Dynamic Light Scattering Technique.</a> Toxicol Sci. 101 (2), 239-253 (2008).</li><li>Bihari, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+dispersion+of+nanoparticles+for+biological+in+vitro+and+in+vivo+studies.">Optimized dispersion of nanoparticles for biological in vitro and in vivo studies.</a> Particle Fibre Toxicol. 5 (1), 1-14 (2008).</li><li>Hartmann, N. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Techniques+and+Protocols+for+Dispersing+Nanoparticle+Powders+in+Aqueous+Media-Is+there+a+Rationale+for+Harmonization?.">Techniques and Protocols for Dispersing Nanoparticle Powders in Aqueous Media-Is there a Rationale for Harmonization?.</a> J Toxicol Environ Health, B. 18 (6), 299-326 (2015).</li><li>Murdock, R. C., Braydich-Stolle, L., Schrand, A. M., Schlager, J. J., Hussain, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+nanomaterial+dispersion+in+solution+prior+to+in+vitro+exposure+using+dynamic+light+scattering+technique.">Characterization of nanomaterial dispersion in solution prior to in vitro exposure using dynamic light scattering technique.</a> Toxicol Sci. 101, (2008).</li><li>Hunter, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Zeta Potential in Colloid Science: Principles and Applications. , (1981).</li><li>Lyklema, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Interface and Colloid Science. , (1991).</li><li>Sikora, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+comparison+of+different+techniques+to+determine+the+zeta+potential+of+silica+nanoparticles+in+biological+medium.">A systematic comparison of different techniques to determine the zeta potential of silica nanoparticles in biological medium.</a> Analytical Methods. 7 (23), 9835-9843 (2015).</li><li>Lamberty, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlaboratory+comparison+for+the+measurement+of+particle+size+and+zeta+potential+of+silica+nanoparticles+in+an+aqueous+suspension+DISCUSSION.">Interlaboratory comparison for the measurement of particle size and zeta potential of silica nanoparticles in an aqueous suspension DISCUSSION.</a> J Nanopart Res. 13 (12), 7317-7329 (2011).</li><li>Taurozzi, J. S., Hackley, V. A., Weisner, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NIST Special Publication. Vol. 1200-1. , (2012).</li><li>Taurozzi, J. S., Hackley, V. A., Weisner, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NIST Special Publication. Vol. 1200-2. , (2012).</li><li>Taurozzi, J. S., Hackley, V. A., Weisner, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NIST Special Publication. Vol. 1200-3. , (2012).</li><li>Taurozzi, J. S., Hackley, V. A., Wiesner, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardised+approach+for+the+dispersion+of+titanium+dioxide+nanoparticles+in+biological+media.">A standardised approach for the dispersion of titanium dioxide nanoparticles in biological media.</a> Nanotoxicol. 7 (4), 389-401 (2013).</li><li>Yamaguchi, K. -. i., Matsumoto, T., Kuwata, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proper+calibration+of+ultrasonic+power+enabled+the+quantitative+analysis+of+the+ultrasonication-induced+amyloid+formation+process.">Proper calibration of ultrasonic power enabled the quantitative analysis of the ultrasonication-induced amyloid formation process.</a> Protein Sci. 21 (1), 38-49 (2012).</li><li>Maxit, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle size measurements of dark and concentrated dispersions by dynamic light scattering. , (2010).</li><li>Darlington, T. K., Neigh, A. M., Spencer, M. T., Guyen, O. T. N., Oldenburg, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+characteristics+affecting+environmental+fate+and+transport+through+soil.">Nanoparticle characteristics affecting environmental fate and transport through soil.</a> Environ Toxicol Chem. 28 (6), 1191-1199 (2009).</li><li>Mejia, J., Lucas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Protocol for the particle determination of a given MNM by the centrifuge liquid sedimentation (CLS) technique. , (2015).</li><li>Jenway. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Model 6305 Spectrophotometer. , (2014).</li><li>Michen, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Avoiding+drying-artifacts+in+transmission+electron+microscopy:+Characterizing+the+size+and+colloidal+state+of+nanoparticles.">Avoiding drying-artifacts in transmission electron microscopy: Characterizing the size and colloidal state of nanoparticles.</a> Sci Rep. 5, 9793 (2015).</li><li>Contamine, R. F., Wilhelm, A. M., Berlan, J., Delmas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power+measurement+in+sonochemistry.">Power measurement in sonochemistry.</a> Ultrason Sonochem. 2 (1), S43-S47 (1995).</li><li>Kimura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+ultrasonic+power+for+sonochemical+reaction.">Standardization of ultrasonic power for sonochemical reaction.</a> Ultrason Sonochem. 3 (3), S157-S161 (1996).</li><li>Raso, J., Ma&#241;as, P., Pag&#225;n, R., Sala, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+different+factors+on+the+output+power+transferred+into+medium+by+ultrasound.">Influence of different factors on the output power transferred into medium by ultrasound.</a> Ultrason Sonochem. 5 (4), 157-162 (1999).</li><li>Matarredona, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersion+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Aqueous+Solutions+of+the+Anionic+Surfactant+NaDDBS.">Dispersion of Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions of the Anionic Surfactant NaDDBS.</a> J Phys Chem B. 107 (48), 13357-13367 (2003).</li><li>Jiang, L., Gao, L., Sun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+aqueous+colloidal+dispersions+of+carbon+nanotubes.">Production of aqueous colloidal dispersions of carbon nanotubes.</a> J Colloid Interface Sci. 260 (1), 89-94 (2003).</li><li>Jensen, K. A., Kembouche, Y., Christiansen, E., Jacobsen, N. R., Wallin, H., Guiot, C., Spalla, O., Witschger, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The generic NANOGENOTOX dispersion protocol-Standard operation procedure (SOP). , 32 (2011).</li><li>Jacobsen, N. R., Pojano, G., Wallin, H., Jensen, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterial+dispersion+protocol+for+toxicological+studies+in+ENPRA.">Nanomaterial dispersion protocol for toxicological studies in ENPRA.</a> Internal ENPRA Project Report. , (2010).</li><li>PROSPEcT. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Protocol for nanoparticle dispersion. , (2010).</li><li>Mavrocordatos, D., Pronk, W., Boller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+environmental+particles+by+atomic+force+microscopy,+scanning+and+transmission+electron+microscopy.">Analysis of environmental particles by atomic force microscopy, scanning and transmission electron microscopy.</a> Water Sci Technol. 50 (12), 9-18 (2004).</li><li>Moon, Y. K., Lee, J., Lee, J. K., Kim, T. K., Kim, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Length-Controlled+Aerosol+Carbon+Nanotubes+and+Their+Dispersion+Stability+in+Aqueous+Solution.">Synthesis of Length-Controlled Aerosol Carbon Nanotubes and Their Dispersion Stability in Aqueous Solution.</a> Langmuir. 25 (3), 1739-1743 (2009).</li><li>Cheng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Multiwalled+Carbon+Nanotubes+Dispersing+in+Water+and+Association+with+Biological+Effects.">Characterization of Multiwalled Carbon Nanotubes Dispersing in Water and Association with Biological Effects.</a> J Nanomat. 2011, 12 (2011).</li><li>Dassios, K. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+Sonication+Parameters+for+Homogeneous+Surfactant-Assisted+Dispersion+of+Multiwalled+Carbon+Nanotubes+in+Aqueous+Solutions.">Optimization of Sonication Parameters for Homogeneous Surfactant-Assisted Dispersion of Multiwalled Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions.</a> J Phys Chem C. 119 (13), 7506-7516 (2015).</li><li>Domingos, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+Manufactured+Nanoparticles+in+the+Environment:+Multimethod+Determination+of+Particle+Sizes.">Characterizing Manufactured Nanoparticles in the Environment: Multimethod Determination of Particle Sizes.</a> Environ Sci Technol. 43 (19), 7277-7284 (2009).</li></ol>

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomisk interesse. IK EVJ fellesskap unnfanget studien med IK'S design, utført eksperimenter, analyserte data og forberedt manuskriptet. LJE og IR utført TEM avbilding. SA, MLM og MC levert CNTs, og resten av medforfattere diskuterte og kommenterte på manuskriptet på alle stadier og RT bidratt til redigering av manuskriptet.

Det endelige målet med undersøkelsen er å utvikle en strategi som ville tillate identifikasjon av optimale sonication forutsetninger for at dispersions av et valgt antall nanomaterialer i vann. Forsøkt her å nøye dokumentere protokollen trinnene og parametere under sonication for å oppfylle hullene tidligere identifisert i vurderinger også om følge anbefalingene er gjort i de siste15. Optimal spredning betingelsene identifiseres karakterisere dispersions etter hver sonication syklus og utvalg stabilitet og ensartethet. Virkningen av sonication prosedyrer og stabilitet status vurderes basert på de karakteristiske endringene i mekanisk-nøkkelegenskaper for nanomaterialer, som bestemmes av ulike analytiske teknikker: DLS, ELS, UV-vis og TEM. Gjeldende protokollen er en tilpasset metodikk for spredning av nanomaterialer fra siste litteraturen og andre forskning prosjekter21,22,37,38,39 med noen endringer og forbedringer nøkkel hull, skritt og deres anvendbarhet til bredere nanomaterialer av lignende overflate profil7. Forsiktig justeringer er imidlertid nødvendig med hensyn til deres sonication tid, styrke og type for sin søknad til andre nanomaterialer. Videre arbeid må også etablere en sammenheng mellom sonication prosedyre og biologiske aktivitet nanomaterialer. Seks forskjellige typer nanomaterial dispersions evalueres og forhold, hovedsakelig for sin stabilitet, bruker ultralydbad og en ultralyd probe utstyrt med en flaske diskanthøyttaler på angitt tidspunkt. For å opprettholde suspensjon renhet og noen utilsiktede endringer forårsaket på grunn av forurensning, unngås sonde sonication her. I hetteglass diskant holdes hetteglass lukket. Dette eliminerer eventuelle krysskontaminering av prøvene.
Kalibrering av sonicators er en nøkkelfaktor siden det finnes en rekke sonicators med forskjellige frekvenser, amplitude og krefter. For å bestemme effektiv akustisk energi levert til suspensjon, utføres kalibrering av sonicators ved hjelp av calorimetry. Akustisk kraften leveres for 70% amplituden innstillingen for medisinglass diskant og som for 100% ultralydbad innstillingen er beregnet til < 1 W (0,75 ± 0,04 W og 0.093 ± 0,04 W, henholdsvis). Men ytelser angitt av produsentene for medisinglass diskant og bad sonicator er 200 W og 80 W, henholdsvis. Dette angir at til tross for den høye strømkilden, mesteparten av energien som går tapt ved generering av cavitational bobler og bare en liten brøkdel faktisk leveres til spredning under behandling26. Nyere studier har understreket viktigheten av cavitational Målestyring sammenlignet med inngangseffekt av sonicator for en bedre spredning kontroll under sonication8. Metodene vises lovende for kontrollert spredning av svært delikat nanomaterialer som CNTs og anbefales for framtidige studier.
Hver teknikk som brukes i studien er basert på en annen måte med begrensninger til alle. Distribusjonslister er ikke en ideell teknikk for ikke-sfærisk suspensjoner som svært polydisperse systemer. Under slike forhold anbefales DCS på grunn av høy oppløsning, nøyaktighet og presisjon40. DCS kan helt skille svært smale størrelse distribusjon topper som avviker ved så lite som 3%. TEM gir direkte bilder av nanopartikler og er et flott verktøy for fastsettelse av aggregering, spredning, størrelsen og formen på partikler, men teknikken krever eksempel tørking som kan føre til gjenstander41. Dette kan fjernes ved å vaske rutenett med ultrapure vann som omtalt i trinn 4.5.3.
Blant andre fremhever metodikken noen avgjørende skritt som type ampuller brukes i protokollen, nedsenking dybde og plasseringen av ampullene i ultralydbad samt medisinglass diskant. Temperaturkontroll av systemet under omrøring er en viktig parameter. Hyppige vannbytter i ultralydbad og pulserende modus kjører i hetteglass diskanthøyttaler anbefales å unngå noen heten bygge under sonication, og dermed unngår noen eksempel endringer. Pre wetting trinnet for hydrofobe prøver som sink oksid bidrar til spredning av partikler, men dette kan forårsake noen uønskede endringer. Sonication tid og energi som bør være høyt nok til å fjerner agglomerate partikler, men ikke for mye at det bryter partikler. Resultatene indikerer at samlingen av planeter brudd er avhengig partikkel type.
Våre funn markere betydningen av har en detaljert spredning protokoll, som resultatene viser at fysikalsk-kjemiske egenskaper kan potensielt endres under sonication prosessen, som regulert av faktorer som sonicator type sonication varighet tid og power output. Resultatene har vist at prøven integritet er potensielt kompromittert på høyere intensitet agitasjon. Resultatene viser at CNTs er svært følsomme for omrøring, så skader er svært sannsynlig når sonication varighet og styrke er endret. Nær optimale innstillingene for spredning av CNTs er mellom 2-15 min med ultralydbad og bare 2 minutter med den ultralyd proben. Men kan ultrasonication fremdeles ha forårsaket noen nanotube shortenings, som ikke kan kvantifiseres nøyaktig her. Distribusjonslister kan ikke være en ideell teknikk for karakterisering av CNTs men det fortsatt kan gi etter diameter for nanorør og disse dataene kan være informativ av forskjellene i lengden distribusjoner av CNTs blant ulike eksempler16, 42,43. Tidligere studier viser at spredning protokollen for CNTs kan forbedres ved tilsetning av tensider som surfactant molekyler absorberes på nanotube monolayer, noe som gir en barriere for brudd på grunn av sonication35, 44. men dette kan ikke sammenlignes direkte til stede protokollen som ingen tensider er involvert i dette tilfellet. Det er viktig å merke seg at sikre lengde størrelsesDistribusjon ved CNTs er svært viktig, som størrelsesforholdet er ofte forbundet med visse toksikologiske svar. I kontrast, CeO2 ga enn CNTs, i som langvarig sonication ganger ultralydbad eller sonde, føre til dannelse av primære partikler. Forskjellen i funn mellom CNT og CeO2 fremhever betydningen å skreddersy spredning protokoller f.eks, optimalisere sonication tid og strøm utgang, i henhold til starter materiale dvs, type nanomaterial pulver. Hver nanomaterial pulver prøven er forskjellig, som det vil være forskjellige grader av agglomeration innen pulveret seg. I visse tilfeller resultert de agglomeration prosessen har i den de agglomeration opp primære partikler nivå, som tydelig av fremveksten av andre formet partikler i TEM bilder, som ikke var synlig før sonication trinnet. Langvarig sonication resulterte i kontinuerlig bryte cerium-oksid agglomerates i forskjellige vinkler dermed fører til mangesidig partikler.
Når det gjelder kommersielt kjøpte vandig utvalg av Ag NPs dispersions understreke våre funn også behovet for langsiktig stabilitet og ensartethet vurdering. Det er en nød å sikre at dispersions har vært tilstrekkelig preget før å bruke, spesielt i tilfeller av langsiktig lagring. Imidlertid har nanomaterialer kort holdbarhet. De alder med tid og oppføre seg annerledes etter langtidslagring sammenlignet med en nylaget spredning.
Resultater her fremheve behovet for en harmonisert strategi for å identifisere en optimalisert protokoll for ulike nanomaterialer. Presentert foreslåtte strategien er å utføre forskjellige varianter i metoden sonication og å sikre at dispersions på ulike tidspunkt kjennetegnes tilstrekkelig med komplementære analytiske metoder. Vekt på bruk av en multi-metoden tilnærming til karakterisere og overvåke spredning kvalitet gjennom tid og annen eksperimentelle forhold har blitt fremhevet av siste arbeidere45. Selv om ulike metoder for sonication har blitt presentert for å imøtekomme til bestemte nanomaterial spredning i studien, kan potensielt de brukes som grunnlag til å spre andre metall og metall oksid nanomaterialer (av lignende overflate egenskaper) i vann. Men krever har noen endring i enten nanomaterial type eller flytende medium behovet for å optimalisere den grunnleggende protokollen, som kan gjøres med forsiktig justering av ulike faktorer f.ekssonication tid, styrke og sonicator type. Uansett hva protokoll er valgt og identifisert som optimalt, det er alltid har en detaljert rapport på ordningen og step-wise rekke prosedyren sonication spredning. Dette er viktig å forbedre interpretability og sammenlignbarhet. Et av programmene i denne protokollen er å forenkle data sammenlignbarhet blant andre laboratorier fører til en harmonisert og standardisert tilnærming for fremtidige studier. Parameterne for gjeldende metodikk og kontroll kan benyttes for andre dispersing medier fra vann og sammenligninger kan trekkes på et enkelt tilfelle.

Sonication er prosessen med å generere cavitations, som innebærer etableringen, vekst, og kollaps bobler (ofte kalt aktiveringspunkt) dannet i væske på grunn av irradiation høy intensitet ultralyd1. I en laboratorium utføres sonication metoden ved hjelp av en sonicator. Det finnes ulike sonicators, alle har den generelle funksjonen til de agglomerating partikler, som sprer i en flytende medium som individuelle (eller primære) partikler. Ved å bruke sonication, kan prøve homogenitet forbedre, potensielt få et mye smalere partikkel størrelsesDistribusjon. Et viktig aspekt å vurdere i spredning prosessen er stabilitet av siste spredning. Her, er stabiliteten i suspensjon definert som der partikler ikke slå eller sediment ned i deres adspredte tilstand og gjennomsnittlig etter diameter mål ikke varierer med mer enn 10% mellom fem gjentatte målinger tatt under som tid (rundt 10 min)2,3. Det er flere måter å måle spredning stabilitet. Dette omfatter estimering av zeta potensielle (ZP) gjennom måling av electrophoretic mobilitet av partikler. En annen er å måle karakteristiske absorpsjon av nanopartikler i UV spectral utvalg4.
Innen nanotoxicology er ha kontroll over spredning kvalitet svært viktig, som spredning trinnet bestemmer mekanisk-egenskaper, for eksempel partikkel størrelse/størrelse distribusjon, form, aggregering/agglomeration, overflate lade, etc. dette i sin tur vil etter hvert påvirke samspillet av partikler med test media og utfallet av ulike i vitro og vivo eksperimenter, for å utlede det muligheter hazards av nanomaterialer.
Sonication er vanligvis utført ved hjelp av en målingstype (direkte) eller ultralydbad, eller ultralyd probe med en flaske diskanthøyttaler (indirekte sonication). Alle typer sonication er tilgjengelige i en rekke intensitet og utgang innstillinger, noen ganger tilpasset med en annen type sonotrode for bestemte prosesser eller krav, og er egnet for flytende volumer som spenner fra 2 til 250 mL. Selv om sonden ultrasonication er kjent for å gi bedre resultater enn bad sonication på grunn av lokaliserte høyintensitets5, er bad sonication ofte foretrukket over målingstype for utarbeidelse av toksikologiske test suspensjoner på grunn av mulige forurenses gjennom tipset, erosjon av Titan sonde tips etter langvarig bruk og sonde nedsenking dybde avvik. Tilsvarende er en ultralyd probe utstyrt med en flaske diskanthøyttaler en fordel over direkte sonden på grunn av ovennevnte risiko samt drift vennlighet av utstyret. Flere flasker er sonicated på samme tid og på samme intensitet. Dette ikke bare sparer tid, men sikrer at alle prøvene blir behandlet likt, som gjør resultatene blant prøver mer pålitelig og sammenlignbar. I sikkerhet forskning nanomaterialer, er forurensning alltid unngått. Men sonde sonicator passer ikke dette kravet og har ikke blitt testet. Sonden sonicators forårsaker noen uunngåelig bivirkninger som eksempel forurensning tips erosjon, samt redusert energi output fører til endringer av spredning, derfor at data reproduserbarhet6, 7 , 8. videre prøver vanligvis kjøres i avdekket beholdere fører til flytende tap på grunn av fordamping som støv deponering. For å unngå disse utilsiktede endringer, anbefaler nyere studier alternative indirekte sonicators basert på deres effektiv energi levering i tillegg til suspensjon renhet forsikring6.
Ikke-optimalisert sonication kan ha en skadelig effekt på resultatene. Det kan eventuelt endre de fysiske og kjemiske egenskapene av nanomaterialer som størrelse, størrelsesDistribusjon, morfologi og overflate kostnader2,9. Tidligere litteratur har rapportert slik svikt kontrollere sonication prosessen og innvirkning på partikkel parametere som nano-TiO25,10,11, nano-ZnO6og nano-kobber12 . Videre har tidligere studier vist at sonication prosessen ikke bare endrer partikkel egenskaper, men også regulerer utfallet av toksikologiske tester12,13.
For å ha kontroll over spredning prosessen, er det viktig å overvåke og forstå hvordan ulike faktorer som sonicator type, apparatet makt og varighet, volumer, etc., kan påvirke spredning kvalitet. Derfor er det behov for å ha en systematisk prosedyre å analysere mekanisk-kjennetegn fra partikler i spredning på ulike tidspunkt av sonication. Selv om slike hensyn er tatt i betraktning av noen forskere, er arbeid på dette området begrenset. Bihari et al. har studert spredning stabiliteten i ulike nanomaterial dispersions med forskjellige ultralyd energier med ulike spredning stabilisatorer14. En fersk gjennomgang av Hartmannn et al. fremhevet at selv om arbeidet er gjort for å forstå de ulike faktorene som påvirker nanomaterial spredning kvalitet eksempel, type sonicator brukes, sonication tid, etc., det er fortsatt ingen veldefinerte og universelt akseptert sonication prosedyre støtter som nanotoxicological tester og undersøkelser7,15.
Flere analytiske karakterisering teknikker brukes til å overvåke spredning kvalitet. Disse inkluderer bruk av: dynamisk lys spredning må platen sentrifugering, Electrophoretic lys spredning (ELS), UV-synlig (UV-vis) spektroskopi og overføring elektronmikroskop (TEM), som måler partikkel størrelse/størrelse distribusjon, Zeta potensial, spredning stabilitet og morfologi egenskaper, henholdsvis. DLS brukes ofte til å bestemme etter diameter (Z-gjennomsnitt) partikler og polydispersity indeks (PdI) på nanomaterial spredning. Hvis flere størrelsesDistribusjon av DLS, kan Z-gjennomsnittlig oppnådd ikke enig med intensitet-vektet størrelse distribusjon intensiteten. Som sådan, kan middelverdien intensitet-vektet størrelse bli sitert. PdI reflekterer broadness av størrelsesDistribusjon med en skala varierer fra 0 - 1, med 0 blir et monodispersed utvalg og 1 er en svært polydisperse sample16. Platen sentrifugering er en separasjon teknikken brukes til å bestemme partikkel størrelsesDistribusjon ved hjelp av sentrifugal sedimentering i en flytende medium. Partikler sediment innenfor en optisk klar og roterende plate og mengden lys spredt av partikler når de når kanten av platen registreres og konvertert til partikkel størrelsesDistribusjon bruker Stokes' lov. For å løse multimodal partikkel distribusjon, er teknikker som platen sentrifuger mer egnet som de har en separasjon mekanisme element integrert i maskinen. Zeta potensielle (ζ -potensielle) partikler defineres som elektrisk potensial på deres skjær eller forsinkede fly, som er en pålydende grense i elektrisk dobbeltlag som skiller (healer) væsken viser tyktflytende normalt fra den Streng lag, et lag som hovedsakelig består av counter ioner og vurdert å gå med partikkel. Zeta potensialet er direkte relatert til overflaten beløpet av partikler og derfor elektrostatisk samspillet (dvs., frastøting/attraksjon) mellom partikler. Denne parameteren er derfor betraktet som en primærindikator for nanomaterial spredning stabilitet. Ved konvensjonen, zeta potensial verdi under -25 mV og over 25 mV anses stabil17,18. Konsentrasjonen og typen ioner som løsningen pH, påvirke sterkt zeta potensielle19. ELS brukes til å måle electrophoretic mobilitet av partikler i spredning og denne mobilitet er konvertert til zeta gjennom Henry ligningen og Smoluchowski eller Hückel modeller. UV-vis spektroskopi er en teknikk brukt om å kvantifisere lyset som er absorbert og spredt av et eksempel på en bestemt bølgelengde. Det er ofte brukt til å overvåke spredning stabilitet ved å måle karakteristiske absorpsjon av nanomaterialer i regionen UV. Endelig brukes TEM ofte til å visualisere og analysere størrelse, størrelsesDistribusjon, agglomeration og form av nanopartikler5,14,15,20.
Vi presenterer en sammenlignende studie av seks ulike nanomaterial dispersions med ultralydbad og en ultralyd probe utstyrt med en flaske tweeter. Partikkel konsentrasjon, temperatur, sonicator type og innstillinger brukt i studien er angitt i protokollen, slik at eksperimentelle innstillingene for lignende sonder og ultralyd bad kan konkluderes. De følgende nanomaterialer brukes: sølv (Ag), cerium-oksid (CeO2), sink oksid (ZnO, NM110-hydrophylic og NM111-hydrofobe) og Karbonbaserte nanomaterialer som Karbonnanorør (A32 og A106, se Tabellen for materiale).
Vurdering av spredning kvalitet på forskjellige tidspunkt langs sonication prosessen er laget ved hjelp av ulike karakterisering teknikker, nemlig DLS for partikkel størrelse/størrelse distribusjon, plate sentrifugering for størrelsesDistribusjon, ELS for zeta potensial, UV-vis spektroskopi for stabilitet og TEM for partikkel formen og homogenitet. En rekke forskjellige nanomaterialer mellom metalloksider Karbonbaserte evalueres. Til sammenligning brukes kommersielle vandig suspensjon av silver nanopartikler (Ag NPs) stabilisert med citrate capping parallelt, utlede forventet langsiktig stabilitet av en relevant kommersielt tilgjengelig suspensjon. Selvfølgelig denne Ag NPs-modellen er ikke direkte relatert til noen av spredning prosedyrene men fungerer kun for å angi behovet for å sonicate eller å stabilisere av suspensjon etter en tid lagringsplass endringer re agglomeration er bundet å oppstå under lagring. Suspensjon oppbevares i kjøleskapet i to måneder. I denne perioden kjennetegnes spredning for å identifisere potensielle agglomeration av partikler. Resultatene viser en ustabil suspensjon (som beskrevet under resultater ). Deretter er denne spredningen mer utsatt for forskjellige sonication behandlinger, lik den andre nanomaterialer brukes i studien. Formålet med undersøkelsen er å bekrefte at vi kan de agglomerate suspensjon gjennom den samme sonication-protokollen. Ag NPs modellen kan dermed knyttes som målestokk for langsiktige studier som representerer re spredning av partikler i optimalisert form.
Dispersjon protokollene presenteres her har noen likhetstrekk til dem utgitt i tidligere litteratur og inneholder noen av noen anbefalinger tidligere fra siste arbeidere7,21,22,23 ,24,25. I denne studien, en systematisk og step-wise tilnærming til å overvåke spredning kvalitet i spredning protokollen. Denne tilnærmingen forplikter sanntid karakterisering av nanomaterial-dispersions for å identifisere optimal eksperimentelle spredning forhold (figur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56074/56074fig1.jpg"> Figur 1. Flytskjema som viser ordningen og step-wise rekkefølgen av spredning protokollen. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56074/56074fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="906">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Cerium oxide nanopowder</td>
			<td style="width:305px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">544841</td>
			<td style="width:280px;">&#60;25&#160;nm particle size (BET)</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;">Zinc oxide</td>
			<td style="width:305px;">European Commission&#39;s Joint Research Centre (JRC)</td>
			<td style="width:119px;">NM110</td>
			<td>hydrophylic</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;">Zinc oxide</td>
			<td style="width:305px;">European Commission&#39;s Joint Research Centre (JRC)</td>
			<td style="width:119px;">NM111</td>
			<td>hydrophobic</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:203px;">Multi walled carbon nanotubes</td>
			<td style="width:305px;">NanoMile project (Large Collaborative Project under the European Commission&#39;s 7th Framework Programme)</td>
			<td style="width:119px;">A32 (MWCNT1)</td>
			<td>3.0&#177;1.8 &#181;m long, O/C ratio of 4.5%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Multi walledcarbon nanotubes</td>
			<td style="width:305px;">NanoMile project</td>
			<td style="width:119px;">A106 (MWCNT2)</td>
			<td>3.3&#177;2.4 &#181;m long, O/C ratio of 7%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Silver dispersion</td>
			<td style="width:305px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">730785</td>
			<td>10&#160;nm particle size (TEM), 0.02&#160;mg/mL</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Zetasizer nano</td>
			<td style="width:305px;">Malvern Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Particle size and zeta-potential measurements&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Disc Centrifuge</td>
			<td>CPS instruments Inc.</td>
			<td>Model DC 24000</td>
			<td>Particle size distribution by centrifugal sedimentation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transmission electron microscope</td>
			<td style="width:305px;">JEOL USA</td>
			<td style="width:119px;">Jeol 1200EX TEM</td>
			<td>Bright field images, particle size, shape, agglomeration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic probe fitted with a vial tweeter</td>
			<td style="width:305px;">Hielscher</td>
			<td>UIS250V</td>
			<td>Sonicator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Ultrasonic bath</td>
			<td>Branson&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Model 1510</td>
			<td>Sonicator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Eppendorf vials</td>
			<td style="width:305px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">2236411-1</td>
			<td>1.5ml capacity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">UV-vis spectrophotometer</td>
			<td style="width:305px;">Jenson flight deck</td>
			<td style="width:119px;">Model 6800</td>
			<td>SPR peaks, suspension stability</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Disposable folded capillary cell</td>
			<td style="width:305px;">Malvern Instruments</td>
			<td>DTS 1070</td>
			<td>for the measurement of elecr</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Zeta- potential standard</td>
			<td style="width:305px;">Malvern Instruments</td>
			<td style="width:119px;">DTS 1235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Quartz cuvette</td>
			<td style="width:305px;">Jasco</td>
			<td>1103-0042</td>
			<td>Rectangular quartz cell 10 x 100 
			Spectrosil Quartz with lid 190 -2700 nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dispersion of nanomaterials in aqueous media: towards protocol optimization

Sonication prosessen er vanlig for de agglomerating og spre nanomaterialer i vandig basert media, nødvendig å forbedre homogenitet og stabiliteten i suspensjon. I denne studien utføres en systematisk step-wise tilnærming til å identifisere optimal sonication betingelser for å oppnå en stabil spredning. Denne tilnærmingen har blitt vedtatt og vist seg å være egnet for flere nanomaterialer (cerium-oksid, sink oksid og Karbonnanorør) spredt i deionisert (DI) vann. Men med endringer i nanomaterial type eller spre medium må det være optimalisering av grunnleggende protokollen justere ulike faktorer som sonication tid, makt og sonicator samt temperaturøkning under prosessen. Tilnærmingen registrerer spredning prosessen i detalj. Dette er nødvendig for å identifisere tidspunkt så vel som andre nevnte forhold under sonication prosessen der det kan være uønskede endringer, for eksempel skade partikkel overflaten dermed påvirker overflateegenskaper. Vårt mål er å tilby en harmonisert tilnærming som kan kontrollere kvaliteten på siste, produsert spredning. Slike en retningslinje er instrumental i å sikre spredning kvalitet repeterbarhet i nanovitenskap samfunnet, spesielt innen nanotoxicology.

Watch this Scientific Journal Video about Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization at JoVE.com

Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization

Her presenterer vi en step-wise protokoll for spredning av nanomaterialer i vandige media med sanntid karakterisering å identifisere de optimale sonication, intensitet og varighet for forbedret stabilitet og ensartethet av hydrogenion dispersions uten at prøven integritet.

Spredning av nanomaterialer i vandige Media: mot protokollen optimalisering

The sonication process is commonly used for de-agglomerating and dispersing nanomaterials in aqueous based media, necessary to improve homogeneity and ...

Research

JoVE Journal

Environment

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Eksperimentell protokoll for Manipulere Plant-indusert Soil Heterogenitet

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

En protokoll for dirigering Nedbør Simulering å studere Soil Avrenning

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

Modifying the Bank Erosion Hazard Index (BEHI) Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Modifying the Bank Erosion Hazard Index BEHI Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Endring av Bank Erosjon Hazard Index (Behi) Protokoll for Rapid Assessment of Streambank Erosjon i Northeastern Ohio

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream&#8217;s function and habitat it provides. ...

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Forsøksprotokoll for Oppdager<em&gt; Cyanobakterier</em&gt; I flytende og fast Prøver med et antistoff microarray Chip

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has ...

Functionalization and Dispersion of Carbon Nanomaterials Using an Environmentally Friendly Ultrasonicated Ozonolysis Process

Funksjonalisering og dispersjon av karbonnanomaterialer ved bruk av en miljøvennlig ultrasonisert ozonolyseprosess

Functionalization of carbon nanomaterials is often a critical step that facilitates their integration into larger material systems and devices. In the ...

Microfluidic Devices for Characterizing Pore-scale Event Processes in Porous Media for Oil Recovery Applications

Microfluidic enheter for å karakterisere Pore skala hendelse prosesser i porøse medier for olje utvinning programmer

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

Resurrection of Dormant Daphnia magna: Protocol and Applications

Resurrection of Dormant Daphnia magna: Protocol and Applications

Oppstandelsen av sovende Daphnia magna: protokollen og programmer

Long-term studies enable the identification of eco-evolutionary processes that occur over extended time periods. In addition, they provide key empirical ...

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

Eksperimentell protokoll for å oppdage mitokondriefunksjon i hepatocytter utsatt for organochlorine plantevernmidler

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...

Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media

Metall korrosjon og effektiviteten av korrosjonshemmere i mindre ledende medier

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

Høy gjennomstrømming, Mikroskala protokollen for analyse av behandling parametere og ernæringsmessige egenskaper i mais (Zea mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...