Summary
Denne studien presenterer benchmarking resultatene for en interlaboratory sammenligning (ILC) designet for å teste standard operasjonsprosedyre (SOP) utviklet for gull (Au) kolloid dispersjoner preget av ultrafiolett-synlig spektroskopi (UV-Vis), blant seks partnere fra H2020 ACEnano prosjektet for prøvepreparering, måling og analyse av resultatene.
Abstract
Den fysisk-kjemiske karakteriseringen av nanomaterialer (NMs) er ofte en analytisk utfordring, på grunn av deres lille størrelse (minst en dimensjon i nanoskala, det vil si 1-100 nm), dynamisk natur og forskjellige egenskaper. Samtidig er pålitelig og repeterbar karakterisering avgjørende for å sikre sikkerhet og kvalitet i produksjonen av NM-bærende produkter. Det finnes flere metoder for å overvåke og oppnå pålitelig måling av nanoskalarelaterte egenskaper, hvorav ett eksempel er Ultrafiolett-Synlig Spektroskopi (UV-Vis). Dette er en veletablert, enkel og billig teknikk som gir ikke-invasiv og rask screeningevaluering i sanntid av NM-størrelse, konsentrasjon og aggregeringstilstand. Slike funksjoner gjør UV-Vis til en ideell metodikk for å vurdere ferdighetstestingsordningene (PTS) i en validert standard driftsprosedyre (SOP) som er ment å evaluere ytelsen og reproduserbarheten til en karakteriseringsmetode. I dette dokumentet ble PTS fra seks partnerlaboratorier fra H2020-prosjektet ACEnano vurdert gjennom en interlaboratorisk sammenligning (ILC). Standard gull (Au) kolloidfjæringer av forskjellige størrelser (fra 5–100 nm) var preget av UV-Vis ved de ulike institusjonene for å utvikle en gjennomførbar og robust protokoll for NM-størrelseskarakterisering.
Introduction
Nanomaterialer (NMs) har blitt populære på grunn av deres unike egenskaper i nanoskalaen (1 til 100 nm), som avviker fra egenskapene til deres bulkmotparter, enten på grunn av størrelsesrelaterte eller kvanteeffekter (f.eks. økt spesifikt overflateareal etter volum) sammen med distinkt reaktivitet, optisk, termisk, elektrisk og magnetisk egenskaper1,2 . De potensielle bruksområdene til NMs i samfunnet er varierte og mye relatert til felt som helsevesen, næringsmiddelindustri, kosmetikk, maling, belegg og elektronikk3,4,5. Gull nanopartikler (AuNPer) er mye brukt i nanoteknologi (f.eks. i helsevesenet, kosmetikk og elektroniske applikasjoner), hovedsakelig på grunn av deres enkle fabrikasjon, størrelsesavhengige optiske egenskaper, overflatefunksjonaliseringspotensial og fysisk-kjemiske egenskaper, som kan være egnet for mange viktige applikasjoner6,7.
Kvalitet og reproduserbarhet i syntesen og karakteriseringen av NMs er ekstremt viktig for kvalitetssikring, men også for sikker produksjon av nanobaserte produkter, spesielt på grunn av reaktivitet av NMs, spesielt i komplekse miljøer, hvor NM-egenskaper, for eksempel størrelsesfordeling og morfologi, kan gjennomgå raske endringer.8,9. Tallrike metoder er tilgjengelige for å overvåke nanoskalarelaterte egenskaper. For eksempel er skanning / overføring elektronmikroskopi (SEM / TEM) teknikker som brukes for å oppnå høyoppløselig (ned til sub-nanometer) optisk og komposisjonsinformasjon om NMs; atomkraftmikroskopi (AFM) gir nanoskala oppløsning i den vertikale (z-aksen) dimensjonen; og røntgendiffraksjon (XRD) gir informasjon om atomstrukturen til NMs; alle disse metodene kan bare brukes på tørre prøver (pulver)10,11. Teknikker som er egnet for karakterisering av NMs i flytende medier inkluderer feltstrømningsfraksjonering (FFF), som gjør det mulig å separere store molekyler, aggregater og partikler basert på deres størrelse; dynamisk lysspredning (DLS); nanopartikkelsporingsanalyse (NTA) – to metoder som er mye brukt til å bestemme størrelsen på fordelingsprofilen til partikler ved hjelp av brownsk bevegelse – og ultrafiolett synlig spektrofotometri (UV-Vis), som gjør det mulig å vurdere NM-egenskaper som størrelse, aggregeringstilstand og brytningsindeks ved hjelp av en enkel absorpsjonsmåling11,12,13. Selv om alle disse teknikkene tillater NM-karakterisering, er deres ytelse avhengig av instrumentoppsett, instrumentrelaterte forskjeller, kompleks metodikk for prøvepreparering og brukerens kompetansenivå. Videre tillater de fleste teknikkene ikke sanntidsovervåking av NM-størrelse, prøveintegritet eller differensiering mellom dispergerte eller aggregerte partikler.6. UV-Vis spektroskopi er en mye brukt teknikk som gir ikke-invasiv og rask sanntidsevaluering av NM-størrelse, konsentrasjon og aggregeringstilstand. I tillegg er det en enkel og billig prosess med minimal prøvepreparering, noe som gjør denne teknikken til et viktig verktøy som i stor grad brukes i mange laboratorier innen mange disipliner og markeder.6,12,14. UV-Vis fungerer ved å måle overføringen av elektromagnetisk stråling av en bølgelengde mellom 180 og 1100 nm gjennom en væskeprøve. UV- og VIS-spektralområdene dekker bølgelengdeområdet for ultrafiolett (170 nm til 380 nm), synlig (380 nm til 780 nm) og nær-infrarød (780 nm til 3300 nm)4,14. Bølgelengden av lys som passerer gjennom prøvecellen måles; intensiteten av lys som kommer inn i prøven, kalles I0, og intensiteten av lyset som dukker opp på den andre siden, er angitt som I114. Beer-Lambert-loven gjenspeiler forholdet mellom A (absorbans) som en funksjon av prøvekonsentrasjon C, prøveutryddelseskoeffisienten ε, og de to intensitetene.14. Absorpsjonsmålinger kan samles ved en enkelt bølgelengde eller over et utvidet spektralområde; den målte lysoverføringen omdannes til en absorbansmåling ved å følge Beer-Lamberts lovligning. Standardligningen for absorbans er A = ɛlc, hvor (A) er mengden lys som absorberes av prøven for en gitt bølgelengde (ɛ) er molar dempingskoeffisienten (absorbans / (g / dm3) (l) er avstanden lyset beveger seg gjennom oppløsningen (cm), og (c) er konsentrasjonen per enhetsvolum (g/dm3). Absorbansen beregnes som forholdet mellom intensiteten i en referanseprøve (I0) og det ukjente utvalget (I), som beskrevet i følgende ligning14:
Enkelheten til UV-Vis gjør det til en ideell teknikk å sammenligne PTS i en etablert måleprotokoll6,12,15. Målet med en ILC eller PTS er å verifisere ytelsen og reproduserbarheten til en metode ved hjelp av en SOP15. Dette gir i sin tur en standardisert tilnærming for rask karakterisering av nanopartikkelfjæringer for andre brukere.
For å vurdere ferdighetene, konsistensen og påliteligheten til metoden som presenteres her, deltok seks laboratorier i et ILC som medlemmer av Horisont 2020 ACEnano-prosjektet (https://cordis.europa.eu/project/id/720952). ILC involverte UV-Vis karakterisering av standard Au kolloid dispersjoner av forskjellige partikkelstørrelser (5-100 nm). En SOP ble gitt til alle involverte laboratorier for å sikre identisk utarbeidelse av AuNP-suspensjoner, evaluering og rapportering av resultater for å bidra til utvikling av en gjennomførbar og robust lagdelt tilnærming i NM fysisk-kjemisk karakterisering, datatolkning og forbedring av beste praksisprotokoller for industrielle og regulatoriske behov8.
Protocol
1. Levering av AuNP-prøvene:
- Forbered aliquots på 5 ml Au-kolloiddispersjoner med størrelser på 5, 20, 40, 60 og 100 nm, inkludert en 50 μg/ml prøve av 'ukjent størrelse' (se Tabell over materialer for mer spesifikke detaljer om nanomaterialene som brukes).
- Send prøvene i 7 ml polystyrenbeholdere med gelpakker til hvert deltakende laboratorium for å opprettholde en passende temperatur under frakten. Oppbevar prøvene ved 4 °C umiddelbart.
MERK: Prøven "ukjent størrelse" må inneholde en størrelse på 80 nm; Denne informasjonen bør være kjent av partneren som distribuerer materialet, men ikke utleveres til de andre partnerne.
2. Kalibrering av spektrofotometeret:
- Slå på UV-Vis-spektrometeret i minst 20 minutter slik at lampen kan varmes opp.
MERK: Se materialtabellen for modellen og merket til spektrofotometeret som brukes. - I programvaren velger du alternativet Spectrum scan fra modusvinduet, som viser driftsmodusene.
- Juster parameterinnstillingene i Instrument | Innstillinger og parametere i programvaren før du fortsetter med målinger: Målemodus | Spektrumskanning, datamodus | ABS, Start bølgelengde på 680 nm, Endebølgelengde på 380 nm, Skannehastighet på 400 nm/min, Prøveintervall på 0,5, Spaltebredde på 1,5 og Banelengde på 10.
- Etter at parametrene er satt, fyll to cuvettes (3 ml, polystyren) med 1 ml ultrapure vann (UPW) (18,2 M·Ω·cm). Plasser knøttene i referansecelleholderen (bak) og prøvecelleholderen (foran) for å dekke lysbanen (se Materialtabellen for det spesifikke merket og modellen til cuvettes som brukes).
MERK: Pass på at cuvettene er plassert og riktig justert for å avbryte støyeffekten og andre miljøeffekter som ikke er prøverelaterte. - Lukk UV-Vis-instrumentdekselet og fortsett med den tomme kalibreringen ved å velge Tom fra kommandolinjen. Baseline-korreksjonen utføres ved å kjøre en referanse med de to cuvettes fylt med 1 ml UPW plassert i prøveholderne. For alternative protokoller som brukes av andre partnere, se Tilleggsinformasjon (SI).
3. Forberedelse av prøvene
- Ta en subsample på 500 μL for hver AuNP på 5, 20, 40, 60, 100 nm og den ukjente størrelsen, og lag en fortynning med 500 μL UPW.
- Plasser de fortynnede suspensjonene i 1 ml cuvettes; det totale fortynningsforholdet skal være 1: 1 og sluttkonsentrasjon 25 μg / ml.
MERK: Den fortynnede prøven må fremstilles umiddelbart før UV-Vis-målingen.
4. Måling av nanopartikkeldispersjoner
- Når den tomme kalibreringen er utført, og en ny prøve er klargjort, erstatter du en av de tomme dråpene i prøvecelleholderen (foran) med AuNP-dispersjonsprøven; Den andre referansekrovetten som er fylt med 1 ml UPW, må stå urørt.
MERK: Bruk en ny engangs-cuvette til forskjellige prøver for å unngå krysskontaminering mellom prøver. Når du bruker kvartspanner, skyll prøven cuvette med UPW mellom prøver. - Velg alternativet Mål/start på kommandolinjen for å kjøre spektrumskanningene for hver fortynnede AuNP-spredning. Tre spektrumskanningskjøringer bør innhentes for hver AuNP-prøve, inkludert den ukjente størrelsesprøven.
MERK: Pass på at den tomme cuvette forblir i referansecelleholderen når du kjører en måling.
5. Rapportering av resultater
- Pakk ut rå eksperimentelle data for hvert mål i en regnearkkompatibel fil ved å velge Fil-menyen og klikke Eksporter rapportfil (*.csv).
- Legg merke til maksimal absorpsjonsbølgelengde (Absmax) og lambda (λmax) for hver av UV-Vis-målingene og registrer dem i den medfølgende malen.
MERK: Den forhåndsutformede malen ble gitt til ACEnano-partnerne for automatisk å beregne bølgelengdenes gjennomsnittlige standardavvik ved å angi riktig beregningsformel i arbeidsboken. Hvis du vil ha mer informasjon og tilgang til malen, kan du se Tilleggsinformasjon (SI). - I arbeidsboken tegner du inn en kalibreringskurve med gjennomsnittet av λmax (y-aksen) mot den kjente nanopartikkelstørrelsen (nm) (5, 20, 40, 60 og 100 nm). I regnearket oppretter du for eksempel kalibreringskurven ved å velge Data | på kommandolinjen Data | Sett inn | Spre plott | Legg til | trendlinje Polynomkurve (effekt 2).
- Inkluder den polynomiske ligningen for kalibreringskurven: Velg Alternativer for trendlinje | Vise Formel i diagrammet fra kommandolinjen (figur 1).
- Til slutt, for å beregne den ukjente størrelsen på AuNP-prøven, isolere den polynomiske ligningen fra kalibreringskurven for å passe til gjennomsnittsverdien for det ukjente λmax, ved hjelp av en avledning av kvadratisk formel (figur 1). Den beregnede størrelsen kan inkluderes i malen for å fullføre en fullstendig oppsummering av dataene for konsistens, raskere tolkning og evaluering av resultatene (se SI).
Figur 1: Kalibreringskurve for å beregne størrelsen på den ukjente prøven. Plottet representerer bølgelengdene (λmax) og størrelsen på AuNPene som brukes til å plotte kalibreringen. Plottet viser bare én kalibreringskurve fra én partner. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Representative Results
UV-Vis er en av de mest populære teknikkene for nanopartikkelkarakterisering, da det gjør det mulig for brukeren å oppnå presis analyse av egenskaper til NMs som Absmax og λmax6,12. Resultatene av den nåværende studien representerer UV-Vis-karakteriseringen av AuNP-dispersjoner gjennom en ILC mellom seks deltakende laboratorier.
Figur 2: Lambda og absorbansresultater. Tallene viser tomtene for resultatene som rapporteres av hvert laboratorium for ulike AuNP-størrelser. A) Lambda maks resultater. B) Absorbans maks resultater. Laboratorie 5 kunne ikke rapportere data for 100 nm på grunn av prøvekontaminering. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Resultatene for λmax-bølgelengdene viste nær repeterbarhet blant partnerne (figur 2A). Dette var også tilfellet for det beregnede området, som ble brukt til å vurdere forskjellen mellom verdier, og som viste små forskjeller mellom 1,00 og 2,40 (λmax) for de fleste AuNP-størrelsene (tabell 1). Det totale gjennomsnittet av λmax , beregnet ved hjelp av det registrerte gjennomsnittet for hvert laboratorium for hver AuNP-størrelse, viste på samme måte lave standardavvik for de fleste størrelsene. Størrelsen på 100 nm var det eneste unntaket, da den viste et høyt variasjonsområde (4,66 λmax) mellom partnere, noe som førte til et større standardavvik (572 ± 2,00 nm) sammenlignet med andre AuNP-størrelser (tabell 1). Det er viktig å nevne at laboratorie 5 ikke var i stand til å utføre noen målinger for partiklene på 100 nm størrelse, på grunn av forurensningsproblemer som kan ha kompromittert repeterbarheten av resultatene.
I motsetning viste absorbansresultater (Absmax) et mer spredt utvalg av dataverdier (figur 2B) sammenlignet med λmax-resultater . Til tross for tilsynelatende høyere variasjon av disse resultatene mellom laboratorier, viste analysen generelle midler med lavere standardavvik og uventede dårligere variasjonsområder (0,11–0,21 Absmax) mellom laboratorier sammenlignet med λmax-resultatene (tabell 1).
| Verdi | AuNP (nm) | |||||
| 5 | 20 | 40 | 60 | 100 | Ukjent | |
| Område λmax | 1.45 | 1.00 | 3.00 | 2.00 | 4.66 | 2.40 |
| Utvalg Aumax | 0.12 | 0.11 | 0.13 | 0.13 | 0.12 | 0.21 |
| Gjennomsnittlig λmax | 517,7 ± 0,59 | 524,6 ± 0,45 | 527,8 ± 1,13 | 535,3 ± 0,74 | 572 ± 2,00 | 549,7 ± 0,85 |
| Gjennomsnittlig Aumax | 0,395 ± 0,048 | 0,497 ± 0,050 | 0,509 ± 0,057 | 0,689 ± 0,055 | 0,472 ± 0,051 | 0,661 ± 0,101 |
Tabell 1: Lambda og Absorbans beregnet område og midler. Området og det totale gjennomsnittet og standardavviket for hver AuNP-størrelse vises. Resultatene ble beregnet ved hjelp av det rapporterte gjennomsnittet for lambda og absorbans for hvert laboratorium (seks målinger), bortsett fra 100 nm-størrelsen som bare 5 målinger ble brukt til å beregne verdiene på grunn av en prøveforurensning rapportert av laboratorie 5.
Z-poengverdiene ble også beregnet for å notere avstanden mellom enkeltverdier og det totale gjennomsnittet. Analysen av Z-poengsummer ga informasjon om tilliten til ILC-resultatene, da poengsummene er direkte relatert til befolkningsfordelingen ved å vise, i en rekke standardavvik, hvor langt et datapunkt er fra gjennomsnittet16. I resultatene viste de fleste laboratoriene positive Z-score-verdier på 0,01-1,93 for λmax, noe som indikerer at de fleste resultatene var nær gjennomsnittet og presenterte en normalfordelingskurve, da Z-score større enn absoluttverdien av 2 og -2 regnes som verdier som er fjernt fra gjennomsnittet og ikke har en normal fordeling16. Den høyeste Z-skåren for Absmax ble registrert for 40 nm-størrelsen rapportert av laboratorie 1, med en verdi på 1,93 og et Absmax-gjennomsnitt på 530 ± 0, sammenlignet med det totale gjennomsnittet på 527,82 ± 1,13 (figur 3A). Den maksimale Z-skårverdien på 1,23 for λmax ble rapportert av laboratorie 3 sammen med et rapportert λmax på 0,454 ± 0 for 5 nm AuNP-størrelse sammenlignet med det totale gjennomsnittet på 0,395 ± 0,04. Dette ble etterfulgt av 60 nm AuNP med en Z-score på 1,18 og et λmax-gjennomsnitt på 0,754 ± 0 sammenlignet med det totale gjennomsnittet på 0,689 ± 0,05. De resterende størrelsene viste Z-poengverdier fra -0,04 til -1,23 (figur 3B).
Figur 3: Lambda og Absorbance Z-score. Z-skår ble beregnet ved hjelp av resultatene rapportert av hvert laboratorium mot det totale gjennomsnittet. A) Beregnede Lambda max Z-score. B) Beregnet absorbans maks Z-score. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Resultatene for det ukjente utvalget viste at de fleste partnerne beregnet størrelsen til 76–80 nm. Gjennomsnittet av laboratoriene 1-4 og 6 ble registrert som 78,02 ± 1,36 nm. Laboratorie 5 rapporterte en større størrelse på 109 nm, noe som utvidet det totale gjennomsnittet og standardavviket opp til 83,18 ± 12,70 nm, noe som tyder på at denne verdien var en outlier (figur 4A). Z-skårene ble beregnet til å være mellom -0,25 og -0,56 for alle laboratoriene; Det eneste unntaket var for den ukjente størrelsen rapportert av laboratorie 6, som viste den høyeste positive Z-skåren (2,03) sammenlignet med alle målingene, som kan betraktes som en verdi som er fjern fra gjennomsnittet (figur 4B).
Figur 4: Ukjent utvalgsstørrelse og Z-skår. A) Rapportert størrelse for hvert laboratorium for den angitte ukjente prøven. B) Beregnede Z-score for hvert enkelt resultat mot det totale gjennomsnittet på 83,18 ± 12,70 nm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tilleggsinformasjon (SI): Klikk her for å laste ned denne filen.
Discussion
Flere metoder er tilgjengelige for karakterisering av nanoskalarelaterte egenskaper (f.eks. analytisk ultracentrifugation (AUC), skanning elektronmikroskopi /transmission electronmikroskopi (SEM/TEM) og Dynamic Light Scattering (DLS)10,11). Imidlertid mangler disse teknikkene UV-Viss enkelhet for å oppnå primære resultater i karakteriseringen av NMs12,13. UV-Vis er et vanlig instrument selv i ikke-så velutstyrte laboratorier, noe som gjør det til et uslåelig verktøy for karakterisering av NMs6. Når du karakteriserer NMs, er det viktig å vurdere begrensningene, styrkene og svakhetene ved teknikkene som skal brukes. I UV-Vis-spektrometeret passerer lysstrålen gjennom prøverommet, noe som resulterer i absorpsjonsverdier; Som et resultat kan eksterne vibrasjoner, utelys, forurensninger og brukerens ytelse forstyrre målingen og resultatene4,12. På samme måte, når du plotter en kalibreringskurve for å bestemme størrelsen på en ukjent prøve, er det viktig å registrere alle målingene som trengs for å konstruere kalibreringen, da manglende faktorer kan bidra til variasjoner mellom målinger og brukere.
For eksempel kan den høye variasjonen i det totale Absmax-gjennomsnittet av den ukjente prøven være knyttet til forskjeller mellom laboratoriene på grunn av avhengigheten mellom stråleintensiteten, posisjonen og selve instrumentet17,18. Videre kan de manglende dataene for 100 nm-størrelsen fra laboratorie 5, på grunn av et forurensningsproblem, også bidra til de høye forskjellene mellom resultatene, da de manglende dataene kan ha påvirket kalibreringskurven og den plottede polynomligningen som brukes til å beregne størrelsen på den ukjente AuNP-suspensjonen. Reproduserbarhet mellom protokoller og laboratorier kan absolutt være komplisert, da mange faktorer kan bidra til mangel på konsistens i laboratorieaktiviteter, noe som resulterer i at forskere av og til ikke klarer å reprodusere funn fra andre laboratorier, noe som kan føre til langsommere vitenskapelig fremgang, bortkastet tid, penger og ressurser19. Den vellykkede karakteriseringen av fysisk-kjemiske egenskaper til NMs, spesielt størrelse, krever en metode som er enkel å utføre av alle deltakende laboratorier, som for det meste kan løses ved å følge en systematisk og konseptuell replikering, for eksempel opprettelsen av en SOP, instrumentopplæring og unngå bruk av misidentifiserte eller krysskontaminerte prøver15,19.
På samme måte er kvaliteten og stabiliteten til kolloidfjæringen også viktige faktorer å vurdere, da endringer i deres fysisk-kjemiske egenskaper kan føre til forskjellige resultater. Derfor, for å sikre stabiliteten i lengre perioder, bør nanopartikkelfjæringer lagres i mørket ved 4 °C. På samme måte, under forsendelsesprosessen, bør de alikvoterte prøvene holdes kalde, da lange perioder ved romtemperatur kan føre til betydelig aggregering20. I tillegg, for å overvinne feil i NM-karakterisering, er det nødvendig å gi tilgang til de opprinnelige dataene, protokollene og viktige forskningsmaterialer mellom samarbeidende laboratorier, spesielt når du vurderer ferdighetene, konsistensen og påliteligheten gjennom en ILC15. Å gjøre disse faktorene tydelige og tilgjengelige er nøkkelen til å oppnå en vellykket NM-karakterisering av ethvert laboratorium eller utstyr. Hvis du ser bort fra disse aspektene, kan det føre til mangel på reproduserbarhet, nøyaktighet og villedende eller feilaktige resultater15. Selv om UV-Vis spektroskopi har vist seg å være gullstandarden i NM-karakterisering, kan den utnyttes på mange andre felt, da den tillater kvantitativ bestemmelse av et utvidet dynamisk løsningsområde i både uorganiske og organiske forbindelser6,21.
Dessuten kan UV-Vis enkelt kombineres med andre verktøy for å måle et stort utvalg av attributter, og dermed forbedre kvaliteten på enhver analyse22. Basert på disse funksjonene er UV-Vis mye brukt på mange områder som i det biofarmasøytiske feltet ved å måle UV-Vis-spektra i proteinløsninger med høy konsentrasjon, i miljøkontroll når man sammenligner likheter mellom forurensninger og deres produktrelaterte urenheter i sanntid, i industrielle avløpsbehandlingsanlegg som en del av regelverket for avløpsfargebestemmelse og akseptabilitetsnivå22, 23. Etter hvert som teknologien utvikler seg og mer avanserte funksjoner og erfaring blir tilgjengelig i spektrofotometri, vil ytterligere utvidelse av applikasjonene og parametrene som kan måles ved hjelp av denne teknikken oppstå22. For eksempel, i feltapplikasjoner, er online UV-Vis spektrometri et verdifullt verktøy for overvåking av mange parametere i sanntid og i ulike typer væsker, noe som er en eksepsjonell funksjon blant online sensorsystemer22.
ILC beskrevet her ble designet som en test av SOP utviklet for UV-Vis blant seks deltakende laboratorier involvert i H2020 ACEnano-prosjektet. Analysen av resultatene viste at et ILC gir verdifull informasjon for å gi teknisk tillit til en intern metode for NM-karakterisering av hvert deltakerlaboratorium. Datainnsamling i en etablert mal bekreftet konsistens og raskere tolkning av resultatene og ga en modell for estimering av størrelsen på et ukjent AuNP-utvalg, som også viste repeterbarhet mellom resultatene når tilstrekkelige punkter i kalibreringskurven ble inkludert. Videre validerte resultatene effektiviteten til UV-Vis for NM-karakterisering, samt viktigheten av å lage beste praksis-protokoller. En slik tilnærming gir videre en mulighet for den implementerte prosedyren til å bidra til utvikling av et lovgivende rammeverk gjennom reproduserbare NM-karakteriseringsprotokoller basert på metodevalg og datatolkning som er relevante for akkrediteringsregulatorer og forskningsledelsesorganer.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de ikke har konkurrerende interesser.
Acknowledgments
ACQ takker Nasjonalt råd for vitenskap og teknologi (CONACyT) i Mexico for å finansiere doktorgradsstudiene sine. Alle forfattere anerkjenner støtte fra European Union Horizon 2020 Program (H2020) under tilskuddsavtale no 720952, prosjekt ACEnano (ring 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).
