Tangential Flow-Ultrafiltration: Ein "Green"-Methode für die Größe Auswahl und Konzentration von kolloidalem Silber-Nanopartikel

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Machbarkeit der Tangentialfluss-Ultrafiltrationsmethode für größere Volumina kolloidaler Nanopartikel und kleinere Volumina von Tate zu demonstrieren. Synthetisieren Sie zunächst vier Liter kolloidale Silbernanopartikel aus Kretin. Überprüfen Sie die Qualität des Kolloids, indem Sie die Oberflächenplasmaresonanz mittels UV-Vis-Absorption und Spektrophometrie bestimmen.

Verwenden Sie anschließend eine Tangentialströmung, Ultrafiltration, um dieses Kolloid zu dimensionieren, auszuwählen und in vier Milliliter Wasser zu konzentrieren. Anschließend quantifizieren Sie mit der optischen Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma die Menge an Silber im ursprünglichen Kolloid und die repräsentativen Proben des Ultrafiltrationsprozesses. Letztlich die Transmissionselektronenmikroskopie in Verbindung mit der Bildverarbeitung.

In Image J wird eine Software verwendet, um die Größenverteilung der Silbernanopartikel im ursprünglichen Kolloid und der abschließenden Ultrafiltration zu zeigen. Personen, die noch nicht mit der Quantifizierung von Nanomaterialien mit I-C-P-O-E-S vertraut sind, müssen die Reinigungsverfahren für Glaswaren erlernen, die entscheidend sind, um sicherzustellen, dass die Glaswaren frei von Spurenmetallverunreinigungen sind. Wichtig ist auch die Zeit, die für den ordnungsgemäßen Aufschluss der kolloidalen Proben und die Vorbereitung der I-C-P-O-E-S-Kalibrierstandards benötigt wird.

Im Gegensatz zu anderen Verfahren wie Fiktionsgröße, abhängige Löslichkeit, Größe, Ausschlusschromatographie, fraktionierte Kristallisation und Gelelektrophorese vermeidet dieses Verfahren Probleme wie Aggregation, Toxizität der Synthese, Reagenzien, unerwünschte Beschichtungen, hohe Kosten und/oder reduzierte Ineffizienz. Die Demonstration der Synthese der Colorado Suen-Nanopartikel und ihre Charakterisierung durch subsoziale spektrale Optometrie und I-C-P-O-E-S wird von Austin Williams demonstriert. Joshua Baker und Catherine Anders, Forschungsstudenten aus meinem Labor. Hallo, ich bin Dr. Woolley und ich werde die Tangentialflussfiltration durchführen und Jackie Cisco wird die Elektronenmikroskopie akribisch sauber durchführen. Alle Gläser sind im Begleittext beschrieben.

Bereiten Sie unter Verwendung von bei 10 Grad Celsius gekühltem Autoklavwasser 300 Milliliter einer zwei Millimolaren Natrium-Burhydrid-Lösung und 100 Milliliter einer ein Millimolar Silbernitratlösung vor. Nun geben Sie 300 Milliliter der Natriumhydratlösung in einen 500 Milliliter Erlin Meyer Reaktionskolben, der einen Rührstab enthält. Wickeln Sie den Kolben mit Alufolie ein, um Silberoxidation zu verhindern, und rühren Sie ihn auf Eis um.

Zur Grundierung einer 25-Milliliter-Bürettenspülung mit einer vollen Säule Reinstwasser, gefolgt von einer vollen Säulenspülung mit Silbernitrat. Wickeln Sie dann die Bürette mit Alufolie ein und füllen Sie sie mit Silbernitratlösung. Geben Sie in einem dunklen Raum 50 Milliliter Silbernitratlösung zur Natrium- oder Hydridlösung.

Decken Sie den mittleren Teil des Geräts mit einem Folienzelt ab, um die Lichteinwirkung zu minimieren. Füllen Sie das Eisbad in dieser Zeit regelmäßig auf. Rühren Sie die kolloidale Lösung weitere 45 bis 50 Minuten lang auf Eis.

Die Bildung von Silber-Nanopartikeln wird durch einen Farbwechsel von farblos zu einem goldgelben signalisiert, was für das Oberflächenplasma in Resonanz maximal von Silber-Nanopartikeln charakteristisch ist. Füllen Sie einen Ein-Milliliter-Einweg-Q-Vet mit Creighton-Kolloid und Reinstwasser in einem Volumenverhältnis von eins zu 10. Für eine Korrektur der Blankobasis füllen Sie einen weiteren Q Vet mit Reinstwasser.

Wische die Außenseite beider Q-Veteranen mit einem Kim-Tuch ab. Stellen Sie das Spektralphotometer auf einen Absorptionsmodus von einem Y-Minimum von minus 0,5 bis einem Y-Maximum von 1,0 ein. Stellen Sie außerdem das X-Scanfenster auf 200 bis 800 Nanometer ein und wählen Sie eine schnelle Scanrate mit Basislinienkorrektur.

Setzen Sie den mit Wasser gefüllten Q vet in das Instrument ein und führen Sie einen Baseline-Scan durch. Wiederholen Sie diesen Scan, bis eine Baseline-Kontrolle ungleich Null erreicht ist. Ersetzen Sie den Blanko Q.Vet durch den Q vet Proben-Scan und initiieren Sie einen Absorptionsscan zur Entnahme des UV-Vis-Absorptionsspektrums der kolloidalen Probe.

Schließen Sie 17 Master-Flex-Zuführschläuche an die Schlauchpumpe an, wie im Begleittext beschrieben, wählen Sie mit der DIR-Taste die Pumpenrichtung gegen den Uhrzeigersinn und vergewissern Sie sich, dass die Modustaste auf INT steht. Stellen Sie die Pumpenrate auf weniger als 300 Milliliter pro Minute ein. Als nächstes bereiten Sie das System vor, indem Sie ein Vakuum im Filtrationskreislauf erzeugen.

Sobald die Flüssigkeit frei durch das System fließt, schalten Sie die Pumpe aus, schließen Sie den Anschluss in der Schlauchverbindung und entfernen Sie die Klemme. Schalten Sie die Pumpe wieder ein und überwachen Sie den Schlauchkreislauf auf Undichtigkeiten. Erhöhen Sie nun die Fördermenge der Pumpe entsprechend der Schlauchgröße.

Setzen Sie die Filtration fort, bis die Flüssigkeit in der Vorratsflasche fast leer ist, schalten Sie die Pumpe aus, verringern Sie die Pumprate und sammeln Sie das Material aus dem Filterkreislauf. Die Tate besteht aus Nanopartikeln, die größer als 50 Nanometer sind. Als nächstes sammeln Sie das Filtrat, das aus Nanopartikeln besteht, die kleiner als 50 Nanometer sind.

Die Tate kann für die weitere Analyse sicher sein und das Filtrat wird im nächsten Schritt verwendet. Wählen Sie anschließend Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 20 Nanometern aus. Spülen Sie den Schlauch mit 2%iger Salpetersäure in Reinstwasser ab.

Wiederholen Sie den Filtrationsprozess mit einem 100 Kilodalton CROs-Filter. Sammeln Sie das Reten aus dem Filterkreislauf. Die Probe kann weiter konzentriert werden, indem der kleinere 100-KD-Mikrofilter und der kleinere Schlauch der Größe 14 mit den niedrigeren Pumpraten von 30 mil und 90 mil für die Ansaug- und Filtrationsschritte verwendet werden.

Diese Methode dient der Quantifizierung des Silbers durch die Reinigungsschritte der Herstellung der Silbernanopartikel. Verwenden Sie Polypropylenbehälter mit niedriger Dichte, um ein Auslaugen von Silber aus den Proben zu verhindern. Zuerst werden die Proben mit konzentrierter Salpetersäure chemisch verdaut.

Bereiten Sie außerdem eine Silberkalibrierungskurve mit acht Standards vor. Fahren Sie nun mit dem I-C-P-O-E-S-Instrument fort und stellen Sie die Parameter der Wellenlänge für Silber, der Hochfrequenzleistung, der Plasmaströmung, der Hilfsströmung und des Verneblerdrucks ein. Stellen Sie das Gerät außerdem so ein, dass Proben in dreifacher Ausfertigung mit einer Replikationszeit von 10 Sekunden gemessen werden.

Verwenden Sie es zwischen einer Messstabilisierungszeit von 15 Sekunden und einer Probenaufnahmeverzögerung von 30 Sekunden. Achten Sie auch darauf, zwischen jeder Probe einen Methodenblindbetrag einzuführen, um eine mögliche Kreuzkontamination zu reduzieren. Laden Sie nun die Proben und messen Sie, verdünnen Sie die 100-Kilodalton-Tate-Probe mit Reinstwasser.

Nun werden 20 Mikroliter des ursprünglichen Kolloids und die verdünnten 100 Kilodalton Tate auf 300 Mesh gebildete, mit Goldgittern beschichtete Goldgitter abgeschieden. Legen Sie die Gitter an der Luft trocknen. Stellen Sie das Beschleunigungspotenzial des TEM-Instruments ein: Fügen Sie zu 70 Kilovolt hinzu, um die Silbernanopartikel zu visualisieren, erfassen Sie elektronenmikroskopische Aufnahmen mit der hochauflösenden Kamera und speichern Sie sie als getaggtes Bildformat.

Bei dieser Herstellung von vier Litern Kret und kolloidalen Silbernanopartikeln hatte das endgültige Kolloid eine charakteristische goldgelbe Farbe. Das UV-Vis-Absorptionsspektrum dieses Kolloids hatte einen typischen scharfsymmetrischen Oberflächenplasmin-Peak bei 394 Nanometern. Das Raman-Spektrum des ursprünglichen Cretin-Kolloids und des endgültigen 100-Kilodalton-Tate wies nur drei Schwingungsmodi auf.

Der Biegemodus bei 1, 640 und der symmetrische und asymmetrische Streckmodus von Wasser. Der dreistufige Tangentialfluss-Ultrafiltrationsprozess für Größe, Auswahl und Konzentration der Silbernanopartikel ergab ein endgültiges Reten von 100 Kilodalton, acht von vier Millilitern. Die meisten Synthesenebenprodukte und überschüssigen Reagenzien wurden durch das Wasserlösungsmittel eliminiert.

Die Silbermenge wurde dann mit Hilfe der I-C-P-O-E-S-Kalibrierkurve bestimmt. Hier liegt die tatsächliche Ausbeute sehr nahe an der typischen theoretischen Ausbeute von 15,4 ppm. Für die Cretin-Reaktion spiegelte sich die extreme Konzentration von Silbernanopartikeln in einer dramatischen Farbänderung von Gold und Gelb für das ursprüngliche Kolloid zu dunkelbraun für die letzten 100 Kilodalton wider. Die I-C-P-O-E-S-Messungen bestätigten die visuellen Beobachtungen und zeigten eine Silberkonzentration für die letzten 100 Kilodalton Tate.

Diese TEM-Aufnahmen des ursprünglichen Kretin-Kolloids und des endgültigen 100-Kilodalton-Kolloids zeigen, dass Silbernanopartikel in ihrem unaggregierten Zustand als schwarze, runde Flächen auf einem helleren grauen Hintergrund erscheinen. Diese TEM-Größenhistogramme wurden durch die Analyse von etwa 800 Silbernanopartikeln auf ursprüngliche Kreon-Silber-Nanopartikel und die letzten 100 Kilodalton-Ate erstellt. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Tangentialflussfiltration für die Konzentrations- und Größenauswahl von Silbernanopartikeln durchführen.

Verschiedene Volumina können mit minimaler Aggregation konzentriert werden. Sie sollten auch ein gutes Verständnis dafür haben, wie die Nanopartikel zu charakterisieren sind. Einmal gemeistert, kann diese Technik in sechs Stunden oder weniger durchgeführt werden.

Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass hochkonzentrierte kolloidale Suspensionen auch nach dem Kühlen eine begrenzte Lebensdauer haben. Diese Einschränkung kann durch sorgfältige Recherche, Planung und Vorbereitung behoben werden. Denken Sie daran, dass bei der Arbeit mit heißem Salpetersäurereagenz während des chemischen Aufschlusses für I-C-P-U-S die Analyse gefährlich sein kann und dass angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden sollten, wie z. B. bei der Arbeit an einer chemischen Haube oder dem Tragen der richtigen Schutzausrüstung während dieses Verfahrens.