Dispersión de los nanomateriales en medios acuosos: hacia la optimización del Protocolo

El objetivo general de este procedimiento es utilizar la caracterización en tiempo real para identificar las condiciones óptimas de sonicación, la intensidad y la duración para obtener dispersiones de nanomateriales estables y uniformes en medios acuosos. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en nanociencia, particularmente en el campo de la nanotoxicología, sobre cómo optimizar la dispersión de nanopartículas sin afectar la integridad de la muestra. La principal ventaja de esta estrategia de optimización es que mejora el control sobre la calidad de la dispersión final, lo que es fundamental para garantizar la repetibilidad.

Para comenzar el procedimiento, calibre el sonicador de sonda equipado con un bloque de vial sonitrobe. A continuación, utilice una espátula metálica limpia para medir dos miligramos del nanopolvo elegido en cada uno de los tres viales de vidrio limpios de 10 o 20 mililitros, numerados del uno al tres. Pipetear un mililitro de agua desionizada a lo largo de las paredes internas de cada vial.

Para muestras hidrofóbicas, use un mililitro de etanol al 0,5 por ciento por volumen en agua desionizada. Mezcle cada muestra hasta obtener una pasta espesa. A continuación, añada suficiente agua desionizada a la pasta para lograr una concentración final de muestra de 0,2 miligramos por mililitro.

Agite horizontalmente los viales para desalojar cualquier nanopolvo adherido a las paredes internas. Transfiera 1,5 mililitros de cada dispersión de nanopolvo a tubos de microcentrífuga limpios etiquetados con los números correspondientes. Cierre firmemente los tubos y gírelos para desalojar el nanopolvo de las paredes internas.

A continuación, coloque las muestras en el sonitrobe. Sonicar las muestras a 1,1 vatios, pulsar durante un segundo de encendido y un segundo de apagado durante dos minutos. A continuación, retire la muestra uno del bloque.

Transfiera un mililitro de la parte superior de la dispersión a otro tubo de microcentrífuga limpio. Agregue agua desionizada al tubo para alcanzar una concentración de muestra de 0,02 miligramos por mililitro. Comience inmediatamente la caracterización de la muestra.

10 minutos después del final del primer tratamiento de sonicación, sonical las muestras restantes durante cuatro minutos, utilizando los mismos ajustes de amplitud y pulso. Diluya la muestra de dos a 0,02 miligramos por mililitro con agua desionizada y comience la caracterización. 10 minutos después del final del segundo tratamiento de sonicación, sonique tres muestras durante otros cuatro minutos con los mismos ajustes.

Diluya la muestra de tres a 0,02 miligramos por mililitro y comience la caracterización. En primer lugar, calcule un baño ultrasónico con respecto al sensor del baño. A continuación, use una espátula limpia para colocar dos miligramos del nanopolvo elegido en cada uno de los cuatro viales de vidrio limpio, numerados del cuatro al siete.

Pipetear un mililitro de agua desionizada a lo largo de las paredes de cada vial y mezclar los polvos hasta formar pastas espesas. Agregue agua desionizada para lograr una concentración de muestra de 0,2 miligramos por mililitro en cada vial. Tape los viales y gírelos para desalojar cualquier nanopolvo adherido a las superficies internas.

Coloque los viales en el centro del baño ultrasónico calibrado. Asegúrese de que el nivel del agua esté a la mitad de los viales. Sonicar la muestra a 80 vatios durante 15 minutos a temperatura ambiente.

A continuación, transfiera una alícuota de la muestra cuatro a un vial limpio. Diluir la alícuota con agua desionizada a 0,02 miligramos por mililitro y comenzar la caracterización. Sustituya el agua del baño ultrasónico por agua dulce a temperatura ambiente para evitar la acumulación de calor que podría afectar a las dispersiones.

Para comenzar a evaluar el tamaño de partícula con dispersión dinámica de luz, abra el software del instrumento y cree un archivo de medición de tamaño. Rellene el tiempo de equilibrio, la temperatura, el tipo de cubeta y el modo de experimento. Guarde el archivo de medición de tallas.

A continuación, ejecute una medición de verificación DLS en una muestra de cuentas de látex estándar con un tamaño nominal de 100 nanómetros. Confirme que el rendimiento del instrumento cumple con los estándares apropiados. A continuación, pipetee lentamente un mililitro de una dispersión de nanopolvo diluido en una cubeta desechable limpia y de bajo volumen, teniendo cuidado de evitar la formación de burbujas de aire.

Inserte la cubeta en el instrumento e inicie la recopilación de datos. Tome al menos cinco mediciones por muestra. A continuación, seleccione todas las mediciones y calcule el promedio de cada muestra.

Exporte los datos de medición a un programa de hoja de cálculo para su posterior análisis. A continuación, para comenzar la caracterización de la muestra con visespectroscopia UV, abra el software del instrumento y prepare una nueva piel. Pipetear de dos a tres mililitros de una dispersión de nanopolvo diluido en una cubeta de cuarzo estándar limpia.

Luego, configure el rango de longitud de onda del instrumento para que sea de 700 nanómetros a 200 nanómetros. Adquiere un blanco solvente para la sustracción de fondo. Adquiera al menos tres espectros por muestra y exporte los datos para su posterior análisis.

A continuación, para comenzar la caracterización de la muestra con microscopía electrónica de transición, coloque una gota de una dispersión de nanopolvo diluido en una película de carbono limpia con agujero de malla 300. Deje que la muestra se seque al aire en condiciones ambientales mientras está protegida de la contaminación transportada por el aire. A continuación, lave la rejilla con agua ultrapura para eliminar los efectos del secado desigual.

Adquiera imágenes TEM y expórtelas para su posterior análisis. Antes de la dispersión, los nanomateriales de óxido de zinc con perfiles de superficie hidrófilos o hidrofóbicos mostraban tamaños medios de partícula grandes y alta polidispersidad. El tamaño de partícula y la polidispersidad del óxido de zinc hidrófilo disminuyeron después de 15 minutos de sonicación en un baño ultrasónico, pero aumentaron a medida que continuaba la sonicación.

Las imágenes TEM confirman que las partículas se reaglomeraron con la sonicación continua. El tratamiento con baño ultrasónico de las partículas hidrofóbicas de óxido de zinc dio lugar a una disminución del tamaño de partícula en la polidispersidad, que se estabilizó a los 30 minutos. Se observaron efectos de secado en las imágenes TEM de los óxidos de zinc hidrofóbicos, lo que indica que la humectación previa con etanol dificultó la inmovilización del polvo en la rejilla de carbono.

El tratamiento con sonda ultrasónica del polvo hidrófilo dio como resultado una dispersión homogénea y estable después de dos minutos. La continua sonicación condujo a una rápida reaglomeración. Se observó un comportamiento similar con el polvo hidrofóbico.

Sobre la base de los valores de polidispersidad, se encontró que las condiciones óptimas de dispersión para los polvos de óxido de zinc hidrófilos e hidrofóbicos fueron el tratamiento con baño antisónico durante 60 y 30 minutos respectivamente. La sonicación se usa comúnmente para la aglomeración y dispersión de nanomateriales en medios acuosos. Sin embargo, la estrategia de optimización debe reoptimizarse para cualquier cambio en el tipo de nanomaterial o medio de dispersión.

Al intentar este procedimiento, recuerde calibrar los sonicadores para determinar su energía acústica efectiva entregada a la suspensión. Asegúrese de registrar todos los parámetros de sonicación y los puntos de tiempo evaluados. Una vez dominada, esta técnica puede utilizarse para la dispersión de nanomateriales en agua, u otros medios, ajustando individualmente el tipo, el tiempo y la potencia de sonicación, teniendo en cuenta los aumentos de temperatura durante el proceso.