الأشعة فوق البنفسجية فيس الوصف الطيفي للمواد النانوية في وسائل الإعلام المائية
أكتوبر 25, 2021
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.
الأشعة فوق البنفسجية فيس الطيف هو راسخة وسهلة الاستخدام، وتقنية غير مكلفة لقياس حجم وتركيز وحالة التجميع، ومؤشر الانكسار من المواد النانوية. يوفر UV-Vis فحصا وتقييما غير باضع وسريع في الوقت الفعلي لخصائص المواد النانوية باستخدام قياسات امتصاص بسيطة. الأشعة فوق البنفسجية فيس واضحة بشكل استثنائي.
العينات تتطلب القليل من التحضير ، والبرمجيات لديها متغيرات قليلة وسهلة الاستخدام. قم بتشغيل مطياف الأشعة فوق البنفسجية لمدة 20 دقيقة على الأقل للسماح للمصباح بتسخينه. تحميل البرنامج وحدد توصيل الصك حدد الخيار الطيف المسح الضوئي من نافذة الوضع الذي يعرض أوضاع التشغيل.
في البرنامج، انقر على أداة والذهاب إلى إعدادات في شريط الأوامر، حدد المعلمات لمسح الطيف، ثم ضبط إعدادات للقياس. انتقل إلى علامة التبويب أداة وحدد ABS لوضع البيانات، وعرض الشق من 1.5. انتقل إلى علامة التبويب مسح الطول الموجي وتعيين الطول الموجي للبدء من 680 نانومتر، ونهاية الطول الموجي من 380 نانومتر، وسرعة المسح الضوئي من 400 نانومتر في الدقيقة الواحدة.
بعد وضع المعلمات، وملء اثنين cuvettes مع ملليلتر واحد من المياه النقية جدا، ووضعها في المرجع وحامل الخلية عينة لتغطية مسار الضوء. أغلق غطاء الجهاز ثم تابع المعايرة الفارغة بتحديد فارغة من شريط الأوامر، ثم حدد موافق. خذ 500 ميكرولتر تحت كل عينة جسيمات نانوية ذهبية، واستعد لتخفيف مع 500 ميكرولتر من المياه فائقة البرودة. ضع المخففات في لحافات ملليلتر واحد بتركيز نهائي قدره 25 ميكروغرام لكل ملليلتر.
قم بتشغيل معايرة فارغة. بعد المعايرة الفارغة، استبدل أحد اللحافات الفارغة في حامل الخلية العينة بعينة جسيمات نانوية ذهبية، مع الحفاظ على الكمية المرجعية دون أن يمسها أحد. حدد قياس البدء في شريط الأوامر لتشغيل المسح الضوئي.
تشغيل ثلاثة مسح الطيف لكل عينة الجسيمات النانوية الذهب المخفف وعينة غير معروفة. استخراج البيانات التجريبية الخام لكل قياس في ملف متوافق مع جدول البيانات. حدد خاصية على المسح الضوئي، على شريط الأوامر، انتقل إلى علامة التبويب طباعة/تصدير، وانقر فوق البيانات، الطيف، والمعلمات، واضغط موافق. انقر فوق حفظ على شريط الأوامر وحفظ البيانات كملف xls.
لاحظ الطول الموجي الأقصى للامتصاص و lambda لكل من القراءات وسجلها في القالب المقدم. رسم منحنى المعايرة مع متوسط الحد الأقصى لامدا ضد حجم الجسيمات النانوية عن طريق اختيار البيانات، وإدراج الرسم البياني، مؤامرة مبعثر، إضافة خط الاتجاه، ومنحنى متعدد الحدود. لتضمين المعادلة متعددة الحدود لمنحنى المعايرة، حدد خيارات خط الاتجاه وعرض المعادلة على التخطيط من شريط الأوامر.
وأخيرا، حساب حجم العينة الجسيمات النانوية الذهب غير معروف عن طريق عزل المعادلة متعدد الحدود من منحنى المعايرة لتناسب القيمة المتوسطة لللامدا الأقصى غير معروف باستخدام اشتقاق الصيغة التربيعية. ومن بين المختبرات الستة، أظهر الطول الموجي الأقصى قابلية تكرار قريبة، في حين أظهرت نتائج الامتصاص القصوى مجموعة أكثر تشتتا من قيم البيانات لأحجام الجسيمات النانوية الذهبية المختلفة. تظهر هنا النطاقات والوسائل العامة لكل حجم جسيمات نانوية ذهبية.
وأبلغ المختبر الثالث عن الحد الأقصى لقيمة الدرجة Z لماكس لامبدا بالنسبة للجسيمات النانوية بحجم 5 نانومتر، وأبلغ المختبر عن أعلى درجة z لأقصى قدر من الامتصاص بالنسبة للجسيمات النانوية بحجم 40 نانومتر. وحسب معظم الشركاء حجم الجسيمات النانوية غير المعروفة بما بين 76 و80 نانومترا، حيث أبلغ المختبر الخامس عن حجم أكبر بكثير قدره 109 نانومترات. وحسبت درجات Z للأحجام غير المعروفة لتكون بين ناقص 0.25 إلى ناقص 0.56 لجميع المختبرات، مع الاستثناء الوحيد الذي أبلغ عنه المختبر الخامس، الذي أظهر أعلى درجة إيجابية Z من 2.03.
تأكد من أن المعلمات والإعدادات قد تم تعديلها بشكل صحيح. يجب إعداد العينات المخففة طازجة قبل القياس باستخدام الأشعة فوق البنفسجية-Vis. يمكن دمج الأشعة فوق البنفسجية-Vis بسهولة مع أدوات أخرى، مثل TEM و DLS و AFM لقياس مجموعة كبيرة ومتنوعة من السمات إذا أراد المستخدمون توصيف العينة بشكل أكثر شمولا.
نظرة عامة
تحدد هذه الدراسة معياراً لمقارنة بين المختبرات (ILC) لتقييم إجراء التشغيل القياسي (SOP) لتشتتات غرويات الذهب (Au) باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis). شارك في هذه الدراسة ستة شركاء من مشروع H2020 ACEnano، مع التركيز على تحضير العينات، والقياس، وتحليل النتائج.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- المواد النانوية
- الكيمياء التحليلية
- المقارنات بين المختبرات
خلفية علمية
- يعد مطياف الامتصاص للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis spectrophotometry) تقنية واسعة الاستخدام لتوصيف المواد النانوية.
- تتميز هذه الطريقة بأنها غير اجتياحية وتسمح بالتقييم الفوري لخصائص العينة.
- توفر قياسات الامتصاص البسيطة رؤى حول الحجم والتركيز وحالة التجميع.
- تعد إجراءات التشغيل القياسية ضرورية لضمان اتساق النتائج عبر المختبرات المختلفة.
الغرض من الدراسة
- لمعيرة إجراء التشغيل القياسي (SOP) الخاص بتشتتات الغرويات الذهبية بين عدة مختبرات.
- لتقييم تكرارية وموثوقية قياسات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis).
- لتحليل النتائج وتحديد التباينات في قياسات حجم الجسيمات النانوية.
الطرق المستخدمة
- تحضير عينات جسيمات الذهب النانوية وتخفيفاتها.
- معايرة مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis) وقياسات العينة الفارغة.
- إجراء عمليات مسح طيفية متعددة لكل عينة.
- استخراج البيانات وتحليلها لتحديد أحجام الجسيمات النانوية.
النتائج الرئيسية
- تقارب في تكرارية قياسات الطول الموجي الأقصى عبر المختبرات.
- تفاوت في نتائج الامتصاصية القصوى لمختلف أحجام الجسيمات النانوية.
- قدرت معظم المختبرات أحجام الجسيمات النانوية المجهولة بين 76 إلى 80 nanometers.
- سجل المختبر الخامس قياساً شاذاً بحجم 109 nanometers.
الاستنتاجات
- تسلط الدراسة الضوء على أهمية الإجراءات الموحدة لقياسات UV-Vis.
- تشير التناقضات في بيانات الامتصاصية إلى الحاجة لإجراء مزيد من الاستقصاء.
- يمكن للتعاون بين المختبرات أن يعزز دقة القياسات وموثوقيتها.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يتيح مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis spectroscopy) إجراء فحص سريع وغير جراحي لحجم المواد النانوية وتركيزها وحالة تجمعها، مما يدعم التوصيف الفيزيائي والكيميائي في المراحل المبكرة من تطوير الطب النانوي. وتعمل البروتوكولات الموحدة على تحسين قابلية تكرار النتائج بين المختبرات، مما يقلل من التباين في التقييم قبل السريري للمواد النانوية. وهذا يعزز الثقة التنبؤية في اختيار المرشحين الرائدين ويقلل من المخاطر المرتبطة بسلوك المواد النانوية غير المتسق في الأنظمة البيولوجية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: تتيح استقصاء الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد النانوية التي تؤثر على التفاعلات البيولوجية والارتباط بالهدف.
- القيمة التشغيلية: توفر تقييماً أولياً سريعاً ومنخفض التكلفة لتحديد أولويات المواد النانوية المرشحة لمزيد من التقييم.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يولّد بيانات امتصاص كمية مناسبة لإنشاء منحنيات المعايرة وعلاقات التركيز بالحجم.
- القيمة التشغيلية: يدعم توحيد المقاييس من خلال تحديد نطاقات الطول الموجي، وسرعات المسح، وعروض الشقوق لضمان اتساق القياسات.
- القيمة الاستراتيجية: يسهل الجاهزية للفحص عالي الإنتاجية من خلال تمكين المراقبة في الوقت الفعلي للتجمع والاستقرار.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- القيمة العلمية: يوفر مقاييس دقيقة وقابلة للتكرار للحجم والتجميع، وهي ضرورية لربط خصائص المواد النانوية بنتائج الفعالية والسمية في الدراسات قبل السريرية.
- القيمة التشغيلية: يتيح مقارنة البيانات بين المختبرات المختلفة عند اتباع إجراءات التشغيل القياسية (SOPs)، مما يدعم الدراسات قبل السريرية متعددة المواقع.
تكامل مسار العمل وتدفق العمليات
يأتي التوصيف باستخدام الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis) ضمن سلسلة الاكتشاف المستمرة، بدءاً من التصنيع الأولي للمواد النانوية وصولاً إلى التقييم قبل السريري، لا سيما عند دمجه مع تقنيات مكملة مثل المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) أو تشتت الضوء الديناميكي (DLS) لإجراء توصيف شامل.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات المتعلقة بكيفية تأثير الحجم والتجمع على الامتصاص الخلوي والارتباط بالهدف.
- المسح: تتيح جاهزية المقايسة من خلال توفير تعليقات فورية وسريعة حول استقرار المواد النانوية أثناء تحضين المركب.
- التحليلات: توفر مخرجات lambda max والامتصاص التي تساعد في تقدير الحجم وحالة التجمع عبر منحنيات المعايرة.
- البحث الانتقالي: ترتبط بالاستمرارية قبل السريرية من خلال تقديم طريقة موحدة لتتبع خصائص المواد النانوية عبر ظروف التركيب والتخزين.
- إعادة الاستخدام في المؤسسات: تمثل قدرة قابلة للتوسع وإعادة الاستخدام لمراقبة جودة المواد النانوية عبر مراحل الاكتشاف والتطوير.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية في سلوك المواد النانوية من خلال تقليل الغموض الميكانيكي الناتج عن العينات ضعيفة التوصيف.
- القيمة التشغيلية: تعزز التوحيد القياسي، وقابلية التكرار، وقابلية التوسع عبر المختبرات والمشاريع المختلفة.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن قرارات المضي قدماً أو التوقف من خلال توفير بيانات فيزيائية وكيميائية موثوقة في مرحلة مبكرة من التطوير.
- التأثير على محفظة المشاريع: تتيح تحديد الأولويات بناءً على المخاطر المعدلة وفقاً لملفات الحجم والتجميع المتسقة.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في القياس الطيفي الضوئي والتعامل مع المواد النانوية لضمان التحضير السليم للعينات ومعايرة الجهاز.
- يعتمد على استقرار مصدر الضوء ودقة الطول الموجي، مما يستلزم إجراء عملية إحماء وصيانة دورية للجهاز.
- يتطلب اتفاقًا بين الفرق على إجراءات التشغيل القياسية (SOPs) فيما يتعلق بعوامل التخفيف، واختيار الكيوفيت، وتنسيقات تصدير البيانات لضمان إمكانية المقارنة.
- يجب مراعاة القيود المتعلقة بالكشف عن المواد النانوية التي يقل حجمها عن 5 nm أو الموجودة في مصفوفات بيولوجية معقدة دون تنقية مسبقة.
- يستفيد من التكامل مع تقنيات مكملة (مثل TEM وDLS) لإجراء توصيف فيزيائي وكيميائي كامل عندما لا يكون قياس UV-Vis وحده كافيًا.
