L'ultrafiltration à flux tangentiel: Un "Green" Méthode de sélection Taille et concentration des nanoparticules d'argent colloïdal

L'objectif général de cette procédure est de démontrer la faisabilité de la méthode d'ultrafiltration tangentielle pour de grands volumes de nanoparticules colloïdales et de petits volumes de Tate. Synthétisez d'abord quatre litres de nanoparticules colloïdales d'argent cretin. Vérifiez la qualité du colloïde en déterminant la résonance plasmatique de surface à l'aide de la spectroscopie d'absorption UV-visible.

Ensuite, utilisez une filtration tangentielle à flux ultra-élevé pour ajuster la taille, sélectionner et concentrer ce colloïde dans quatre millilitres d'eau. Puis, par spectroscopie d'émission optique avec plasma à couplage inductif, quantifiez la quantité d'argent dans le colloïde d'origine et dans les échantillons représentatifs du processus de filtration ultra-élevée. Enfin, recourez à la microscopie électronique en transmission associée au traitement d'images.

Le logiciel Image J est utilisé pour montrer la distribution de taille des nanoparticules d'argent dans le colloïde d'origine et dans la filtration ultrafine finale. Les personnes novices dans la quantification des nanomatériaux par ICP-OES devront apprendre les procédures de nettoyage de la verrerie, essentielles pour garantir l'absence de toute contamination par des métaux traces. Également importante est la durée nécessaire pour digérer correctement les échantillons colloïdaux et préparer les étalons de calibration pour l'ICP-OES.

Contrairement à d'autres méthodes telles que la taille de fication, la solubilité dépendante, la taille, la chromatographie par exclusion, la cristallisation fractionnée et l'électrophorèse sur gel, cette méthode évite des problèmes tels que l'agrégation, la toxicité de la synthèse, les réactifs, les revêtements indésirables, le coût élevé et/ou une efficacité réduite. La synthèse des nanoparticules Colorado Suen et leur caractérisation par optométrie spectrale vis-sous-sociale et I-C-P-O-E-S seront réalisées par Austin Williams, Joshua Baker et Catherine Anders, étudiants chercheurs de mon laboratoire. Bonjour, je suis le Dr Woolley, et je vais effectuer la filtration tangentielle par écoulement, tandis que Jackie Cisco réalisera la microscopie électronique. Nettoyez méticuleusement tout le matériel en verre, tel que décrit dans le texte accompagnant.

À l'aide d'eau stérilisée refroidie à 10 degrés Celsius, préparez 300 millilitres d'une solution de borohydrure de sodium à deux millimolaire et 100 millilitres d'une solution de nitrate d'argent à un millimolaire. Ajoutez ensuite 300 millilitres de la solution de borohydrure de sodium à un ballon réactionnel Erlenmeyer de 500 millilitres contenant un barreau d'agitation. Enveloppez le ballon dans du papier d'aluminium pour éviter l'oxydation de l'argent et agitez sur glace.

Pour amorcer une burette de 25 millilitres, rincez-la avec une colonne complète d'eau ultrapure, suivie d'un rinçage avec une colonne complète de nitrate d'argent. Ensuite, enveloppez la burette dans du papier d'aluminium et remplissez-la avec la solution de nitrate d'argent. Dans une pièce sombre, ajoutez 50 millilitres de solution de nitrate d'argent à la solution de sodium ou d'hydrure.

Couvrez la section centrale de l'appareil avec une feuille d'aluminium en forme de tente afin de minimiser l'exposition à la lumière. Renouvelez périodiquement le bain de glace pendant ce temps. Continuez à agiter la solution colloïdale sur glace pendant encore 45 à 50 minutes.

La formation de nanoparticules d'argent est indiquée par un changement de couleur, passant d'incolore à jaune doré, ce qui est caractéristique du maximum de résonance du plasma de surface des nanoparticules d'argent. Réfrigérez le colloïde obtenu. Remplissez une cubette jetable de 1 millilitre Q vet avec le colloïde de Creighton et de l'eau ultrapure dans un rapport volumétrique de 1 à 10. Pour une correction de ligne de base, remplissez une autre cubette Q Vet avec de l'eau ultrapure.

Essuyez l'extérieur des deux cuvettes Q avec un chiffon Kim. Réglez le spectrophotomètre sur le mode d'absorbance, avec un Y minimum de -0,5 et un Y maximum de 1,0. Réglez également la fenêtre de balayage X entre 200 et 800 nanomètres, puis sélectionnez une vitesse de balayage rapide avec correction du bruit de fond.

Insérez la Q vet remplie d'eau dans l'instrument et effectuez une numérisation de ligne de base. Répétez si nécessaire jusqu'à l'obtention d'un contrôle de ligne de base non nul. Remplacez la Q.Vet témoin par la Q vet contenant l'échantillon et lancez une numérisation d'absorption afin d'acquérir le spectre d'absorption UV-visible de l'échantillon colloïdal.

Reliez 17 tubes d'alimentation flex maîtres à la pompe péristaltique comme décrit dans le texte accompagnant, sélectionnez le sens de rotation inverse à l'aide du bouton DIR et vérifiez que le bouton de mode est sur INT. Réglez le débit de la pompe à moins de 300 millilitres par minute. Ensuite, amorcer le système en créant un vide dans la boucle de filtration.

Une fois que le liquide circule librement dans le système, arrêtez la pompe, fermez le port du raccord de tubulure et retirez la pince. Remettez la pompe en marche et surveillez le circuit de tubulure afin de détecter d'éventuelles fuites. Augmentez ensuite le débit de la pompe en fonction du diamètre de la tubulure.

Poursuivez la filtration jusqu'à ce que le liquide dans la bouteille-réservoir soit presque épuisé, puis arrêtez la pompe, réduisez la vitesse de la pompe et récupérez le tate à partir de la boucle de filtration. Le tate est constitué de nanoparticules de taille supérieure à 50 nanomètres. Ensuite, récupérez le filtrat, qui contient les nanoparticules de taille inférieure à 50 nanomètres.

Le Tate peut être conservé pour une analyse ultérieure et le filtrat est utilisé à l'étape suivante. Ensuite, sélectionner les nanoparticules de moins de 20 nanomètres de diamètre. Rincer le tube avec de l'acide nitrique à 2 % dans de l'eau ultrapure.

Répétez le processus de filtration avec un filtre CROs de 100 kilodaltons. Récupérez le rétentat provenant de la boucle de filtration. L'échantillon peut être davantage concentré en utilisant un filtre micross de 100 KD plus petit et un tube de taille 14 plus fin, avec des débits de pompe réduits de 30 mil et 90 mil pour les étapes d'amorçage et de filtration.

Cette méthode est conçue pour quantifier l'argent au cours des étapes de purification de la préparation des nanoparticules d'argent. Utilisez des récipients en polypropylène de faible densité afin d'éviter le lessivage de l'argent à partir des échantillons. Digestez d'abord chimiquement les échantillons avec de l'acide nitrique concentré.

Préparez également une courbe d'étalonnage de l'argent en utilisant huit étalons. Passez ensuite à l'instrument ICP-OES et réglez les paramètres suivants : longueur d'onde pour l'argent, puissance en radiofréquence, débit du plasma, débit auxiliaire et pression du nébuliseur. Réglez également l'instrument pour mesurer les échantillons en triplicata, avec un temps de réplication de 10 secondes.

Utilisez-le entre un temps de stabilisation de la mesure de 15 secondes et un délai d'aspiration de l'échantillon de 30 secondes. Veillez également à introduire un blanc de méthode entre chaque échantillon afin de réduire les risques de contamination croisée. Chargez maintenant les échantillons et diluez l'échantillon de 100 kilodaltons avec de l'eau ultrapure.

Déposez maintenant 20 microlitres du colloïde d'origine et du tate dilué de 100 kilodaltons sur des grilles d'or recouvertes de formvar à 300 mailles. Laissez sécher les grilles à l'air libre. Réglez le potentiel d'accélération de l'instrument de MET à 70 kilovolts pour visualiser les nanoparticules d'argent, capturez des micrographies électroniques à l'aide de la caméra haute résolution et enregistrez-les au format de fichiers d'images étiquetés.

Dans cette préparation de quatre litres de crétine et de nanoparticules d'argent colloïdal, le colloïde final présentait une couleur jaune doré caractéristique. Le spectre d'absorption UV-visible de ce colloïde présentait un pic typique, net et symétrique, de plasmon de surface à 394 nanomètres. Le spectre Raman du colloïde de crétine d'origine et du tétramer final de 100 kilodaltons ne présentait que trois modes vibratoires.

Le mode de flexion à 1 640 et les modes d'élongation symétrique et asymétrique de l'eau. Le processus de filtration tangentielle en trois étapes, par ultrafiltration, pour le fractionnement par taille, la sélection et la concentration des nanoparticules d'argent a permis d'obtenir un produit final de 100 kilodaltons retenus, soit huit millilitres. La plupart des sous-produits de synthèse et des réactifs en excès ont été éliminés par le solvant aqueux.

La quantité d'argent a ensuite été déterminée à l'aide de la courbe d'étalonnage par ICP-OES. Ici, le rendement réel est très proche du rendement théorique habituel de 15,4 parties par million. Pour la réaction du cretin, la concentration extrême de nanoparticules d'argent s'est traduite par un changement spectaculaire de couleur, passant du doré et du jaune du colloïde initial au brun foncé du final à 100 kilodaltons. Les mesures par ICP-OES ont confirmé les observations visuelles et révélé une concentration en argent pour le final à 100 kilodaltons.

Ces micrographies en microscopie électronique en transmission (MET) du colloïde de créton initial et du produit final de 100 kilodaltons montrent que, à l’état non agrégé, les nanoparticules d’argent apparaissent comme des zones rondes noires sur un fond gris plus clair. Ces histogrammes de taille en MET ont été établis en analysant environ 800 nanoparticules d’argent, tant pour les nanoparticules d’argent créon initiales que pour le produit final de 100 kilodaltons. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment réaliser une filtration tangentielle pour la concentration et la sélection par taille des nanoparticules d’argent.

Différents volumes peuvent être concentrés avec une agrégation minimale. Vous devez également bien comprendre comment caractériser les nanoparticules. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en six heures ou moins.

Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de garder à l'esprit que les suspensions colloïdales fortement concentrées ont une durée de vie limitée, même au réfrigérateur. Cette limitation peut être gérée par une recherche, une planification et une préparation minutieuses. N'oubliez pas que le travail avec de l'acide nitrique concentré à chaud lors de la digestion chimique pour l'analyse I-C-P-U-S peut présenter des risques, et que des précautions appropriées doivent être prises, comme lorsqu'on travaille sous hotte chimique ou que l'on porte des équipements de protection adéquats pendant cette procédure.