La ultrafiltración de flujo tangencial: "en verde" Método para la selección del tamaño y concentración de las nanopartículas de plata coloidal

El objetivo general de este procedimiento es demostrar la viabilidad del método de ultrafiltración en flujo tangencial para volúmenes mayores de nanopartículas coloidales y volúmenes menores de Tate. Primero, sintetice cuatro litros de nanopartículas coloidales de plata cretin. Verifique la calidad del coloide determinando la resonancia de plasma superficial mediante espectrofotometría de absorción UV-vis.

A continuación, utilice flujo tangencial y ultrafiltración para seleccionar por tamaño y concentrar este coloide en cuatro mililitros de agua. Luego, mediante espectroscopía de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente, cuantifique la cantidad de plata en el coloide original y en las muestras representativas del proceso de ultrafiltración. Finalmente, microscopía electrónica de transmisión en conjunto con procesamiento de imágenes.

En el software Image J se utiliza para mostrar la distribución del tamaño de las nanopartículas de plata en el coloide original y en la ultrafiltración final. Las personas nuevas en la cuantificación de nanomateriales mediante ICP-OES deberán aprender los procedimientos de limpieza del material de vidrio, fundamentales para garantizar que este esté libre de cualquier contaminación por metales traza. También es importante el tiempo necesario para digerir adecuadamente las muestras coloidales y preparar los estándares de calibración para ICP-OES.

A diferencia de otros métodos como el tamaño de fijación, solubilidad dependiente, tamaño, cromatografía de exclusión, cristalización fraccionada y electroforesis en gel, este método evita problemas como agregación, toxicidad de la síntesis, reactivos, recubrimientos no deseados, alto costo y/o reducida ineficiencia. La síntesis de las nanopartículas Colorado Suen y su caracterización mediante espectrofotometría visible-ultravioleta y I-C-P-O-E-S serán realizadas por Austin Williams, Joshua Baker y Catherine Anders, estudiantes de investigación de mi laboratorio. Hola, soy el Dr. Woolley y realizaré la filtración tangencial de flujo, y Jackie Cisco realizará la microscopía electrónica. Limpie meticulosamente. Todo el material de vidrio se describe en el texto adjunto.

Utilizando agua de autoclave enfriada a 10 grados Celsius, prepare 300 mililitros de una solución de borohidruro de sodio de dos milimolares y 100 mililitros de una solución de nitrato de plata de un milimolar. A continuación, agregue 300 mililitros de la solución de borohidruro de sodio a un matraz de reacción Erlenmeyer de 500 mililitros que contenga una barra de agitación. Envuelva el matraz con papel de aluminio para prevenir la oxidación de la plata y agite sobre hielo.

Para cebear una bureta de 25 mililitros, enjuague con una columna completa de agua ultrapura, seguido de un enjuague con una columna completa utilizando nitrato de plata. Luego envuelva la bureta con papel de aluminio y llénela con solución de nitrato de plata. En un cuarto oscuro, agregue 50 mililitros de solución de nitrato de plata a la solución de sodio o hidruro.

Cubra la sección media del aparato con una tienda de aluminio para minimizar la exposición a la luz. Reponga periódicamente el baño de hielo durante este tiempo. Continúe agitando la solución coloidal sobre hielo durante 45 a 50 minutos adicionales.

La formación de nanopartículas de plata se indica por un cambio de color de incoloro a amarillo dorado, característico del máximo de resonancia del plasma superficial de las nanopartículas de plata. Refrigere el coloide resultante. Llene una celda Q desechable de un mililitro con coloide de Creighton y agua ultrapura en una proporción de volumen de 1 a 10. Para una corrección de línea base en blanco, llene otra celda Q con agua ultrapura.

Limpie el exterior de ambos Q vets con una toallita Kim. Configure el espectrofotómetro en modo de absorbancia desde un mínimo de Y de -0,5 hasta un máximo de Y de 1,0. Además, establezca la ventana de barrido X entre 200 y 800 nanómetros y seleccione una velocidad de barrido rápida con corrección de línea base.

Inserte el Q vet lleno de agua en el instrumento y realice un escaneo de línea base. Repita si es necesario hasta obtener un control de línea base distinto de cero. Reemplace el Q.Vet en blanco por el Q vet de la muestra e inicie un escaneo de absorción para la recopilación del espectro de absorción UV-vis de la muestra coloidal.

Conecte 17 tubos flexibles de alimentación maestros a la bomba peristáltica según se describe en el texto adjunto, seleccione la dirección de bombeo antihoraria utilizando el botón DIR y verifique que el botón de modo esté en INT. Ajuste la velocidad de la bomba a menos de 300 mililitros por minuto. A continuación, prepare el sistema creando un vacío en el bucle de filtración.

Una vez que el líquido fluya libremente a través del sistema, apague la bomba, cierre el puerto en la unión del tubo y retire la abrazadera. Encienda nuevamente la bomba y supervise el circuito de tubos en busca de fugas. Ahora aumente la velocidad de flujo de la bomba de acuerdo con el tamaño del tubo.

Continúe con la filtración hasta que el líquido en la botella del depósito esté casi agotado y apague la bomba, reduzca la velocidad de la bomba y recoja el retenido del bucle de filtración. El retenido consiste en nanopartículas mayores de 50 nanómetros. A continuación, recoja el filtrado, que consiste en nanopartículas menores de 50 nanómetros.

El Tate puede estar seguro para un análisis posterior y el filtrado se utiliza en el siguiente paso. A continuación, seleccione nanopartículas de menos de 20 nanómetros de diámetro. Enjuague el tubo con ácido nítrico al 2% en agua ultrapura.

Repita el proceso de filtración con un filtro de 100 kilodalton CROs. Recoja el retenido del bucle de filtración. La muestra puede concentrarse aún más utilizando un filtro micross de 100 KD más pequeño y un tubo de tamaño 14 más pequeño, con tasas de bomba más bajas de 30 mil y 90 mil para los pasos de cebado y filtración.

Este método está diseñado para cuantificar la plata mediante los pasos de purificación del proceso de preparación de nanopartículas de plata. Utilice recipientes de polipropileno de baja densidad para evitar la lixiviación de plata a partir de las muestras. Primero, digiera químicamente las muestras con ácido nítrico concentrado.

Prepare también una curva de calibración de plata utilizando ocho patrones. A continuación, configure los parámetros del instrumento de ICP-OES para la longitud de onda de la plata, la potencia de radiofrecuencia, el flujo de plasma, el flujo auxiliar y la presión del nebulizador. Además, configure el instrumento para medir las muestras por triplicado con un tiempo de replicado de 10 segundos.

Utilícelo entre un tiempo de estabilización de la medición de 15 segundos y un retraso en la toma de muestra de 30 segundos. Asimismo, asegúrese de introducir un blanco del método entre cada muestra para reducir la posible contaminación cruzada. Ahora, cargue las muestras y mida diluyendo la muestra de 100 kilodalton con agua ultrapura.

Ahora, deposite 20 microlitros del coloide original y del tate diluido de 100 kilodalton sobre rejillas de oro recubiertas con película de formvar de 300 mallas. Coloque las rejillas para que sequen al aire. Establezca el potencial de aceleración del instrumento de MET en 70 kilovoltios para visualizar las nanopartículas de plata y capture micrografías electrónicas utilizando la cámara de alta resolución, y guárdelas en formato de archivo de imagen etiquetado.

En esta preparación de cuatro litros de creta y nanopartículas de plata coloidal, el coloide final presentó un color dorado característico. El espectro de absorción UV-vis de este coloide presentó un pico típico de plasmón superficial simétrico y agudo a 394 nanómetros. El espectro Raman del coloide original de cretina y del tato final de 100 kilodalton presentó únicamente tres modos vibracionales.

El modo de flexión a 1.640 y los modos de estiramiento simétrico y asimétrico del agua. El proceso de filtración tangencial en tres pasos, con ultrafiltración por tamaño, selección y concentración de las nanopartículas de plata produjo un retenido final de 100 kilodalton, ocho de cuatro mililitros. La mayoría de los subproductos de la síntesis y los reactivos en exceso se eliminaron a través del disolvente acuoso.

La cantidad de plata se determinó entonces utilizando la curva de calibración de ICP-OES. Aquí, el rendimiento real es muy cercano al rendimiento teórico típico de 15,4 partes por millón. Para la reacción cretina, la concentración extrema de nanopartículas de plata quedó reflejada en un cambio drástico de color, que pasó del dorado y amarillo del coloide original al marrón oscuro del final de 100 kilodalton; las mediciones de ICP-OES confirmaron las observaciones visuales y revelaron una concentración de plata para el tato final de 100 kilodalton.

Estas micrografías de TEM del coloide de cretina original y del producto final de 100 kilodalton indican que, en su estado no agregado, las nanopartículas de plata aparecen como áreas negras redondeadas sobre un fondo gris más claro. Estos histogramas de tamaño de TEM se construyeron analizando aproximadamente 800 nanopartículas de plata, tanto para las nanopartículas de plata de creón originales como para el producto final de 100 kilodalton. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar la filtración tangencial para la concentración y selección por tamaño de las nanopartículas de plata.

Se pueden concentrar diversos volúmenes con agregación mínima. También debería tener un buen conocimiento sobre cómo caracterizar las nanopartículas. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en seis horas o menos.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que las suspensiones coloidales altamente concentradas tendrán una vida útil limitada incluso bajo refrigeración. Esta limitación puede gestionarse mediante una investigación, planificación y preparación cuidadosas. Recuerde que, al trabajar con ácido nítrico concentrado caliente durante la digestión química para el análisis por I-C-P-U-S, puede presentarse un riesgo y deben tomarse las precauciones adecuadas, como trabajar en una campana química o usar el equipo de protección adecuado durante este procedimiento.