عرضية الترشيح الفائق التدفق: A "الخضراء" طريقة لاختيار الحجم وتركيز الجسيمات النانوية الفضة الغروية

الهدف العام من هذا الإجراء هو إثبات جدوى طريقة الترشيح الفائق بالجريان المماسي لأحجام أكبر من الجسيمات النانوية الغروية وأحجام أصغر من Tate. أولاً، يتم تخليق أربعة لترات من جسيمات الفضة النانوية الغروية cretin. يتم التحقق من جودة الغروي عن طريق تحديد رنين بلازمون السطح باستخدام مطيافية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV vis).

بعد ذلك، استخدم الترشيح الفائق بالتدفق المماسي لتحديد الحجم واختيار وتركيز هذا الغروي في أربعة مليلترات من الماء. ثم قم بقياس كمية الفضة في الغروي الأصلي وفي العينات الممثلة لعملية الترشيح الفائق باستخدام مطيافية الانبعاث الضوئي للبلازما المقترنة حثياً. وأخيراً، استخدم المجهر الإلكتروني النافذ بالتزامن مع معالجة الصور.

يُستخدم برنامج Image J لإظهار توزيع أحجام الجسيمات النانوية الفضية في الغروي الأصلي وعملية الترشيح الفائق النهائية. سيحتاج الأفراد المبتدئون في تقدير كمية المواد النانوية باستخدام I-C-P-O-E-S إلى تعلم إجراءات تنظيف الأدوات الزجاجية الضرورية لضمان خلوها من أي تلوث بآثار المعادن. ومن المهم أيضاً مراعاة الوقت المطلوب لهضم العينات الغروية بشكل صحيح وتحضير معايير معايرة I-C-P-O-E-S.

على عكس الطرق الأخرى مثل الفصل بحجم الجسيمات، والذوبانية المعتمدة على الحجم، وكروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي، والبلورة التجزيئية، والترحيل الكهربائي للهلام، تتجنب هذه الطريقة مشكلات مثل التكتل، وسمية كواشف الاصطناع، والطلاءات غير المرغوب فيها، والتكلفة العالية و/أو انخفاض الكفاءة. سيقوم أوستن ويليامز، وجوشوا بيكر، وكاثرين أندرز، وهم طلاب بحث من مختبري، بعرض اصطناع جسيمات كولورادو سوين النانوية وتوصيفها بواسطة القياس الطيفي المرئي-تحت الأحمر القريب وI-C-P-O-E-S. مرحباً، أنا الدكتورة وولي وسأقوم بإجراء الترشيح بالتدفق المماسي، بينما ستقوم جاكي سيسكو بإجراء المجهر الإلكتروني. يجب تنظيف جميع الأدوات الزجاجية الموضحة في النص المصاحب بدقة.

باستخدام مياه معقمة بالـ autoclave مبردة عند 10 درجة مئوية، قم بتحضير 300 مليلتير من محلول بوروهيدريد الصوديوم بتركيز اثنين ملي مولار و100 مليلتير من محلول نترات الفضة بتركيز واحد ملي مولار. الآن، أضف 300 مليلتير من محلول بوروهيدريد الصوديوم إلى دورق إرلنماير للتفاعل سعة 500 مليلتير يحتوي على قضيب تحريك. غلف الدورق برقائق الألومنيوم لمنع أكسدة الفضة وقم بالتحريك على الثلج.

لتحضير سحاحة سعة 25 ملليلتر، اشطفها بعمود كامل من الماء عالي النقاوة، يليه شطف بعمود كامل باستخدام نترات الفضة. بعد ذلك، غلف السحاحة بورق ألومنيوم واملأها بمحلول نترات الفضة. وفي غرفة مظلمة، أضف 50 ملليلتر من محلول نترات الفضة إلى محلول الصوديوم أو الهيدريد.

قم بتغطية القسم الأوسط من الجهاز بخيمة من ورق الألمنيوم لتقليل التعرض للضوء. قم بتجديد حمام الثلج بشكل دوري خلال هذه الفترة. استمر في تقليب المحلول الغروي فوق الثلج لمدة إضافية تتراوح بين 45 إلى 50 دقيقة.

يُستدل على تكوين جسيمات الفضة النانوية من خلال تغير اللون من عديم اللون إلى الأصفر الذهبي، وهو ما يميز الحد الأقصى لرنين البلازمون السطحي لجسيمات الفضة النانوية. قم بتبريد الغروي الناتج. املأ خلية Q vet مخصصة للاستخدام مرة واحدة سعة 1 ml بالمحلول الغروي والماء فائق النقاء بنسبة حجمية 1 إلى 10. ولإجراء تصحيح خط الأساس الفارغ، املأ خلية Q Vet أخرى بالماء فائق النقاء.

امسح الجزء الخارجي من كلا الكيوفيتين (cuvettes) باستخدام منديل كيم (Kim wipe). اضبط مقياس الطيف الضوئي على وضع الامتصاصية، بحيث تتراوح قيمة Y الدنيا من -0.5 إلى قيمة Y القصوى 1.0. كما يجب ضبط نافذة المسح X من 200 إلى 800 نانومتر، واختيار معدل مسح سريع مع تصحيح الخط القاعدي.

أدخل أنبوب Q vet المملوء بالماء في الجهاز وقم بإجراء مسح لخط الأساس. كرر العملية إذا لزم الأمر حتى يتم الحصول على تحكم بخط أساس غير صفري. استبدل أنبوب Q.Vet الفارغ بأنبوب Q vet الذي يحتوي على العينة، ثم ابدأ مسح الامتصاص لجمع طيف امتصاص UV vis للعينة الغروية.

قم بتوصيل أنابيب التغذية Master Flex مقاس 17 بالمضخة التمعجية كما هو موضح في النص المصاحب، وحدد اتجاه الضخ عكس عقارب الساعة باستخدام زر DIR وتأكد من أن زر الوضع مضبوط على INT. اضبط معدل الضخ ليكون أقل من 300 milliliters per minute. بعد ذلك، قم بتجهيز النظام عن طريق إنشاء فراغ في حلقة الترشيح.

بمجرد تدفق السائل بحرية عبر النظام، قم بإيقاف تشغيل المضخة وإغلاق المنفذ الموجود في وصلة الأنابيب ثم قم بإزالة المشبك. قم بتشغيل المضخة مرة أخرى ومراقبة دائرة الأنابيب للتأكد من عدم وجود تسريبات. الآن، قم بزيادة معدل تدفق المضخة وفقًا لحجم الأنابيب.

استمر في عملية الترشيح حتى ينفد السائل من زجاجة الخزان تقريبًا، ثم قم بإيقاف تشغيل المضخة، وخفض معدل الضخ واجمع الرواسب (tate) من حلقة الترشيح. تتكون هذه الرواسب من جسيمات نانوية أكبر من 50 nanometers. بعد ذلك، اجمع الرشاحة، والتي تتكون من جسيمات نانوية أصغر من 50 nanometers.

يمكن أن يكون محلول Tate آمناً لإجراء المزيد من التحليلات، ويُستخدم الرشيح في الخطوة التالية. تلي ذلك عملية اختيار الجسيمات النانوية التي يقل قطرها عن 20 nanometers. اشطف الأنابيب باستخدام حمض النيتريك بتركيز 2% في ماء عالي النقاء.

كرر عملية الترشيح باستخدام مرشح CROs بسعة 100 kilodalton. اجمع المادة المحتجزة من حلقة الترشيح. يمكن تركيز العينة بشكل أكبر باستخدام مرشح micross أصغر بسعة 100 KD وأنابيب بحجم أصغر 14 مع خفض معدلات الضخ إلى 30 mil و 90 mil لخطوات التجهيز والترشيح.

صُممت هذه الطريقة لتقدير كمية الفضة عبر خطوات التنقية الخاصة بتحضير جزيئات الفضة النانوية. استخدم حاويات من البولي بروبيلين منخفض الكثافة لمنع ترشيح الفضة من العينات. أولاً، قم بهضم العينات كيميائياً باستخدام حمض النيتريك المركز.

قم أيضاً بتحضير منحنى معايرة للفضة باستخدام ثمانية معايير. انتقل الآن إلى جهاز I-C-P-O-E-S لضبط معاملات الطول الموجي للفضة، وقدرة التردد الراديوي، وتدفق البلازما، والتدفق المساعد، وضغط المرذاذ. اضبط الجهاز أيضاً لقياس العينات في ثلاث مكررات بزمن تكرار قدره 10 ثوانٍ.

استخدمه بضبط زمن استقرار القياس على 15 ثانية وتأخير سحب العينة على 30 ثانية. كما يجب التأكد من إدراج عينة فارغة (method blank) بين كل عينة وأخرى لتقليل احتمالية التلوث الخلطي. والآن، قم بتحميل العينات وقياس عينة tate بتركيز 100 kilodalton بعد تخفيفها بالماء فائق النقاء.

قم الآن بترسيب 20 µL من الغروي الأصلي ومن التخفيف بوزن 100 kilodalton على شبكات ذهبية مطلية من نوع 300 mesh form bar. اترك الشبكات لتجف في الهواء. اضبط جهد التسريع لجهاز TEM على 70 kV لتصور جسيمات الفضة النانوية، ثم التقط صوراً مجهرية إلكترونية باستخدام الكاميرا عالية الدقة واحفظها بصيغة ملفات الصور الموسومة (TIFF).

في هذا التحضير لأربعة لترات من جزيئات الفضة الغروية والنانوية، كان للغروي النهائي لون أصفر ذهبي مميز. وأظهر طيف امتصاص UV vis لهذا الغروي ذروة بلازمون سطحية متماثلة وحادة نموذجية عند 394 نانومتر. أما طيف رامان للغروي الأصلي والـ 100 كيلودالتون تيت النهائي فقد أظهرا ثلاثة أنماط اهتزازية فقط.

نمط الانحناء عند 1, 640 وأنماط التمدد المتماثل وغير المتماثل للماء. أنتجت عملية الترشيح الفائق بالتدفق المماسي المكونة من ثلاث خطوات لاختيار الحجم وتركيز جسيمات الفضة النانوية ناتج احتباس نهائي بوزن 100 kilodalton وبحجم أربعة ملي لترات. تم التخلص من معظم النواتج الثانوية للتخليق والكواشف الزائدة من خلال مذيب الماء.

تم تحديد كمية الفضة بعد ذلك باستخدام منحنى معايرة I-C-P-O-E-S. وهنا، كانت الحصيلة الفعلية قريبة جداً من الحصيلة النظرية النموذجية البالغة 15.4 parts per million. وبالنسبة لتفاعل الكريتين، انعكس التركيز الشديد لجسيمات الفضة النانوية من خلال تغير دراماتيكي في اللون من الذهبي والأصفر للغروي الأصلي إلى البني الداكن لـ 100 kilodalton النهائي، وأكدت قياسات I-C-P-O-E-S الملاحظات البصرية، وكشفت عن تركيز الفضة في 100 kilodalton النهائي.

تشير صور المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) هذه لغروانيات Creon الأصلية والكسارة النهائية بحجم 100 kilodalton إلى أن الجسيمات النانوية الفضية تظهر في حالتها غير المتكتلة كمناطق سوداء مستديرة على خلفية رمادية فاتحة. وقد تم إنشاء مخططات توزيع الحجم هذه بواسطة TEM من خلال تحليل ما يقرب من 800 جسيم نانوي فضي لكل من جسيمات Creon الفضية الأصلية والكسارة النهائية بحجم 100 kilodalton. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء الترشيح الجرياني المماسي لتركيز واختيار حجم الجسيمات النانوية الفضية.

يمكن تركيز أحجام مختلفة بأقل قدر من التكتل. يجب أن يكون لديك أيضاً فهم جيد لكيفية توصيف الجسيمات النانوية. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في ست ساعات أو أقل.

أثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر أن المعلقات الغروية عالية التركيز ستكون لها مدة صلاحية محدودة حتى عند التبريد. ويمكن إدارة هذا القيد من خلال البحث والتخطيط والتحضير الدقيقين. تذكر أنه عند التعامل مع كاشف حمض النيتريك الساخن أثناء الهضم الكيميائي لتحليل I-C-P-U-S، يمكن أن يكون التحليل خطيراً، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات المناسبة كما هو الحال عند العمل في خزانة استرداد الغازات الكيميائية أو ارتداء معدات الوقاية المناسبة أثناء القيام بهذا الإجراء.