Dispersione dei nanomateriali in mezzi acquosi: verso l'ottimizzazione dei protocolli

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare la caratterizzazione in tempo reale per identificare le condizioni ottimali di sonicazione, l'intensità e la durata per ottenere dispersioni stabili e uniformi di nanomateriali in mezzi acquosi. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nelle nanoscienze, in particolare nel campo della nanotossicologia, su come ottimizzare la dispersione delle nanoparticelle senza influire sull'integrità del campione. Il vantaggio principale di questa strategia di ottimizzazione è che migliora il controllo sulla qualità finale della dispersione, che è fondamentale per garantire la ripetibilità.

Per iniziare la procedura, calibrare il sonicatore della sonda dotato di un blocco di fiala sonitrobe. Quindi utilizzare una spatola di metallo pulita per misurare due milligrammi della nanopolvere scelta in ciascuna delle tre fiale di vetro pulite da 10 o 20 millilitri, numerate da uno a tre. Pipettare un millilitro di acqua deionizzata lungo le pareti interne di ogni fiala.

Per i campioni idrofobici, utilizzare invece un millilitro di etanolo allo 0,5% in volume in acqua deionizzata. Mescolare ogni campione in una pasta densa. Quindi, aggiungere una quantità sufficiente di acqua deionizzata alla pasta per ottenere una concentrazione finale del campione di 0,2 milligrammi per millilitro.

Agitare orizzontalmente le fiale per rimuovere l'eventuale nanopolvere che aderisce alle pareti interne. Trasferire 1,5 millilitri di ciascuna dispersione di nanopolvere per pulire le provette da microcentrifuga etichettate con i numeri corrispondenti. Chiudi saldamente i tubi e agitali per rimuovere la nanopolvere dalle pareti interne.

Quindi, posizionare i campioni nel sonitrobe. Sonicare i campioni a 1,1 watt, pulsare per un secondo acceso e un secondo spento per due minuti. Quindi, rimuovere il campione uno dal blocco.

Trasferire un millilitro dalla parte superiore della dispersione a un'altra provetta da microcentrifuga pulita. Aggiungere acqua deionizzata al tubo per ottenere una concentrazione del campione di 0,02 milligrammi per millilitro. Iniziare immediatamente la caratterizzazione del campione.

10 minuti dopo la fine del primo trattamento di sonicazione, sonicare i campioni rimanenti per quattro minuti, utilizzando le stesse impostazioni di ampiezza e impulso. Diluire il campione da due a 0,02 milligrammi per millilitro con acqua deionizzata e iniziare la caratterizzazione. 10 minuti dopo la fine del secondo trattamento di sonicazione, sonicare il campione tre per altri quattro minuti con le stesse impostazioni.

Diluire il campione da tre a 0,02 milligrammi per millilitro e iniziare la caratterizzazione. Innanzitutto, calibrare un bagno a ultrasuoni rispetto al sensore del bagno. Quindi, utilizzare una spatola pulita per posizionare due milligrammi della nanopolvere scelta in ciascuna delle quattro fiale di vetro pulite, numerate da quattro a sette.

Pipettare un millilitro di acqua deionizzata lungo le pareti di ogni fiala e mescolare le polveri in paste dense. Aggiungere acqua deionizzata per ottenere una concentrazione del campione di 0,2 milligrammi per millilitro in ciascuna fiala. Tappare le fiale e farle roteare per rimuovere la nanopolvere che aderisce alle superfici interne.

Posizionare le fiale al centro del bagno ad ultrasuoni calibrato. Assicurarsi che il livello dell'acqua sia a metà delle fiale. Sonicare il campione a 80 watt per 15 minuti a temperatura ambiente.

Quindi, trasferire un'aliquota del campione quattro in una fiala pulita. Diluire l'aliquota con acqua deionizzata a 0,02 milligrammi per millilitro e iniziare la caratterizzazione. Sostituire l'acqua del bagno ad ultrasuoni con acqua fresca a temperatura ambiente per evitare accumuli di calore che potrebbero influire sulle dispersioni.

Per iniziare a valutare la dimensione delle particelle con la diffusione dinamica della luce, aprire il software dello strumento e creare un file di misurazione delle dimensioni. Inserire il tempo di equilibrio, la temperatura, il tipo di cuvetta e la modalità di esperimento. Salva il file di misurazione della taglia.

Quindi, eseguire una misurazione di verifica DLS su un campione di perle di lattice standard con una dimensione nominale di 100 nanometri. Verificare che le prestazioni dello strumento soddisfino gli standard appropriati. Quindi, pipettare lentamente un millilitro di una dispersione di nanopolvere diluita in una cuvetta monouso pulita e a basso volume, facendo attenzione a evitare la formazione di bolle d'aria.

Inserire la cuvetta nello strumento e avviare la raccolta dei dati. Effettuare almeno cinque misurazioni per campione. Quindi, selezionare tutte le misurazioni e calcolare la media per ciascun campione.

Esporta i dati di misurazione in un foglio di calcolo per ulteriori analisi. Successivamente, per iniziare la caratterizzazione del campione con la spettroscopia UV vis, aprire il software dello strumento e preparare una nuova pelle. Pipettare da due a tre millilitri di una dispersione di nanopolvere diluita in una cuvetta di quarzo standard pulita.

Quindi, impostare l'intervallo di lunghezze d'onda dello strumento su un valore compreso tra 700 nanometri e 200 nanometri. Acquisire un solvente grezzo per la sottrazione dello sfondo. Acquisire almeno tre spettri per campione ed esportare i dati per ulteriori analisi.

Successivamente, per iniziare la caratterizzazione del campione con la microscopia elettronica di transizione, posizionare una goccia di una dispersione di nanopolvere diluita su un film di carbonio forato pulito da 300 mesh. Lasciare asciugare il campione all'aria in condizioni ambientali, proteggendolo dalla contaminazione aerea. Quindi, lavare la griglia con acqua ultra pura per rimuovere gli effetti dell'asciugatura irregolare.

Acquisisci immagini GST ed esportali per ulteriori analisi. Prima della dispersione, i nanomateriali di ossido di zinco con profili superficiali idrofili o idrofobici mostravano grandi dimensioni medie delle particelle e un'elevata polidispersione. La dimensione delle particelle e la polidispersione dell'ossido di zinco idrofilo diminuivano dopo 15 minuti di sonicazione in un bagno ultrasonico, ma aumentavano man mano che la sonicazione continuava.

Le immagini TEM confermano che le particelle si sono riagglomerate con la sonicazione continua. Il trattamento con bagno ad ultrasuoni delle particelle idrofobe di ossido di zinco ha determinato una diminuzione della dimensione delle particelle in polidispersione, che si è stabilizzata a 30 minuti. Gli effetti dell'essiccazione sono stati osservati nelle immagini TEM degli ossidi di zinco idrofobici, indicando che la pre-bagnatura con etanolo ha portato a difficoltà nell'immobilizzazione della polvere sulla griglia di carbonio.

Il trattamento con sonda a ultrasuoni della polvere idrofila ha portato a una dispersione omogenea e stabile dopo due minuti. La sonicazione continua ha portato a una rapida riagglomerazione. Un comportamento simile è stato osservato con la polvere idrofoba.

Sulla base dei valori di polidispersione, le condizioni ottimali di dispersione per le polveri di ossido di zinco idrofile e idrofobe sono risultate essere un trattamento in bagno non trasonico rispettivamente per 60 e 30 minuti. La sonicazione è comunemente usata per l'agglomerazione e la dispersione di nanomateriali in mezzi acquosi. Tuttavia, la strategia di ottimizzazione deve essere riottimizzata per qualsiasi cambiamento nel tipo di nanomateriale o nel mezzo di dispersione.

Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di calibrare i sonicatori per determinare la loro effettiva energia acustica erogata alla sospensione. Assicurarsi di registrare tutti i parametri di sonicazione e i punti temporali valutati. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere utilizzata per la dispersione di nanomateriali in acqua o altri mezzi, regolando individualmente il tipo, il tempo e la potenza di sonicazione, tenendo conto degli aumenti di temperatura durante il processo.