Summary
Questo studio presenta i risultati del benchmarking per un confronto interlaboratorio (ILC) progettato per testare la procedura operativa standard (SOP) sviluppata per le dispersioni colloidi d'oro (Au) caratterizzate da spettroscopia ultravioletto-visibile (UV-Vis), tra sei partner del progetto H2020 ACEnano per la preparazione, la misurazione e l'analisi dei risultati del campione.
Abstract
La caratterizzazione fisico-chimica dei nanomateriali (NM) è spesso una sfida analitica, a causa delle loro piccole dimensioni (almeno una dimensione su scala nanometrica, cioè 1-100 nm), della natura dinamica e delle diverse proprietà. Allo stesso tempo, la caratterizzazione affidabile e ripetibile è fondamentale per garantire la sicurezza e la qualità nella produzione di prodotti con cuscinetti NM. Esistono diversi metodi disponibili per monitorare e ottenere misurazioni affidabili delle proprietà relative alla nanoscala, un esempio dei quali è la spettroscopia ultravioletta-visibile (UV-Vis). Questa è una tecnica consolidata, semplice e poco costosa che fornisce una valutazione di screening in tempo reale non invasiva e veloce delle dimensioni, della concentrazione e dello stato di aggregazione della NM. Tali caratteristiche rendono UV-Vis una metodologia ideale per valutare gli schemi di test di competenza (PTS) di una procedura operativa standard (SOP) convalidata destinata a valutare le prestazioni e la riproducibilità di un metodo di caratterizzazione. In questo documento, i PTS di sei laboratori partner del progetto H2020 ACEnano sono stati valutati attraverso un confronto interlaboratorio (ILC). Sospensioni colloidi standard in oro (Au) di diverse dimensioni (comprese tra 5 e 100 nm) sono state caratterizzate da UV-Vis presso le diverse istituzioni per sviluppare un protocollo implementabile e robusto per la caratterizzazione delle dimensioni NM.
Introduction
I nanomateriali (NM) sono diventati popolari grazie alle loro proprietà uniche su scala nanometrica (da 1 a 100 nm), che differiscono dalle proprietà delle loro controparti di massa, sia a causa di effetti dimensionali che quantistici (ad esempio, aumento della superficie specifica in volume) insieme a distinte proprietà di reattività, ottiche, termiche, elettriche e magnetiche1,2 . Le potenziali applicazioni dei NM nella società sono diverse e ampiamente correlate a settori come l'assistenza sanitaria, l'industria alimentare, i cosmetici, le vernici, i rivestimenti e l'elettronica3,4,5. Le nanoparticelle d'oro (AuNP) sono ampiamente applicate nelle nanotecnologie (ad esempio, nell'assistenza sanitaria, nei cosmetici e nelle applicazioni elettroniche), principalmente a causa della loro semplice fabbricazione, delle caratteristiche ottiche dipendenti dalle dimensioni, del potenziale di funzionalizzazione della superficie e delle proprietà fisico-chimiche, che possono essere adatte a molte applicazioni chiave6,7.
La qualità e la riproducibilità nella sintesi e caratterizzazione delle NM sono estremamente importanti per la garanzia della qualità, ma anche per la fabbricazione sicura di prodotti a base nanometrica, soprattutto a causa della reattività delle NM, in particolare in ambienti complessi, dove le proprietà NM, come la distribuzione dimensionale e la morfologia, possono subire rapidi cambiamenti.8,9. Sono disponibili numerosi metodi per monitorare le proprietà relative alla nanoscala. Ad esempio, la microscopia elettronica a scansione/trasmissione (SEM/TEM) è una tecnica utilizzata per ottenere informazioni ottiche e compositive ad alta risoluzione (fino al sub-nanometro) delle NM; la microscopia a forza atomica (AFM) fornisce una risoluzione su scala nanometrica nella dimensione verticale (asse z); e la diffrazione a raggi X (XRD) fornisce informazioni sulla struttura atomica delle NM; tutti questi metodi possono essere utilizzati solo su campioni secchi (polveri)10,11. Le tecniche adatte alla caratterizzazione di NM in mezzi liquidi includono il frazionamento del flusso di campo (FFF), che consente la separazione di grandi molecole, aggregati e particelle in base alle loro dimensioni; diffusione dinamica della luce (DLS); e l'analisi di tracciamento delle nanoparticelle (NTA), due metodi ampiamente utilizzati per determinare il profilo di distribuzione dimensionale delle particelle utilizzando il moto browniano, e la spettrofotometria ultravioletta-visibile (UV-Vis), che consente la valutazione delle caratteristiche NM come dimensioni, stato di aggregazione e indice di rifrazione mediante una semplice misurazione dell'assorbimento11,12,13. Sebbene tutte queste tecniche consentano la caratterizzazione NM, le loro prestazioni dipendono dalla configurazione dello strumento, dalle differenze relative allo strumento, dalla metodologia complessa per la preparazione del campione e dal livello di competenza dell'utente. Inoltre, la maggior parte delle tecniche non consente il monitoraggio in tempo reale delle dimensioni nm, dell'integrità del campione o della differenziazione tra particelle disperse o aggregate.6. La spettroscopia UV-Vis è una tecnica ampiamente utilizzata che fornisce una valutazione non invasiva e veloce in tempo reale delle dimensioni, della concentrazione e dello stato di aggregazione della NM. Inoltre, è un processo semplice ed economico con una preparazione minima del campione, il che rende questa tecnica uno strumento essenziale che viene ampiamente utilizzato in numerosi laboratori all'interno di molte discipline e mercati.6,12,14. UV-Vis funziona misurando la trasmittanza della radiazione elettromagnetica di una lunghezza d'onda compresa tra 180 e 1100 nm attraverso un campione liquido. Le gamme spettrali UV e VIS coprono l'intervallo di lunghezze d'onda per l'ultravioletto (da 170 nm a 380 nm), il visibile (da 380 nm a 780 nm) e il vicino infrarosso (da 780 nm a 3300 nm)4,14. Viene misurata la lunghezza d'onda della luce che passa attraverso la cella campione; l'intensità della luce che entra nel campione è indicata come I0, e l'intensità della luce che emerge dall'altra parte è designata come I114. La legge di Beer-Lambert riflette la relazione tra A (assorbanza) in funzione della concentrazione del campione C, il coefficiente di estinzione del campione ε e le due intensità14. Le misure di assorbimento possono essere raccolte a una singola lunghezza d'onda o su un intervallo spettrale esteso; la trasmittanza luminosa misurata viene trasformata in una misura di assorbanza seguendo l'equazione della legge di Beer-Lambert. L'equazione standard per l'assorbanza è A = ɛlc, dove (A) è la quantità di luce assorbita dal campione per una data lunghezza d'onda (ɛ) è il coefficiente di attenuazione molare (assorbanza/(g/dm)3) (l) è la distanza che la luce percorre attraverso la soluzione (cm) e (c) è la concentrazione per unità di volume (g/dm)3). L'assorbanza è calcolata come il rapporto tra l'intensità di un campione di riferimento (I0) e il campione sconosciuto (I), come descritto nella seguente equazione14:
La semplicità di UV-Vis lo rende una tecnica ideale per confrontare PTS di un protocollo di misura stabilito6,12,15. L'obiettivo di un ILC o PTS è verificare le prestazioni e la riproducibilità di un metodo utilizzando una SOP15. Questo, a sua volta, fornisce un approccio standardizzato per la caratterizzazione rapida delle sospensioni di nanoparticelle per altri utenti.
Per valutare la competenza, la coerenza e l'affidabilità del metodo qui presentato, sei laboratori hanno partecipato a un ILC come membri del progetto Horizon 2020 ACEnano (https://cordis.europa.eu/project/id/720952). L'ILC ha coinvolto la caratterizzazione UV-Vis di dispersioni colloidi Au standard di diverse dimensioni di particelle (5-100 nm). Una SOP è stata fornita a tutti i laboratori coinvolti per garantire la preparazione identica delle sospensioni AuNP, la valutazione e la segnalazione dei risultati per contribuire allo sviluppo di un approccio a più livelli implementabile e robusto nella caratterizzazione fisico-chimica della NM, nell'interpretazione dei dati e nel miglioramento dei protocolli delle migliori pratiche per le esigenze industriali e normative8.
Protocol
1. Consegna dei campioni AuNP:
- Preparare aliquote di 5 mL di dispersioni colloidi con dimensioni di 5, 20, 40, 60 e 100 nm, incluso un campione di 50 μg/mL di "dimensioni sconosciute" (vedere la tabella dei materiali per dettagli più specifici sui nanomateriali utilizzati).
- Inviare i campioni in contenitori di polistirolo da 7 ml con confezioni di gel a ciascun laboratorio partecipante per mantenere una temperatura adeguata durante la spedizione. Conservare immediatamente i campioni a 4 °C.
NOTA: il campione di "dimensione sconosciuta" deve presentare una dimensione di 80 nm; queste informazioni devono essere conosciute dal partner che distribuisce il materiale, ma non divulgate agli altri partner.
2. Calibrazione dello spettrofotometro:
- Accendere lo spettrometro UV-Vis per almeno 20 minuti per consentire alla lampada di riscaldarsi.
NOTA: Fare riferimento alla Tabella dei materiali per il modello e la marca dello spettrofotometro utilizzato. - Nel software, selezionare l'opzione Scansione spettro dalla finestra della modalità, che visualizza le modalità operative.
- Regolare le impostazioni dei parametri in Instrument | Impostazioni e parametri nel software prima di procedere con le misurazioni: Modalità di misurazione | Scansione dello spettro, modalità dati | ABS, lunghezza d'onda iniziale di 680 nm, lunghezza d'onda finale di 380 nm, velocità di scansione di 400 nm/min, intervallo di campionamento di 0,5, larghezza della fessura di 1,5 e lunghezza del percorso di 10.
- Dopo aver impostato i parametri, riempire due cuvette (3 mL; polistirolo) con 1 mL di acqua ultrapura (UPW) (18,2 M·Ω·cm). Posizionare le cuvette nel portacelle di riferimento (posteriore) e nel supporto della cella campione (anteriore) per coprire il percorso della luce (vedere tabella dei materiali per la marca specifica e il modello delle cuvette utilizzate).
NOTA: assicurarsi che le cuvette siano posizionate e allineate correttamente per annullare l'effetto rumore e altri effetti ambientali non correlati al campione. - Chiudere il coperchio dello strumento UV-Vis e continuare con la calibrazione del vuoto selezionando Vuoto dalla barra dei comandi. La correzione della linea di base viene eseguita eseguendo un riferimento con le due cuvette riempite con 1 mL di UPW collocate nei portacampioni. Per i protocolli alternativi utilizzati da altri partner, vedere Informazioni supplementari (SI).
3. Preparazione dei campioni
- Prendi un sottocampione di 500 μL per ogni AuNP di 5, 20, 40, 60, 100 nm e la dimensione sconosciuta e prepara una diluizione con 500 μL di UPW.
- Posizionare le sospensioni diluite in cuvette da 1 mL; il rapporto di diluizione totale deve essere 1:1 e la concentrazione finale 25 μg/mL.
NOTA: Il campione diluito deve essere preparato immediatamente prima della misurazione UV-Vis.
4. Misurazione delle dispersioni di nanoparticelle
- Dopo che la calibrazione in bianco è stata eseguita e un campione fresco è stato preparato, sostituire una delle cuvette vuote nel portacelle del campione (anteriore) con il campione di dispersione AuNP; l'altra cuvetta di riferimento riempita con 1 mL di UPW deve essere lasciata intatta.
NOTA: utilizzare una nuova cuvetta monouso per campioni diversi per evitare la contaminazione incrociata tra i campioni. Quando si utilizzano cuvette di quarzo, sciacquare la cuvetta campione con UPW tra i campioni. - Selezionare l'opzione Misura/Avvia dalla barra dei comandi per eseguire le scansioni dello spettro per ogni dispersione AuNP diluita. Per ogni campione AuNP devono essere ottenute tre scansioni dello spettro, incluso il campione di dimensioni sconosciute.
NOTA: assicurarsi che la cuvetta vuota rimanga nel supporto della cella di riferimento durante l'esecuzione di una misurazione.
5. Comunicazione dei risultati
- Estrarre i dati sperimentali grezzi per ogni misurazione in un file compatibile con un foglio di calcolo selezionando il menu File e facendo clic su Esporta file report (*.csv).
- Annotare la lunghezza d'onda massima di assorbimento (Absmax) e lambda (λmax) per ciascuna delle letture UV-Vis e registrarle nel modello fornito.
NOTA: il modello predefinito è stato fornito ai partner ACEnano per calcolare automaticamente le deviazioni standard medie delle lunghezze d'onda impostando la formula di calcolo appropriata nella cartella di lavoro. Per ulteriori dettagli e l'accesso al modello, vedere Informazioni supplementari (SI). - Nella cartella di lavoro, tracciare una curva di calibrazione con la media del λmax (asse y) rispetto alla dimensione nota delle nanoparticelle (nm) (5, 20, 40, 60 e 100 nm). Ad esempio, nel foglio di calcolo, creare la curva di calibrazione selezionando nella barra dei comandi Dati | Inserisci grafico | | di Scatter Plot Aggiungere | Trendline Curva polinomiale (Potenza 2).
- Includi l'equazione polinomiale per la curva di calibrazione: seleziona le opzioni della linea di | Visualizzare Equazione sul grafico dalla barra dei comandi (Figura 1).
- Infine, per calcolare la dimensione sconosciuta del campione AuNP, isolare l'equazione polinomiale dalla curva di calibrazione per adattarla al valore medio per il λmax sconosciuto, usando una derivazione della formula quadratica (Figura 1). La dimensione calcolata può essere inclusa nel modello per completare un riepilogo completo dei dati per coerenza, interpretazione più rapida e valutazione dei risultati (vedere SI).
Figura 1: Curva di calibrazione per calcolare la dimensione del campione sconosciuto. Il grafico rappresenta le lunghezze d'onda (λmax) e la dimensione degli AuNP utilizzati per tracciare la calibrazione. Il grafico mostra solo una curva di calibrazione da un partner. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Representative Results
UV-Vis è una delle tecniche più popolari per la caratterizzazione delle nanoparticelle in quanto consente all'utente di ottenere un'analisi precisa delle proprietà di NM come Absmax e λmax6,12. I risultati del presente studio rappresentano la caratterizzazione UV-Vis delle dispersioni AuNP attraverso un ILC tra sei laboratori partecipanti.
Figura 2: Lambda e risultati di assorbanza. Le figure mostrano i grafici per i risultati riportati da ciascun laboratorio per diverse dimensioni auNP. A) Risultati Lambda max. B) Risultati massimi di assorbanza. Il laboratorio 5 non è stato in grado di riportare i dati per 100 nm a causa della contaminazione del campione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I risultati per le lunghezze d'onda λmax hanno mostrato una stretta ripetibilità tra i partner (Figura 2A). Questo è stato anche il caso dell'intervallo calcolato, che è stato utilizzato per valutare la differenza tra i valori e che ha mostrato piccole differenze comprese tra 1,00 e 2,40 (λmax) per la maggior parte delle dimensioni AuNP (Tabella 1). La media complessiva di λmax , calcolata utilizzando la media registrata per ciascun laboratorio per ogni dimensione AuNP, mostrava allo stesso modo basse deviazioni standard per la maggior parte delle dimensioni. La dimensione di 100 nm era l'unica esenzione, in quanto mostrava un intervallo di variazione elevato (4,66 λmax) tra i partner, portando a una maggiore deviazione standard (572 ± 2,00 nm) rispetto ad altre dimensioni AuNP (Tabella 1). È importante ricordare che il laboratorio 5 non è stato in grado di eseguire alcuna misurazione per le particelle di dimensioni 100 nm, a causa di problemi di contaminazione che potrebbero aver compromesso la ripetibilità dei risultati.
Al contrario, i risultati di assorbanza (Absmax) hanno mostrato una gamma più sparsa di valori di dati (Figura 2B) rispetto ai risultati λmax . Nonostante la variabilità apparentemente più elevata di questi risultati tra i laboratori, l'analisi ha mostrato mezzi complessivi con deviazioni standard inferiori più basse e intervalli di variazione inferiori inaspettati (0,11-0,21 Absmax) tra i laboratori rispetto ai risultati λmax (Tabella 1).
| Valore | AuNP (nm) | |||||
| 5 | 20 | 40 | 60 | 100 | Sconosciuto | |
| Gamma λmax | 1.45 | 1.00 | 3.00 | 2.00 | 4.66 | 2.40 |
| Gamma Aumax | 0.12 | 0.11 | 0.13 | 0.13 | 0.12 | 0.21 |
| Λmax medio | 517,7 ± 0,59 | 524,6 ± 0,45 | 527,8 ± 1,13 | 535,3 ± 0,74 | 572 ± 2,00 | 549,7 ± 0,85 |
| Aumax medio | 0,395 ± 0,048 | 0,497 ± 0,050 | 0,509 ± 0,057 | 0,689 ± 0,055 | 0,472 ± 0,051 | 0,661 ± 0,101 |
Tabella 1: Intervallo e mezzi calcolati lambda e assorbanza. Vengono mostrati l'intervallo e la media complessiva e la deviazione standard per ciascuna dimensione AuNP. I risultati sono stati calcolati utilizzando la media riportata per lambda e assorbanza per ciascun laboratorio (sei misurazioni), ad eccezione della dimensione di 100 nm per la quale sono state utilizzate solo 5 misurazioni per calcolare i valori dovuti a una contaminazione del campione segnalata dal laboratorio 5.
I valori del punteggio Z sono stati calcolati anche per notare la distanza dei singoli valori dalla media complessiva. L'analisi dei punteggi Z ha fornito informazioni sulla fiducia dei risultati ILC, in quanto i punteggi sono direttamente correlati alla distribuzione della popolazione visualizzando, in un numero di deviazioni standard, quanto è lontano un punto dati dalla media16. Nei risultati, la maggior parte dei laboratori ha mostrato valori positivi di Z-score di 0,01-1,93 per λmax, indicando che la maggior parte dei risultati erano vicini alla media e presentavano una curva di distribuzione normale, poiché i punteggi Z maggiori del valore assoluto di 2 e -2 sono considerati valori distanti dalla media e non hanno una distribuzione normale16. Il punteggio Z più alto per Absmax è stato registrato per la dimensione di 40 nm riportata dal laboratorio 1, con un valore di 1,93 e una media Absmax di 530 ± 0, rispetto alla media complessiva di 527,82 ± 1,13 (Figura 3A). Il valore massimo Z-score di 1,23 per λmax è stato riportato dal laboratorio 3 insieme a un λmax riportato di 0,454 ± 0 per la dimensione AuNP di 5 nm rispetto alla media complessiva di 0,395 ± 0,04. Questo è stato seguito dall'AuNP a 60 nm con un punteggio Z di 1,18 e una media λmax di 0,754 ± 0 rispetto alla media complessiva di 0,689 ± 0,05. Le dimensioni rimanenti mostravano valori di Z-score da -0,04 a -1,23 (Figura 3B).
Figura 3: Lambda e Absorbance Z-score. I punteggi Z sono stati calcolati utilizzando i risultati riportati da ciascun laboratorio rispetto alla media complessiva. A) Lambda max Z-score calcolati. B) Assorbimento calcolato max Z-score. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I risultati per il campione sconosciuto hanno mostrato che la maggior parte dei partner ha calcolato la dimensione a 76-80 nm. La media dei laboratori 1-4 e 6 è stata registrata come 78,02 ± 1,36 nm. Il laboratorio 5 ha riportato una dimensione maggiore di 109 nm, ampliando la media complessiva e la deviazione standard fino a 83,18 ± 12,70 nm, suggerendo che questo valore era un outlier (Figura 4A). I punteggi Z sono stati calcolati tra -0,25 e -0,56 per tutti i laboratori; l'unica eccezione è stata per la dimensione sconosciuta riportata dal laboratorio 6, che ha mostrato il più alto Z-score positivo (2.03) rispetto a tutte le misurazioni, che può essere considerato come un valore distante dalla media (Figura 4B).
Figura 4: Dimensioni del campione sconosciute e punteggi Z. A) Dimensione riportata per ciascun laboratorio per il campione sconosciuto fornito. B) Punteggi Z calcolati per ogni singolo risultato rispetto alla media complessiva di 83,18 ± 12,70 nm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Informazioni supplementari (SI): Fare clic qui per scaricare questo file.
Discussion
Sono disponibili diversi metodi per la caratterizzazione delle proprietà correlate alla nanoscala (ad esempio, ultracentrifugazione analitica (AUC), microscopia elettronica a scansione/microscopia elettronica a trasmissione (SEM/TEM) e diffusione dinamica della luce (DLS)10,11). Tuttavia, queste tecniche mancano della semplicità di UV-Vis per ottenere risultati primari nella caratterizzazione di NM12,13. UV-Vis è uno strumento comune anche in laboratori non così ben attrezzati, rendendolo uno strumento imbattibile per la caratterizzazione di NM6. Quando si caratterizzano i NM, è importante considerare i limiti, i punti di forza e di debolezza delle tecniche da applicare. Nello spettrometro UV-Vis, il fascio di luce passa attraverso il compartimento del campione con conseguenti valori di assorbimento; di conseguenza, le vibrazioni esterne, la luce esterna, i contaminanti e le prestazioni dell'utente possono interferire con la misurazione e i risultati4,12. Allo stesso modo, quando si traccia una curva di calibrazione per determinare la dimensione di un campione sconosciuto, è importante registrare tutte le misurazioni necessarie per costruire la calibrazione, poiché i fattori mancanti possono contribuire a variazioni tra le misurazioni e gli utenti.
Ad esempio, l'elevata variazione della media complessiva di Absmax del campione sconosciuto potrebbe essere collegata a differenze tra i laboratori a causa della dipendenza tra l'intensità del fascio, la posizione e lo strumento stesso17,18. Inoltre, i dati mancanti per la dimensione di 100 nm dal laboratorio 5, a causa di un problema di contaminazione, possono anche contribuire alle elevate differenze tra i risultati, poiché i dati mancanti potrebbero aver influenzato la curva di calibrazione e l'equazione polinomiale tracciata utilizzata per calcolare la dimensione della sospensione AuNP sconosciuta. Certamente, la riproducibilità tra protocolli e laboratori può essere complicata, poiché molti fattori potrebbero contribuire alla mancanza di coerenza nelle attività di laboratorio, con il risultato che i ricercatori non sono occasionalmente in grado di riprodurre i risultati di altri laboratori, il che può portare a progressi scientifici più lenti, spreco di tempo, denaro e risorse19. La caratterizzazione di successo delle proprietà fisico-chimiche delle NM, in particolare delle dimensioni, richiede un metodo di facile esecuzione da parte di tutti i laboratori partecipanti, che può essere affrontato principalmente seguendo una replica sistematica e concettuale, come la creazione di una SOP, la formazione dello strumento ed evitando l'uso di campioni erroneamente identificati o contaminati da cross15,19.
Allo stesso modo, anche la qualità e la stabilità della sospensione colloidale sono fattori importanti da considerare, poiché i cambiamenti nelle loro proprietà fisico-chimiche possono portare a risultati diversi. Pertanto, per garantirne la stabilità per periodi più lunghi, le sospensioni di nanoparticelle devono essere conservate al buio a 4 °C. Analogamente, durante il processo di spedizione, i campioni aliquotati devono essere mantenuti freddi, poiché lunghi periodi a temperatura ambiente possono portare a un'aggregazione significativa20. Inoltre, per superare i fallimenti nella caratterizzazione NM, è necessario fornire l'accesso ai dati originali, ai protocolli e ai materiali di ricerca chiave tra i laboratori che collaborano, in particolare, quando si valuta la competenza, la coerenza e l'affidabilità attraverso un ILC15. Rendere questi fattori chiari e accessibili è la chiave per ottenere una caratterizzazione NM di successo da parte di qualsiasi laboratorio o apparecchiatura. Ignorare questi aspetti potrebbe comportare una mancanza di riproducibilità, accuratezza e risultati fuorvianti o errati15. Sebbene la spettroscopia UV-Vis abbia dimostrato di essere il gold standard nella caratterizzazione NM, può essere sfruttata in molti altri campi in quanto consente la determinazione quantitativa di una gamma dinamica estesa di soluzioni in composti inorganici e organici6,21.
Inoltre, UV-Vis può essere facilmente combinato con altri strumenti per misurare una grande varietà di attributi, migliorando così la qualità di qualsiasi analisi22. Sulla base di queste caratteristiche, UV-Vis è ampiamente utilizzato in molte aree, come nel campo biofarmaceutico misurando gli spettri UV-Vis in soluzioni proteiche ad alta concentrazione, nel controllo ambientale quando si confrontano le somiglianze tra i contaminanti e le loro impurità legate al prodotto in tempo reale, negli impianti di trattamento delle acque reflue industriali come parte delle normative per la determinazione del colore delle acque reflue e il livello di accettabilità22, 23. Certamente, man mano che la tecnologia progredisce e diventano disponibili funzionalità ed esperienze più avanzate in spettrofotometria, si verificherà un ulteriore ampliamento delle applicazioni e dei parametri che possono essere misurati utilizzando questa tecnica22. Ad esempio, nelle applicazioni sul campo, la spettrometria UV-Vis on-line è uno strumento prezioso per il monitoraggio di numerosi parametri in tempo reale e in vari tipi di liquidi, che è una caratteristica eccezionale tra i sistemi di sensori online22.
L'ILC qui descritto è stato progettato come un test della SOP sviluppata per UV-Vis tra sei laboratori partecipanti coinvolti nel progetto H2020 ACEnano. L'analisi dei risultati ha dimostrato che un ILC fornisce informazioni preziose per consentire la fiducia tecnica in un metodo interno per la caratterizzazione NM da parte di ciascun laboratorio partecipante. La raccolta dei dati in un modello consolidato ha confermato la coerenza e l'interpretazione più rapida dei risultati e ha fornito un modello per la stima delle dimensioni di un campione AuNP sconosciuto, che ha anche mostrato ripetibilità tra i risultati quando sono stati inclusi punti sufficienti nella curva di calibrazione. Inoltre, i risultati hanno convalidato l'efficacia di UV-Vis per la caratterizzazione NM e l'importanza della creazione di protocolli di best practice. Tale approccio offre inoltre l'opportunità per la procedura implementata di contribuire allo sviluppo di un quadro legislativo attraverso protocolli di caratterizzazione NM riproducibili basati sulla selezione del metodo e sull'interpretazione dei dati che sono rilevanti per i regolatori di accreditamento e gli organismi di gestione della ricerca.
Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Acknowledgments
ACQ desidera ringraziare il Consiglio Nazionale per la Scienza e la Tecnologia (CONACyT) in Messico per aver finanziato i suoi studi di dottorato. Tutti gli autori riconoscono il sostegno del programma Horizon 2020 dell'Unione Europea (H2020) nell'ambito della convenzione di sovvenzione no 720952, progetto ACEnano (bando NMBP-26-2016).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Absorption Ultra-Micro-cuvette, 200 µL | Hellma | 105.201-QS | |
| Cary 5000 spectrophotometer (Spectrophotometer C) | Agilent | Cary 5000 | |
| Gold nanoparticles 5 nm | BBI solutions | EM.GC5 | |
| Gold nanoparticles 20 nm | BBI solutions | EM.GC20 | |
| Gold nanoparticles 40 nm | BBI solutions | EM.GC40 | |
| Gold nanoparticles 60 nm | BBI solutions | EM.GC60 | |
| Gold nanoparticles 80 nm | BBI solutions | EM.GC80 | |
| Gold nanoparticles 100 nm | BBI solutions | EM.GC100 | |
| Agilent / HP 8453 (Spectrophotometer E) | |||
| Jenway 6800 spectrophotometer (Spectrophotometer A) | Jenway | UV6800 | |
| Polystyrene cuvette, 1.5 mL, micro 10 mm pathlength | Sigma | 759015 | |
| Polystyrene cuvette, 3 mL (10 mm x 10 mm x 45 mm) | Sarstedt Inc | 67.742 | |
| Semi-micro quartz cuvette, 1mL (1 mm x 10 mm x 45 mm) | Agilent | 6610001 | |
| Ultrapure water (UPW) (18.2 MΩcm). | / | / | |
| UV-1800 spectrophotometer (Spectrophotometer B) | Shimadzu | UV1800 | |
| Varian Cary 50 spectrophotometer (Spectrophotometer D) | Agilent | Cary 50 |
References
- Rauscher, H., Rasmussen, K., Sokull-Klüttgen, B.
- Hassellöv, M., Kaegi, R. Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology. Lead, J. R., Smith, E. , Blackwell Publishing Ltd. 211-266 (2009).
- Shafiq, M., Anjum, S., Hano, C., Anjum, I., Abbasi, B. H. An overview of the applications of nanomaterials and nanodevices in the food industry. Foods. 9 (2), (2020).
- Venkatachalam, S. Spectroscopy of Polymer Nanocomposites. Thomas, D., Rouxel, D., Ponnamma, D. , 130-157 (2016).
- Bharmoria, P., Ventura, S. Nanomaterials for healthcare, energy and environment. Bhat, A. H., et al. , Springer. Singapore. 1-29 (2019).
- Amendola, V., Meneghetti, M. Size evaluation of gold nanoparticles by UV-vis spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (11), 4277-4285 (2009).
- Yeh, Y. C., Creran, B., Rotello, V. M. Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale. 4 (6), 1871-1880 (2012).
- European Commission. Analytical and Characterisation Excellence in nanomaterial risk assessment: A tiered approach. , Available from: https://cordis.europa.eu/project/id/720952 (2019).
- Ikhmayies, S. J.
- Mourdikoudis, S., Pallares, R. M., Thanh, N. T. K. Characterization techniques for nanoparticles: comparison and complementarity upon studying nanoparticle properties. Nanoscale. 10 (27), 12871-12934 (2018).
- Mayeen, A., Shaji, L. K., Nair, A. K., Kalarikkal, N. Characterization of Nanomaterials. Bhagyaraj, S. M., Oluwafemi, O. S., Kalarikkal, A. K., Thomas, S. , Woodhead Publishing. 335-364 (2018).
- Tomaszewska, E., et al. Detection limits of DLS and UV-Vis spectroscopy in characterization of polydisperse nanoparticles colloids. Journal of Nanomaterials. 2013, 10 (2013).
- Singer, A., Barakat, Z., Mohapatra, S., Mohapatra, S. S., et al. Nanocarriers for Drug Delivery. Mohapatra, S. S., et al. , Elsevier. 395-419 (2019).
- Perkampus, H. H. UV-VIS spectroscopy and its applications. , Springer-Verlag. (1992).
- Delčev, S., Zaimović-Uzunović, N., Basić, H. Participation of accredited laboratories in proficiency testing schemes and interlaboratory comparisons. Key Engineering Materials. 637, (2015).
- Hayes, A. Financial ratios: Z-Scores values. , Available from: https://www.investopedia.com/terms/z/zscope.asp (2020).
- Oliveira, O. N., Li, L., Kumar, J., Tripathy, S. K. Photoreactive Organic Thin Films. Sekkat, Z., Knoll, W. , Academic Press. 429 (2002).
- Sakhno, O., Goldenberg, L. M., Wegener, M., Stumpe, J. Deep surface relief grating in azobenzene-containing materials using a low-intensity 532 nm laser. Optical Materials: X. 1, 100006 (2019).
- Six factors affecting reproducibility in life science research and how to handle them. ATCC. , Available from: https://www.nature.com/articles/d42473-019-00004-y#ref-CR16 (2020).
- Balasubramanian, S. K., et al. Characterization, purification, and stability of gold nanoparticles. Biomaterials. 31 (34), 9023-9030 (2010).
- Łobiński, R., Marczenko, Z.
- Ojeda, C. B., Rojas, F. S. Process analytical chemistry: applications of ultraviolet/visible spectrometry in environmental analysis: an overview. Applied Spectroscopy Reviews. 44 (3), 245-265 (2009).
- Rolinger, L., Rüdt, M., Hubbuch, J. A critical review of recent trends, and a future perspective of optical spectroscopy as PAT in biopharmaceutical downstream processing. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 412 (9), 2047-2064 (2020).
