مقالة منهجية

الأشعة فوق البنفسجية فيس الوصف الطيفي للمواد النانوية في وسائل الإعلام المائية

DOI:

10.3791/61764

⸱

أكتوبر 25, 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Geography, Earth and Environmental Sciences, University of Birmingham, 2UK Centre for Ecology and Hydrology, 3Natural England, 4Center for Nanosafety Metrology, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), 5Department of Materials, University of Oxford, 6Department of Analytical Chemistry, Helmholtz-Centre for Environmental Research, 7Department of Chemical and Product Safety, German Federal Institute for Risk Assessment (BfR)

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة نتائج القياس للمقارنة بين الطوابق (ILC) المصممة لاختبار إجراء التشغيل القياسي (SOP) الذي تم تطويره لتشتيت الغروانية الذهبية (Au) التي تتميز بالتنظير الطيفي المرئي للأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis) ، بين ستة شركاء من مشروع ACEnano H2020 لإعداد العينات وقياسها وتحليل النتائج.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

غالبا ما يشكل الوصف الفيزيائي الكيميائي للمواد النانوية تحديا تحليليا، نظرا لصغر حجمها (بعد واحد على الأقل في مقياس النانو، أي 1-100 نانومتر)، والطبيعة الديناميكية، والخصائص المتنوعة. وفي الوقت نفسه، فإن التوصيف الموثوق به والتكرار له أهمية قصوى لضمان السلامة والجودة في تصنيع المنتجات الحاملة للنم. هناك العديد من الطرق المتاحة لرصد وتحقيق قياس موثوق للخصائص ذات الصلة بالنانو، ومن الأمثلة على ذلك التحليل الطيفي المرئي للأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis). هذه تقنية راسخة وبسيطة وغير مكلفة توفر تقييم فحص غير الغازية وسريعة في الوقت الحقيقي من حجم NM، والتركيز، وحالة التجميع. هذه الميزات تجعل الأشعة فوق البنفسجية فيس منهجية مثالية لتقييم مخططات اختبار الكفاءة (PTS) لإجراء التشغيل القياسي المعتمد (SOP) الذي يهدف إلى تقييم أداء طريقة التوصيف وقابليتها للاستنساخ. في هذه الورقة، تم تقييم نقاط ما بعد الصدمة لستة مختبرات شريكة من مشروع H2020 ACEnano من خلال مقارنة بين المختبرات (ILC). وتميزت تعليق الذهب القياسية (الاتحاد الافريقي) الغروانية من أحجام مختلفة (تتراوح بين 5-100 نانومتر) من قبل UV-Vis في المؤسسات المختلفة لوضع بروتوكول قابل للتنفيذ وقوية لتوصيف حجم NM.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أصبحت المواد النانوية (NMs) شائعة بسبب خصائصها الفريدة في مقياس النانو (1 إلى 100 نانومتر) ، والتي تختلف عن خصائص نظيراتها السائبة ، إما بسبب التأثيرات المتعلقة بالحجم أو الكم (على سبيل المثال ، زيادة مساحة سطح محددة من حيث الحجم) إلى جانب التفاعل المتميز والبصري والحراري والكهربائي والمغناطيسي 1،2 . التطبيقات المحتملة للNMs في المجتمع متنوعة وترتبط على نطاق واسع بمجالات مثل الرعاية الصحية وصناعة الأغذية ومستحضرات التجميل والدهانات والطلاء والإلكترونيات3،4،5. يتم تطبيق الجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs) على نطاق واسع في تكنولوجيا النانو (على سبيل المثال ، في الرعاية الصحية ومستحضرات التجميل والتطبيقات الإلكترونية) ، ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى تصنيعها البسيط ، والميزات البصرية المعتمدة على الحجم ، وإمكانات التشغيل السطحي ، والخصائص الفيزيائية الكيميائية ، والتي يمكن أن تكون مناسبة للعديد من التطبيقات الرئيسية6،7.

الجودة والقابلية للاستنساخ في توليف وتوصيف NMs مهمة للغاية لضمان الجودة ، ولكن أيضا للتصنيع الآمن للمنتجات النانوية ، خاصة بسبب التفاعل مع NMs ، لا سيما في البيئات المعقدة ، حيث قد تخضع خصائص NM ، مثل توزيع الحجم والمورفولوجيا ، لتغيرات سريعة8,9. تتوفر العديد من الطرق لمراقبة الخصائص المتعلقة بالنانو. فعلى سبيل المثال، يعتبر الفحص المجهري الإلكتروني (SEM/TEM) تقنيات تستخدم للحصول على معلومات بصرية وتركيبية عالية الاستبانة (حتى نانومتر) عن ال NMs؛ يوفر المجهر القوة الذرية (AFM) دقة النانو في البعد العمودي (محور z)؛ ويوفر حيود الأشعة السينية (XRD) معلومات عن التركيب الذري للNMs؛ كل هذه الطرق يمكن استخدامها فقط على عينات جافة (مساحيق)10,11. وتشمل التقنيات المناسبة لتوصيف ال NMs في الوسائط السائلة تجزئة تدفق الحقل (FFF) ، والتي تسمح بفصل الجزيئات الكبيرة والمجاميع والجسيمات استنادا إلى حجمها ؛ تشتت الضوء الديناميكي (DLS)؛ وتحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) – وهما طريقتان تستخدمان على نطاق واسع لتحديد حجم توزيع الجسيمات باستخدام الحركة البراونية – وقياس الطيف المرئي فوق البنفسجي (UV-Vis)، والذي يسمح بتقييم خصائص NM مثل الحجم وحالة التجميع ومؤشر الانكسار عن طريق قياس امتصاص بسيط11,12,13. على الرغم من أن جميع هذه التقنيات تسمح تحديد خصائص NM، فإن أدائها يعتمد على إعداد الصك، والاختلافات المتعلقة الصك، ومنهجية معقدة لإعداد العينة، ومستوى المستخدم من الخبرة. وعلاوة على ذلك، فإن معظم التقنيات لا تسمح في الوقت الحقيقي رصد حجم NM، سلامة العينة، أو التفريق بين الجسيمات المتناثرة أو المجمعة6. الأشعة فوق البنفسجية فيس الطيفية هي تقنية تستخدم على نطاق واسع التي توفر غير الغازية وسريعة في الوقت الحقيقي لتقييم حجم NM، والتركيز، وحالة التجميع. بالإضافة إلى ذلك ، فهي عملية بسيطة وغير مكلفة مع الحد الأدنى من إعداد العينة ، مما يجعل هذه التقنية أداة أساسية تستخدم على نطاق واسع في العديد من المختبرات داخل العديد من التخصصات والأسواق6,12,14. يعمل UV-Vis عن طريق قياس انتقال الإشعاع الكهرومغناطيسي لطول موجي يتراوح بين 180 و 1100 نانومتر من خلال عينة سائلة. تغطي النطاقات الطيفية للأشعة فوق البنفسجية و VIS نطاق الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية (170 نانومتر إلى 380 نانومتر) ، المرئية (380 نانومتر إلى 780 نانومتر) ، والأشعة تحت الحمراء القريبة (780 نانومتر إلى 3300 نانومتر)4,14. يتم قياس الطول الموجي للضوء الذي يمر عبر خلية العينة؛ ويشار إلى كثافة الضوء دخول العينة كما أنا0، و يتم تعيين شدة الضوء الناشئ على الجانب الآخر كما أنا114. يعكس قانون بير لامبرت العلاقة بين A (الامتصاص) كدالة لتركيز العينة C ومعامل انقراض العينة ε والكثافة اثنين14. ويمكن جمع قياسات الامتصاص على طول موجي واحد أو على مدى طيفي ممتد؛ يتم تحويل نقل الضوء المقاس إلى قياس الامتصاص باتباع معادلة قانون بير لامبرت. المعادلة القياسية للامتصاص هي A = ɛlc، حيث (أ) هي كمية الضوء التي تمتصها العينة لطول موجي معين (ɛ) هو معامل توهين الضرس (امتصاص/(g/dm)3) (ل) هي المسافة التي يقطعها الضوء عبر المحلول (سم)، و(ج) هي التركيز لكل وحدة حجم (g/dm3). يتم حساب الامتصاص كنسبة بين كثافة العينة المرجعية (I0) والعينة المجهولة (I)، كما هو موضح في المعادلة التالية14:

figure-introduction-1

بساطة الأشعة فوق البنفسجية فيس يجعلها تقنية مثالية لمقارنة PTS من بروتوكول القياس المنشأة6،12،15. الهدف من ILC أو PTS هو التحقق من أداء واستنساخ طريقة باستخدام SOP15. وهذا بدوره يوفر نهجا موحدا لتوصيف سريع لتعليق الجسيمات النانوية للمستخدمين الآخرين.

لتقييم كفاءة واتساق وموثوقية الطريقة المعروضة هنا، شاركت ستة مختبرات في لجنة القانون الدولي كأعضاء في مشروع أفق 2020 ACEnano (https://cordis.europa.eu/project/id/720952). وشملت لجنة القانون الدولي توصيف الأشعة فوق البنفسجية فيس من التشتت الغرواني الاتحاد الافريقي القياسية من أحجام الجسيمات المختلفة (5-100 نانومتر). وقدم برنامج عمل شامل لجميع المختبرات المعنية لضمان الإعداد المطابق لتعليق تقييم النتائج وتقييمها والإبلاغ عنها للمساهمة في وضع نهج قابل للتنفيذ وقوي في التوصيف الفيزيائي الكيميائي ل NM وتفسير البيانات وتحسين بروتوكولات أفضل الممارسات للاحتياجات الصناعية والتنظيمية8.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تسليم عينات من AUNP:

  1. إعداد aliquots من 5 مل من التشتت غروية الاتحاد الافريقي مع أحجام 5 و 20 و 40 و 60 و 100 نانومتر بما في ذلك عينة 50 ميكروغرام / مل من "حجم غير معروف" (انظر جدول المواد لمزيد من التفاصيل المحددة حول المواد النانوية المستخدمة).
  2. إرسال العينات في 7 مل من حاويات البوليسترين مع حزم هلام إلى كل مختبر المشاركة للحفاظ على درجة حرارة مناسبة أثناء الشحن. تخزين العينات في 4 درجة مئوية على الفور.
    ملاحظة: يجب أن يقدم نموذج "حجم غير معروف" حجم 80 نانومتر; يجب أن تكون هذه المعلومات معروفة من قبل الشريك الذي يوزع المواد، ولكن لا يتم الكشف عنها للشركاء الآخرين.

2. معايرة مطياف:

  1. قم بتشغيل مطياف UV-Vis لمدة 20 دقيقة على الأقل للسماح للمصباح بتسخينه.
    ملاحظة: راجع جدول المواد للنموذج والعلامة التجارية لمطياف الضوئي المستخدم.
  2. في البرنامج، حدد الخيار الطيف المسح الضوئي من إطار الوضع، الذي يعرض أوضاع التشغيل.
  3. ضبط إعدادات المعلمة في أداة | الإعدادات والمعلمات في البرنامج قبل المتابعة مع القياسات: وضع القياس | مسح الطيف، وضع البيانات | ABS، الطول الموجي لبدء 680 نانومتر، الطول الموجي النهائي من 380 نانومتر، سرعة المسح الضوئي من 400 نانومتر / دقيقة، الفاصل الزمني لأخذ العينات من 0.5، عرض الشق من 1.5، وطول المسار من 10.
  4. بعد تعيين المعلمات، املأ اثنين من الكفيتات (3 مل؛ البوليسترين) ب 1 مل من المياه فائقة السعة (UPW) (18.2 M·Ω·cm). ضع اللحاف في حامل الخلية المرجعي (الخلفي) وحامل الخلية العينة (أمام) لتغطية مسار الضوء (انظر جدول المواد للعلامة التجارية المحددة ونموذج اللحاف المستخدم).
    ملاحظة: تأكد من وضع cuvettes ومحاذاتها بشكل صحيح لإلغاء تأثير الضوضاء والآثار البيئية الأخرى التي لا تتعلق بالعينة.
  5. أغلق غطاء أداة UV-Vis و استمر في المعايرة الفارغة عن طريق تحديد فارغ من شريط الأوامر. يتم إجراء تصحيح خط الأساس عن طريق تشغيل مرجع مع اثنين من cuvettes مليئة 1 مل من UPW وضعت في أصحاب العينة. للاطلاع على البروتوكولات البديلة التي يستخدمها شركاء آخرون، يرجى الاطلاع على المعلومات التكميلية (SI).

3. إعداد العينات

  1. تأخذ subsample من 500 ميكرولتر لكل AUNP من 5، 20، 40، 60، 100 نانومتر، وحجم غير معروف، وإعداد تخفيف مع 500 ميكرولتر من UPW.
  2. وضع تعليق المخفف في 1 مل cuvettes; يجب أن تكون نسبة التخفيف الكلي 1:1 والتركيز النهائي 25 ميكروغرام / مل.
    ملاحظة: يجب إعداد العينة المخففة مباشرة قبل قياس الأشعة فوق البنفسجية-فيس.

4. قياس تشتت الجسيمات النانوية

  1. بعد إجراء المعايرة الفارغة، وإعداد عينة جديدة، استبدل أحد اللحافات الفارغة في حامل الخلية العينة (الأمامي) بعينة تشتت AuNP؛ يجب ترك cuvette المرجعية الأخرى المملوءة ب 1 مل من UPW دون أن يمسها أحد.
    ملاحظة: استخدم cuvette القابل للتصرف جديد لعينات مختلفة لتجنب التلوث المتبادل بين العينات. عند استخدام cuvettes الكوارتز، شطف cuvette عينة مع UPW بين العينات.
  2. حدد الخيار قياس/بدء تشغيل من شريط الأوامر لتشغيل مسح الطيف لكل تشتت AuNP مخفف. وينبغي الحصول على ثلاثة أشواط لمسح الطيف لكل عينة من عينات AuNP، بما في ذلك عينة الحجم غير المعروفة.
    ملاحظة: تأكد من أن cuvette فارغة يبقى في حامل الخلية المرجعية عند تشغيل قياس.

5. الإبلاغ عن النتائج

  1. استخراج البيانات التجريبية الأولية لكل قياس في ملف متوافق مع جدول البيانات عن طريق تحديد قائمة ملف والنقر فوق ملف تقرير التصدير (*.csv).
  2. لاحظ الطول الموجي الأقصى للامتصاص (Absmax) وlamda (λmax) لكل من قراءات الأشعة فوق البنفسجية-Vis وسجلها في القالب المقدم.
    ملاحظة: تم توفير القالب المصمم مسبقا لشركاء ACEnano لحساب متوسط الانحرافات المعيارية للأطوال الموجية تلقائيا عن طريق تعيين صيغة الحساب المناسبة في المصنف. لمزيد من التفاصيل والوصول إلى القالب، راجع المعلومات التكميلية (SI).
  3. في المصنف، رسم منحنى المعايرة مع متوسط λmax (ص المحور) ضد حجم الجسيمات النانوية المعروفة (نانومتر) (5، 20، 40، 60، و 100 نانومتر). على سبيل المثال، في جدول البيانات، قم بإنشاء منحنى المعايرة عن طريق التحديد في شريط الأوامر Data | إدراج | الرسم البياني | مخطط مبعثر إضافة | خط الاتجاه منحنى متعدد الحدود (قوة 2).
  4. تضمين المعادلة متعددة الحدود لمنحنى المعايرة: حدد خيارات خط الاتجاه | عرض المعادلة على التخطيط من شريط الأوامر (الشكل 1).
  5. وأخيرا، لحساب الحجم غير المعروف لعينة AuNP، قم بعزل المعادلة متعددة الحدود عن منحنى المعايرة لتتناسب مع متوسط القيمة ل λmax غير معروف، باستخدام اشتقاق الصيغة التربيعية (الشكل 1). يمكن تضمين الحجم المحسوب في القالب لإكمال ملخص كامل للبيانات من أجل الاتساق والتفسير الأسرع وتقييم النتائج (انظر SI).

figure-protocol-1
الشكل 1: منحنى المعايرة لحساب حجم العينة غير المعروفة. تمثل المؤامرة الأطوال الموجية (λmax) وحجم AuNPs المستخدمة لرسم المعايرة. تعرض المؤامرة منحنى معايرة واحد فقط من شريك واحد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأشعة فوق البنفسجية فيس هي واحدة من التقنيات الأكثر شعبية لتوصيف الجسيمات النانوية لأنها تسمح للمستخدم للحصول على تحليل دقيق لخصائص NMs مثل Absmax و λmax6,12. وتمثل نتائج هذه الدراسة توصيف الأشعة فوق البنفسجية-فيس لتشتتات ال AUNP من خلال ILC بين ستة مختبرات مشاركة.

figure-results-1
الشكل 2: لامبدا ونتائج الامتصاص. وتبين الأرقام المؤامرات للنتائج التي أبلغ عنها كل مختبر لأحجام مختلفة من ال AUNP. أ) نتائج لامبدا ماكس. ب) امتصاص أقصى النتائج. ولم يتمكن المختبر 5 من الإبلاغ عن بيانات عن 100 نانومتر بسبب تلوث العينة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وأظهرت نتائج الأطوال الموجية λmax تكرار وثيق بين الشركاء (الشكل 2A). وكان هذا هو الحال أيضا بالنسبة للنطاق المحسوب، الذي استخدم لتقييم الفرق بين القيم، والذي أظهر اختلافات صغيرة تتراوح بين 1.00 و 2.40 (λmax) لمعظم أحجام AuNP (الجدول 1). المتوسط الإجمالي λmax ، محسوبة باستخدام المتوسط المسجل لكل مختبر لكل حجم AuNP، وبالمثل عرض الانحرافات المعيارية المنخفضة لمعظم الأحجام. وكان حجم 100 نانومتر هو الإعفاء الوحيد، حيث عرض نطاق تباين عال (4.66 λmax) بين الشركاء، مما أدى إلى انحراف معياري أكبر (572 ± 2.00 نانومتر) مقارنة بأحجام AuNP الأخرى (الجدول 1). ومن المهم الإشارة إلى أن المختبر 5 لم يتمكن من إجراء أي قياسات لجسيمات حجم 100 نانومتر، بسبب مشاكل التلوث التي قد تكون عرضت تكرار النتائج للخطر.

وعلى النقيض من ذلك، أظهرت نتائج الامتصاص (Absmax) مجموعة أكثر تشتتا من قيم البيانات (الشكل 2B) مقارنة بنتائج λmax . وعلى الرغم من التباين الأعلى على ما يبدو لهذه النتائج بين المختبرات، أظهر التحليل وسائل عامة ذات انحرافات معيارية أقل ونطاقات تباين أدنى غير متوقعة (0.11-0.21 Absmax) بين المختبرات مقارنة بنتائج λmax (الجدول 1).

قيمةأوناب (نانومتر)
5204060100مجهول
المدى λmax 1.451.003.002.004.662.40
المدى أوماكس 0.120.110.130.130.120.21
متوسطλmax 517.7 ± 0.59524.6 ± 0.45527.8 ± 1.13535.3 ± 0.74572 ± 2.00549.7 ± 0.85
يعني أوماكس 0.395 ± 0.0480.497 ± 0.0500.509 ± 0.0570.689 ± 0.0550.472 ± 0.0510.661 ± 0.101

الجدول 1: نطاق ووسائل لامدا وامتصاص محسوبة. يتم عرض النطاق والمتوسط العام والانحراف المعياري لكل حجم AuNP. تم حساب النتائج باستخدام المتوسط المبلغ عنه لل لامدا وامتصاص كل مختبر (ستة قياسات)، باستثناء حجم 100 نانومتر الذي تم استخدام 5 قياسات فقط لحساب القيم بسبب تلوث العينة الذي أبلغ عنه المختبر 5.

كما تم حساب قيم نقاط Z لملاحظة المسافة بين القيم الفردية والوسال الإجمالي. وقدم تحليل الدرجات Z معلومات عن ثقة نتائج لجنة القانون الدولي، حيث ترتبط الدرجات ارتباطا مباشرا بتوزيع السكان من خلال عرض، في عدد من الانحرافات المعيارية، مدى بعد نقطة البيانات عن المتوسط16. في النتائج، أظهرت معظم المختبرات قيم نقاط Z إيجابية من 0.01-1.93 ل λmax، مما يشير إلى أن معظم النتائج كانت قريبة من المتوسط وقدمت منحنى توزيع طبيعي، حيث تعتبر درجات Z أكبر من القيمة المطلقة 2 و-2 قيما بعيدة عن المتوسط وليس لها توزيع طبيعي16. وسجلت أعلى درجة Z ل Absmax لحجم 40 نانومتر التي أبلغ عنها المختبر 1، بقيمة 1.93 ومتوسط Absmax 530 ± 0، مقارنة بالمتوسط العام البالغ 527.82 ± 1.13 (الشكل 3A). تم الإبلاغ عن القيمة القصوى لنقاط Z البالغة 1.23 ل λmax من قبل المختبر 3 جنبا إلى جنب مع متوسط λmax المبلغ عنه من 0.454 ± 0 لحجم AuNP 5 نانومتر مقارنة بالمساء الإجمالي البالغ 0.395 ± 0.04. وتلا ذلك 60 نانومتر AuNP مع درجة Z من 1.18 ومتوسط λmax من 0.754 ± 0 مقارنة بالمتوسط العام من 0.689 ± 0.05. أما الأحجام المتبقية فقد عرضت قيم نقاط Z من -0.04 إلى -1.23 (الشكل 3B).

figure-results-2
الشكل 3: لامدا وامتصاص Z-عشرات. تم حساب درجات Z باستخدام النتائج التي أبلغ عنها كل مختبر مقابل المتوسط العام. أ) محسوبة لامبدا ماكس Z-عشرات. ب) الاستيعاب المحسوب ماكس Z-عشرات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وأظهرت نتائج العينة غير المعروفة أن معظم الشركاء حسبوا الحجم ليكون 76-80 نانومتر. وسجل متوسط المختبرين 1-4 و 6 على أنه 78.02 ± 1.36 نانومتر. وأبلغ المختبر 5 عن حجم أكبر يبلغ 109 نانومتر، مما وسع المتوسط العام والانحراف المعياري إلى 83.18 ± 12.70 نانومتر، مما يشير إلى أن هذه القيمة كانت شاذة (الشكل 4 ألف). وقد حسبت درجات Z لتكون بين -0.25 إلى -0.56 لجميع المختبرات؛ وكان الاستثناء الوحيد هو الحجم غير المعروف الذي أبلغ عنه المختبر 6، الذي أظهر أعلى درجة إيجابية من الدرجة Z (2.03) مقارنة بجميع القياسات، التي يمكن اعتبارها قيمة بعيدة عن المتوسط (الشكل 4B).

figure-results-3
الشكل 4: حجم العينة غير معروف وZ-عشرات. أ) حجم المبلغ عنها لكل مختبر للعينة غير معروف المقدمة. ب) محسوبة Z-عشرات لكل نتيجة فردية مقابل المتوسط العام من 83.18 ± 12.70 نانومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

معلومات تكميلية (SI): الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وهناك عدة طرق متاحة لتحديد خصائص الخواص المتصلة بالنانو (مثل الطرد الفائق التحليل(AUC)، ومجهر الإلكترون المسح الضوئي/المجهر الإلكتروني (SEM/TEM)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)10،11). ومع ذلك، تفتقر هذه التقنيات إلى بساطة الأشعة فوق البنفسجية فيس للحصول على النتائج الأولية في توصيف NMs12،13. الأشعة فوق البنفسجية فيس هو أداة مشتركة حتى في المختبرات غير مجهزة تجهيزا جيدا، مما يجعلها أداة لا تضاهى لوصف NMs6. عند توصيف NMs ، من المهم النظر في القيود ونقاط القوة والضعف في التقنيات التي سيتم تطبيقها. في مطياف الأشعة فوق البنفسجية-فيس، شعاع الضوء يمر عبر حجرة العينة مما أدى إلى قيم الامتصاص. ونتيجة لذلك، قد تتداخل الاهتزازات الخارجية، والضوء الخارجي، والملوثات، وأداء المستخدم مع القياس والنتائج4,12. وبالمثل، عند رسم منحنى المعايرة لتحديد حجم عينة غير معروفة، من المهم تسجيل جميع القياسات اللازمة لبناء المعايرة، حيث أن العوامل المفقودة قد تسهم في الاختلافات بين القياسات والمستخدمين.

على سبيل المثال، قد يكون الاختلاف الكبير في متوسط Absmax العام للعينة غير المعروفة مرتبطا بالاختلافات بين المختبرات بسبب الاعتماد بين كثافة الحزمة وموقعها والأداة نفسها17,18. وعلاوة على ذلك، فإن البيانات المفقودة لحجم 100 نانومتر من المختبر 5، بسبب مشكلة تلوث، قد تسهم أيضا في الاختلافات العالية بين النتائج، لأن البيانات المفقودة ربما أثرت على منحنى المعايرة والمعادلة المتعددة الحدود المرسومة المستخدمة لحساب حجم تعليق AUNP غير المعروف. ومن المؤكد أن إمكانية الاستنساخ بين البروتوكولات والمختبرات يمكن أن تكون معقدة، لأن العديد من العوامل قد تسهم في عدم الاتساق في الأنشطة المختبرية، مما يؤدي إلى عدم قدرة الباحثين في بعض الأحيان على إعادة إنتاج النتائج من مختبرات أخرى، مما قد يؤدي إلى تباطؤ التقدم العلمي، وإضاعة الوقت والمال والموارد19. ويتطلب التوصيف الناجح للخصائص الفيزيائية الكيميائية للمركبات غير الكيميائية، ولا سيما الحجم، طريقة سهلة التنفيذ من جانب جميع المختبرات المشاركة، يمكن معالجتها في الغالب باتباع تكرار منهجي ومفاهيمي، مثل إنشاء نظام تشغيلي، وتدريب على الأجهزة، وتجنب استخدام عينات غير مسماة أو متعددة التلوث(19).

وبالمثل، فإن جودة واستقرار تعليق الغروانية هي أيضا عوامل هامة للنظر، كما التغيرات في خصائصها الفيزيائية الكيميائية قد تؤدي إلى نتائج مختلفة. لذلك ، لضمان استقرارها لفترات أطول ، يجب تخزين تعليق الجسيمات النانوية في الظلام عند 4 درجات مئوية. وبالمثل، خلال عملية الشحن، يجب أن تبقى عينات aliquoted الباردة، كما فترات طويلة في درجة حرارة الغرفة قد يؤدي إلى تراكم كبير20. بالإضافة إلى ذلك، للتغلب على الإخفاقات في توصيف NM، من الضروري توفير الوصول إلى البيانات الأصلية والبروتوكولات والمواد البحثية الرئيسية بين المختبرات المتعاونة، خاصة عند تقييم الكفاءة والاتساق والموثوقية من خلال ILC15. إن توضيح هذه العوامل وإتاحتها أمر أساسي لتحقيق توصيف ناجح ل NM من قبل أي مختبر أو معدات. قد يؤدي تجاهل هذه الجوانب إلى عدم إمكانية إعادة الإنتاج والدقة والنتائج المضللة أو الخاطئة15. على الرغم من أن الأشعة فوق البنفسجية فيس الطيف ثبت أن معيار الذهب في توصيف NM، فإنه يمكن استغلالها في العديد من المجالات الأخرى لأنها تسمح بتحديد كمي لمجموعة ديناميكية موسعة من الحلول في كل من المركبات غير العضوية والعضوية6،21.

الى جانب ذلك ، يمكن بسهولة الأشعة فوق البنفسجية فيس يمكن الجمع بينها وبين أدوات أخرى لقياس مجموعة كبيرة ومتنوعة من السمات ، وبالتالي تحسين نوعية أي analysis22. واستنادا إلى هذه الميزات، يستخدم UV-Vis على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل في مجال الأدوية الحيوية من خلال قياس أطياف UV-Vis في حلول البروتين عالية التركيز، في التحكم البيئي عند مقارنة أوجه التشابه بين الملوثات والشوائب المتعلقة بالمنتج في الوقت الحقيقي، في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية كجزء من اللوائح لتحديد لون مياه الصرف الصحي ومستوى المقبولية22، 23- ال 23- الأرباح التي ي بالتأكيد ، مع تقدم التكنولوجيا والميزات والخبرات الأكثر تقدما تصبح متاحة في قياس الطيف ، فإن زيادة توسيع التطبيقات والمعلمات التي يمكن قياسها باستخدام هذه التقنية سيحدث22. على سبيل المثال، في التطبيقات الميدانية، يعد قياس الطيف بالأشعة فوق البنفسجية على الإنترنت أداة قيمة لرصد العديد من المعلمات في الوقت الحقيقي وفي أنواع مختلفة من السوائل، وهي ميزة استثنائية بين أنظمة الاستشعار عبر الإنترنت22.

تم تصميم ILC الموصوفة هنا كاختبار ل SOP الذي تم تطويره للأشعة فوق البنفسجية بين ستة مختبرات مشاركة تشارك في مشروع ACEnano H2020. وأظهر تحليل النتائج أن لجنة القانون الدولي توفر معلومات قيمة تتيح الثقة التقنية في طريقة داخلية لتوصيف NM من قبل كل مختبر مشارك. وأكد جمع البيانات في قالب ثابت اتساق النتائج وسرعة تفسيرها، وقدم نموذجا لتقدير حجم عينة غير معروفة من عينة من عينات الكمية غير المعروفة من الكمية، مما أظهر أيضا إمكانية التكرار بين النتائج عند إدراج نقاط كافية في منحنى المعايرة. وعلاوة على ذلك، أثبتت النتائج فعالية الأشعة فوق البنفسجية فيس لتوصيف NM وكذلك أهمية وضع بروتوكولات أفضل الممارسات. ويتيح هذا النهج كذلك فرصة للإجراء المنفذ للمساهمة في وضع إطار تشريعي من خلال بروتوكولات توصيف NM القابلة للاستنساخ القائمة على اختيار الأسلوب وتفسير البيانات ذات الصلة بجهات تنظيم الاعتماد وهيئات إدارة البحوث.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح متنافسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تود ACQ أن تشكر المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا (CONACyT) في المكسيك على تمويل دراسات الدكتوراه. يعترف جميع المؤلفين بالدعم المقدم من برنامج أفق الاتحاد الأوروبي 2020 (H2020) بموجب اتفاقية المنح no 720952، مشروع ACEnano (اتصل ب NMBP-26-2016).

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
امتصاص الميكرو كوفيت ، 200 & الميكرو ؛ LHellma105.201-QS
Cary 5000 مقياس الطيف الضوئي (مقياس الطيف الضوئي C)AgilentCary 5000
الجسيمات النانوية الذهبية 5 نانومترحلول BBIEM. GC5
الجسيمات النانوية الذهبية 20 نانومترحلول BBIEM. GC20
الجسيمات النانوية الذهبية 40 نانومترحلول BBIEM. GC40
الجسيمات النانوية الذهبية 60 نانومترحلول BBIEM. GC60
الجسيمات النانوية الذهبية 80 نانومترحلول BBIEM. GC80
الجسيمات النانوية الذهبية 100 نانومترحلول BBIEM. GC100
Agilent / HP 8453 (مقياس الطيف الضوئي E) مقياس
الطيف الضوئي Jenway 6800 (مقياس الطيف الضوئي A) JenwayUV6800
كفيت البوليسترين ، 1.5 مل ، طول المسار الصغير 10 ممSigma759015
البوليسترين كوفيت ، 3 مل (10 مم × 10 مم × 45 مم)Sarstedt Inc67.742
كوفيت كوارتز شبه ميكرو ، 1 مل (1 مم × 10 مم × 45 مم)Agilent6610001
فائقة النقاء (UPW) (18.2 M & Omega ؛ سم). //
مقياس الطيف الضوئي UV-1800 (مقياس الطيف الضوئي ب)مقياس الطيف الضوئي ShimadzuUV1800
Varian Cary 50 (مقياس الطيف الضوئي D)AgilentCary 50
مياه

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rauscher, H., Rasmussen, K., Sokull-Klüttgen, B. Regulatory aspects of nanomaterials in the EU. Chemie Ingenieur Technik. 89 (3), 224-231 (2017).
  2. Hassellöv, M., Kaegi, R. Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology. Lead, J. R., Smith, E. , Blackwell Publishing Ltd. 211-266 (2009).
  3. 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).
  4. Venkatachalam, S. Spectroscopy of Polymer Nanocomposites. Thomas, D., Rouxel, D., Ponnamma, D. , 130-157 (2016).
  5. Bharmoria, P., Ventura, S. Nanomaterials for healthcare, energy and environment. Bhat, A. H., et al. , Springer. Singapore. 1-29 (2019).
  6. Amendola, V., Meneghetti, M. Size evaluation of gold nanoparticles by UV-vis spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (11), 4277-4285 (2009).
  7. Yeh, Y. C., Creran, B., Rotello, V. M. Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale. 4 (6), 1871-1880 (2012).
  8. European Commission. Analytical and Characterisation Excellence in nanomaterial risk assessment: A tiered approach. , Available from: https://cordis.europa.eu/project/id/720952 (2019).
  9. Ikhmayies, S. J. Characterization of nanomaterials. The Journal of Operations Management. 66 (1), 28-29 (2014).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Tomaszewska, E., et al. Detection limits of DLS and UV-Vis spectroscopy in characterization of polydisperse nanoparticles colloids. Journal of Nanomaterials. 2013, 10(2013).
  13. Singer, A., Barakat, Z., Mohapatra, S., Mohapatra, S. S., et al. Nanocarriers for Drug Delivery. Mohapatra, S. S., et al. , Elsevier. 395-419 (2019).
  14. Perkampus, H. H. UV-VIS spectroscopy and its applications. , Springer-Verlag. (1992).
  15. Delčev, S., Zaimović-Uzunović, N., Basić, H. Participation of accredited laboratories in proficiency testing schemes and interlaboratory comparisons. Key Engineering Materials. 637, (2015).
  16. Hayes, A. Financial ratios: Z-Scores values. , Available from: https://www.investopedia.com/terms/z/zscope.asp (2020).
  17. Oliveira, O. N., Li, L., Kumar, J., Tripathy, S. K. Photoreactive Organic Thin Films. Sekkat, Z., Knoll, W. , Academic Press. 429(2002).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Balasubramanian, S. K., et al. Characterization, purification, and stability of gold nanoparticles. Biomaterials. 31 (34), 9023-9030 (2010).
  21. Łobiński, R., Marczenko, Z. Recent advances in ultraviolet-visible spectrophotometry. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 23 (1-2), 55-111 (1992).
  22. 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).
  23. 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).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة