Name: Frazionamento asimmetrico del flusso campo-flusso per il dimensionamento delle nanoparticelle doro in sospensione (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Scopri la frazionazione asimmetrica del flusso campo-flusso per il dimensionamento delle nanoparticelle d'oro in sospensione. Questo metodo analitico consente di determinare con precisione la distribuzione dimensionale di campioni complessi.

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Gli autori ringraziano l'intero consorzio ACEnano per le proficue discussioni in tutte le fasi della preparazione del protocollo qui presentato. Gli autori apprezzano anche i finanziamenti del programma Horizon 2020 dell'Unione europea (H2020) nell'ambito della sovvenzione nº 720952 nell'ambito del progetto ACEnano.

1. Configurazione del sistema AF4
<ol><li>Assemblare la cartuccia AF4 e collegare tutti i componenti hardware del sistema AF4 e del rivelatore UV-vis(Table of Materials)seguendo le istruzioni fornite nel manuale del produttore.</li>
	<li>Installare tutti i pacchetti software necessari per il controllo, l'acquisizione, l'elaborazione e la valutazione dei dati seguendo le istruzioni fornite nel manuale del produttore.</li>
	<li>Assicurarsi che siano state stabilite tutte le connessioni di segnale necessarie tra il sistema AF4 e il rilevatore UV-vis.</li>
	<li>Assicurarsi che le connessioni AF4-UV-vis stabilite siano strette e senza perdite scaricando la configurazione con acqua ultrapura (UPW) per 15 min (portata della punta 1 mL-min-1,portata di messa a fuoco 1 mL-min-1e portata incrociata 1,5 mL-min-1). Per fare ciò, aprire il software di controllo AF4 e inserire le portate nei rispettivi pannelli sul lato superiore destro della pagina di destinazione. Stringere i rispettivi connettori (raccordi), se necessario, e ripetere la procedura fino a quando non sono osservabili perdite. NOTA: La pressione interna del sistema durante tutte le misurazioni deve essere monitorata e deve essere entro 4-12 bar. Nel caso in cui la pressione sia più alta o inferiore, il tubo di contropressione deve essere regolato. Inoltre, l'andamento della pressione del canale dovrebbe essere costante durante l'intero tempo di misurazione. NOTA: Se è disponibile un forno a canale, impostare la sua temperatura a 25 °C per garantire condizioni di misurazione comparabili in tutti gli esperimenti AF4.</li>
</ol>2. Preparazione di soluzioni e sospensioni per la qualificazione del sistema AF4-UV-vis e l'analisi dei campioni
<ol><li>Soluzione per la pulizia<ol>
<li>Aggiungere 8 g di idrossido di sodio solido (NaOH) e 2 g di solfato di dodecil di sodio (SDS) a 1 L di UPW e mescolare la soluzione fino alla dissoluzione totale.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eluente<ol>
<li>Aggiungere 500 μL di miscela di tensioattivi filtrati a 2 L di UPW filtrato e degassato per ottenere l'eluente (0,025% (v/v), pH intorno al 9,4). NOTA: Una descrizione dettagliata dei composti della miscela di tensioattivi è riportata nella tabella 1 (anche tabella dei materiali).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Standard di dimensioni AuNP arbitrario per la determinazione del recupero di massa<ol>
<li>Vortice uno standard di dimensioni AuNP arbitrario (50 mg-L-1) per 2 minuti e diluirlo 1:4 con UPW per ottenere una concentrazione di massa finale di 12,5 mg-L-1. Vortice per ulteriori 2 minuti dopo la diluizione per omogeneizzare la sospensione ottenuta. ATTENZIONE: Sono necessarie misure precauzionali necessarie e dispositivi di protezione adeguati quando si lavora con sostanze chimiche, in particolare pellet NaOH. NOTA: Si consiglia generalmente di de-gas e filtrare tutte le soluzioni necessarie (ad eccezione della soluzione di pulizia) utilizzando un filtro a membrana da 0,1 μm (PVDF idrofilo o simile) per garantire sfondi di particelle bassi durante gli esperimenti AF4-UV-vis. Questo può essere stabilito da un'unità di filtrazione sottovuoto dedicata o utilizzando filtri per siringhe.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Qualifica del sistema AF4-UV-vis
<ol><li>Utilizzare le impostazioni software descritte nel passaggio 1.4 per sciacquare il sistema con la soluzione di pulizia per 30 min (portata della punta 1 mL-min-1,portata di messa a fuoco 1 mL-min-1e portata incrociata 1,5 mL-min-1).</li>
	<li>Cambiare il rispettivo flacone eluente e sciacquare il sistema con UPW per 20 min (portata della punta 1 mL-min-1,portata di messa a fuoco 1 mL-min-1e portata incrociata 1,5 mL-min-1).</li>
	<li>Sostituire i rispettivi filtri pompa in linea.</li>
	<li>Aprire la cartuccia AF4 e sostituire la membrana AF4. Rimontare la cartuccia AF4 e ricollegarla al sistema AF4-UV-vis.</li>
	<li>Sciacquare il sistema AF4-UV-vis pulito con l'eluente per almeno 30 minuti al fine di equilibrare la membrana e stabilizzare il sistema (portata della punta 1 mL-min-1,portata di messa a fuoco 1 mL-min-1e portata incrociata 1,5 mL-min-1). Verificare nuovamente la presenza di potenziali perdite (vedere il passaggio 1.4).</li>
	<li>Qualificare il sistema AF4-UV-vis determinando il recupero di massa e la variazione del tempo di ritenzione utilizzando uno standard di dimensioni AuNP arbitrario.<ol>
<li>Eseguire un'esecuzione di iniezione diretta senza applicazione di una forza di separazione.<ol>
<li>Creare un nuovo file di misurazione aprendo File | Nuovo | Eseguire nel software di controllo AF4.</li>
			<li>Definire la descrizione del campione e della misurazione, nonché il volume di iniezione e il nome del campione all'interno della scheda Esegui. Le condizioni di misurazione sono visualizzate nella tabella 2.</li>
			<li>Impostare i parametri di misurazione nel metodo FFF della seconda scheda in base alla tabella 2.</li>
			<li>Fare clic sul pulsante Esegui per avviare la misurazione.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Eseguire un'esecuzione di frazionamento con l'applicazione di una forza di separazione (cross flow).<ol>
<li>Definire il metodo di frazionamento descritto nella sezione precedente utilizzando le condizioni di frazionamento specificate nella tabella 3.</li>
			<li>Fare clic sul pulsante Esegui per avviare la misurazione.</li>
			<li>Eseguire la misurazione in quadruplicazione. NOTA: La prima manche mira a condizionare l'impianto (cioè la membrana AF4) e sarà esclusa dalla valutazione finale dei risultati delle qualifiche del sistema. NOTA: si consiglia di salvare tutti i file eseguiti generati aprendo File | Salvare nel software di controllo AF4.</li>
			<li>Si consideri il sistema AF4-UV-vis qualificato se si ottiene un recupero di massa di &gt;80% e una variazione del tempo di ritenzione &lt;2% per lo standard di dimensione AuNP arbitrario.</li>
			<li>Quando si utilizza un autocampionatore come sistema di iniezione, riempire il flacone del serbatoio di lavaggio dell'ago dell'autocampionatore con la stessa soluzione che viene pompata attraverso il sistema AF4-UV-vis (ad esempio, soluzione di pulizia, UPW o rispettivo eluente) per garantire condizioni di funzionamento ottimali. Quando si cambia l'eluente, si consiglia generalmente di seguire il ri-equilibrazione del sistema AF4 monitorando il segnale UV-vis-detector fino a quando la sua linea di base rimane stabile a un livello costante.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Analisi del campione AF4-UV-vis
<ol><li>Preparare tutti gli standard di dimensione AuNP per la calibrazione delle dimensioni esterne vortice delle rispettive sospensioni AuNP (20 nm, 40 nm, 80 nm, 100 nm, ciascuna 50 mg. L-1) per 2 min e diluirlo 1:4 con UPW per ottenere una concentrazione di massa finale di 12,5 mg-L-1. Vortice per ulteriori 2 minuti dopo la diluizione per omogeneizzare le sospensioni ottenute.</li>
	<li>Preparare il campione AuNP sconosciuto per l'analisi applicando la stessa procedura degli standard di calibrazione descritti al passaggio 4.1.</li>
	<li>Eseguire una misurazione ad iniezione diretta di tutti gli standard di dimensione AuNP utilizzando il metodo AF4 visualizzato nella tabella 2.<ol>
<li>A tal fine, inserire i rispettivi valori riassunti nella tabella 2 nel software del produttore nelle posizioni appropriate per definire i parametri di separazione e campione e premere il pulsante Esegui per avviare l'esperimento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Frazionare ogni standard di dimensione AuNP singolarmente utilizzando il metodo AF4 visualizzato nella tabella 3 per stabilire la funzione di calibrazione delle dimensioni esterne.<ol>
<li>Inserire i rispettivi valori riassunti nella tabella 3 nel software del fabbricante nelle posizioni appropriate. Il metodo di frazionamento è definito da una fase di messa a fuoco, diversi passaggi di eluizione e un passaggio di risciacquo. Dopo aver impostazione il metodo, premere il pulsante Esegui per avviare l'esperimento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire una misurazione ad iniezione diretta dell'ignoto campione AuNP utilizzando il metodo AF4 visualizzato nella tabella 2.</li>
	<li>Eseguire il frazionamento del campione AuNP sconosciuto conducendo il metodo AF4 elencato nella tabella 3.</li>
	<li>Effettuare tutte le misurazioni di cui alle sezioni 3 e 4 in triplice copia, salvo diversa indicazione, per garantire risultati significativi e statisticamente rilevanti.<ol>
<li>Conservare 50 mg-L-1 Sospensioni stock AuNP a 4-8 °C prima dell'uso. Le sospensioni AuNP diluite sono preparate idealmente entro 30 minuti prima dell'applicazione. NOTA: Il vortice è solitamente sufficiente e non è necessaria alcuna ultrasonicazione delle sospensioni.</li>
		<li>Al fine di abilitare una correlazione del tempo di ritenzione del campione AuNP sconosciuto con i tempi di ritenzione ottenuti per gli standard di dimensione AuNP, misurare tutti i campioni utilizzando lo stesso metodo AF4. NOTA: Per garantire condizioni di separazione costanti e valide, includere/ripetere la fase di frazionamento descritta nella sezione di qualificazione del sistema (vedere fase 3.6.2) dopo un numero definito di misurazioni del campione (ad esempio, 10 misurazioni). Inoltre, registra la pressione del sistema e la stabilità della linea di base del rivelatore UV-vis. Dovrebbero rimanere stabili e costanti lungo una corsa COMPLETA AF4-UV-vis. NOTA: Di solito, sostituire la membrana di ultrafiltrazione quando il rivelatore UV-vis (o il rivelatore MALS (Multi Angle Light Scattering), se disponibile) mostra un aumento del livello di rumore o i criteri di qualificazione del sistema definiti come il recupero, la forma del picco del campione o la ripetibilità (o il sistema AF4-UV-vis è stato sottoposto a una procedura di pulizia accurata). Nelle condizioni qui descritte, il sistema AF4-UV-vis qualificato è solitamente stabile per almeno 50 misurazioni utilizzando la stessa membrana; tuttavia, il numero di possibili misurazioni consecutive che soddisfa i criteri di qualità definiti può variare significativamente a seconda del campione, della matrice del campione e della composizione eluente.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Valutazione dei dati
<ol><li>Eseguire il calcolo del recupero di massa utilizzando il software di valutazione dei dati fornito dal produttore del sistema AF4-UV-vis o l'analisi del foglio di calcolo dopo l'esportazione di tutti i dati grezzi necessari (ad esempio, area di picco UV-vis) dal rispettivo software di acquisizione dati seguendo le istruzioni fornite nel manuale del produttore.<ol>
<li>Calcolare il recupero di massa AuNP confrontando le aree sotto i rispettivi picchi UV-vis della misurazione del frazionamento (unfrazionamento)e la misurazione dell'iniezione diretta (Adirect injection)utilizzando la seguente equazione: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61757/61757equ02.jpg"> NOTA: Durante una misurazione dell'iniezione diretta, non viene applicata alcuna forza di separazione e quindi le potenziali interazioni di una specie di alita con la parete di accumulo possono essere trascurate. L'area sotto un rispettivo picco UV-vis può essere direttamente correlata alla massa AuNP usando la legge di Beer-Lambert supponendo che nessun'altra specie all'interno del campione assorba alla rispettiva lunghezza d'onda e /o i) eluisce in un altro tempo di ritenzione in condizioni di frazionamento ii) viene rimossa attraverso la membrana AF4.</li>
		<li>Importare i file dat.</li>
		<li>Selezionate la traccia del rilevatore UV-vis nella scheda Panoramica (Overview).</li>
		<li>Definire una regione di interesse (ROI) e una linea di base nella vista segnale e linea di base per tutte le misurazioni.</li>
		<li>Inserire una calibrazione ad iniezione diretta tramite inserto.</li>
		<li>Selezionare tutte le esecuzioni di iniezione diretta nella visualizzazione Impostazioni di calibrazione a iniezione diretta e immettere un coefficiente di estinzione UV. NOTA: È importante utilizzare lo stesso coefficiente di estinzione UV-vis sia per la calibrazione che per la misurazione del frazionamento.</li>
		<li>Stabilire la linea di calibrazione utilizzando l'area sotto la traccia del segnale UV-vis all'interno del ROI e la quantità iniettata calcolata dalla concentrazione immessa e dal volume di iniezione. La calibrazione ottenuta verrà visualizzata nella finestra funzione di calibrazione ad iniezione diretta separata.</li>
		<li>Assegnare la funzione di calibrazione alle rispettive misurazioni del frazionamento. NOTA: Per ogni standard di dimensione di calibrazione e il campione AuNP sconosciuto, è necessario stabilire una funzione di calibrazione separata a causa dell'assorbanza UV-vis dipendente dalle dimensioni di AuNP. Questo inconveniente del rilevatore UV-vis può essere aggirato utilizzando un rilevatore sensibile alla massa come un ICP-MS.</li>
		<li>Eseguire le analisi inserendo un calcolo dei risultati quantitativi e i risultati verranno visualizzati all'interno di una tabella a destra come valori di concentrazione e quantità iniettata.</li>
	</ol></li>
	<li>Calcola la variazione del tempo di conservazione utilizzando il software di valutazione dei dati fornito dal produttore del sistema AF4 o l'analisi del foglio di calcolo dopo l'esportazione di tutti i dati grezzi necessari (cioè i tempi di conservazione degli standard di calibrazione AuNP ai rispettivi massimi di picco UV-vis e i rispettivi tempi di vuoto) dal rispettivo software di acquisizione dati seguendo le istruzioni fornite nel manuale del produttore.<ol>
<li>Aprire la finestra Panoramica per visualizzare le rispettive tracce UV per tutte le misurazioni importate.</li>
		<li>Il rilevamento dei picchi verrà eseguito automaticamente; regolare i parametri di rilevamento dei picchi all'interno della casella degli strumenti di elaborazione del segnale per ottimizzare le prestazioni. Estrarre i rispettivi massimi di picco passando attraverso tutti i file di misurazione.</li>
		<li>Calcolare la deviazione standard relativa per tutte le misurazioni utilizzando la seguente equazione: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61757/61757equ01.jpg"> Il calcolo può anche essere eseguito utilizzando un rispettivo software per fogli di calcolo.</li>
	</ol></li>
	<li>Eseguire la determinazione delle dimensioni utilizzando il software di valutazione dei dati fornito dal produttore o l'analisi del foglio di calcolo dopo l'esportazione di tutti i dati grezzi necessari (tempo di conservazione al picco UV-vis massimo di alita e rispettivo tempo di vuoto) dal rispettivo software di acquisizione dati seguendo le istruzioni fornite nel manuale del produttore. È possibile stabilire una funzione di calibrazione delle dimensioni esterne tracciando i tempi di ritenzione corretti per il tempo vuoto (tempi di ritenzione netti,cfr. tabella 5 ) degli standard di dimensione AuNP (20 nm, 40 nm, 80 nm, 100 nm) rispetto alle loro dimensioni idrodinamiche ottenute da misurazioni DLS precedentemente eseguite (vedere tabella 4). NOTA: Le misurazioni DLS devono essere effettuate idealmente lo stesso giorno delle rispettive misurazioni del frazionamento per garantire proprietà del campione comparabili.<ol>
<li>Dopo aver importato .dat file, tutte le misurazioni vengono visualizzate nella scheda Panoramica. Selezionate il segnale del rivelatore UV-vis dall'elenco dei rivelatori, visualizzato sotto la finestra di sovrapposizione. Definire un ROI e una linea di base per ogni misurazione, che possono essere regolati nella vista Segnale e Linea di base. Utilizzare la casella degli strumenti di elaborazione del segnale a destra per smussare i segnali rumorosi. Utilizzare la funzione Assegna parametri di elaborazione ad altre esecuzioni per consentire l'allocazione dei parametri ad altre misurazioni, rispettivamente segnali.</li>
		<li>Selezionate la calibrazione delle dimensioni delle particelle dalla scheda Inserisci( Insert).</li>
		<li>Selezionare tutte le esecuzioni di calibrazione facendo clic sulla rispettiva misurazione nella tabella Seleziona riferimenti per calibrazione nella parte superiore destra. Tutte le misurazioni selezionate verranno visualizzate in una tabella sottostante. Immettere il raggio idrodinamico per tutte le misurazioni di calibrazione specificate nella tabella 4. La funzione verrà visualizzata nella calibrazione delle dimensioni delle particelle - Funzione e verrà visualizzata anche l'equazione. NOTA: Il coefficiente di correlazione (R2)della funzione di calibrazione delle dimensioni stabilita deve essere ≥0,990.</li>
		<li>Assegnate la funzione di calibrazione alle misurazioni del campione AuNP sconosciuto selezionando i rispettivi frazionamento all'interno dell'elenco Seleziona esecuzioni per assegnazione.</li>
		<li>Visualizzare i risultati aprendo un calcolo della distribuzione delle dimensioni delle particelle all'interno della scheda inserisci. La calibrazione delle dimensioni delle particelle creata in precedenza verrà elencata come calibrazione per le misurazioni del campione AuNP sconosciute, che viene visualizzata nelle impostazioni della finestra destra. La dimensione calcolata verrà visualizzata nella finestra di distribuzione delle dimensioni etichettata al massimo di picco. Selezionare la casella di controllo Segnali medi per campione per in media tutte le misurazioni di un campione ed elencare il risultato nell'etichetta massima di picco.</li>
		<li>Inoltre, tracciate la linea di calibrazione sul fractogramma selezionando la casella di controllo Mostra curva di calibrazione. È disponibile una distribuzione cumulativa delle dimensioni selezionando la casella di controllo Mostra distribuzione cumulativa. NOTA: quando si utilizza il software del produttore per la valutazione dei dati, si consiglia di aggiungere tutti i risultati a un report, che può essere generato facendo clic su Report all'interno della scheda Inserisci. Il pulsante Report aggiunge tutti i risultati, le tabelle e i diagrammi a un documento. Nella scheda Report è possibile modificare le impostazioni del report aprendo l'impostazione Report all'interno della sezione Documento.</li>
	</ol></li>
</ol>

Tutti gli autori di questo manoscritto sono dipendenti di Postnova Analytics GmbH, i cui prodotti sono utilizzati in questo protocollo.

La dimensione idrodinamica di un AuNP sconosciuto è stata accuratamente valutata da AF4 accoppiata con un rivelatore UV-vis utilizzando standard di dimensioni AuNP ben definiti che vanno da 20 nm a 100 nm. Il metodo AF4 sviluppato è stato ottimizzato utilizzando un profilo di flusso incrociato costante al fine di stabilire una relazione lineare tra il tempo di ritenzione misurato e le dimensioni AuNP, consentendo così una semplice determinazione delle dimensioni dall'analisi di regressione lineare. Particolare attenzione è stata rivolta anche al raggiungimento di tassi di recupero sufficientemente elevati che non indicano alcuna perdita significativa del campione durante il frazionamento e che il metodo AF4 sviluppato, compresi l'eluente applicato e la membrana, corrispondeva bene a tutti i campioni AuNP frazionati.
Lo sviluppo del metodo è probabilmente il passaggio più critico in AF4 e diversi parametri, tra cui dimensioni del canale, parametri di flusso e proprietà eluenti, membrane, distanziale e persino proprietà del campione devono essere presi in considerazione per migliorare il frazionamento all'interno di una data finestra di tempo di eluizione. Lo scopo di questo paragrafo è quello di guidare il lettore attraverso i passaggi critici ottimizzati per determinare con successo le dimensioni dell'esempio AuNP sconosciuto discusso qui. Per una descrizione più dettagliata di come sviluppare generalmente un metodo AF4, il lettore è indirizzato alla sezione AF4 di 'ISO/TS21362:2018 - Nanotecnologie - Analisi di nano-oggetti utilizzando flusso asimmetrico e frazionamento campo-flusso centrifugo'25. Guardando più da vicino le condizioni di frazionamento applicate fornite nella tabella 3, il primo passo critico è l'introduzione e il rilassamento del campione AuNP nel canale AF4. Questo passaggio è regolato dal flusso di iniezione, dal flusso di messa a fuoco e dal flusso trasversale, la cui interazione costringe il campione a localizzare vicino alla superficie della membrana e a concentrarlo in una banda stretta vicino alla porta di iniezione del canale AF4 definendo fondamentalmente il punto di partenza del frazionamento. Un sufficiente rilassamento del campione è obbligatorio in quanto durante questa fase, i costituenti campione di diverse dimensioni si localizzino in diverse altezze del canale AF4 fornendo così la base per un frazionamento di dimensioni di successo. Il rilassamento incompleto del campione è solitamente visibile da un'area di picco del vuoto aumentata risultante da costituenti campione non contaminati (cioè non rilassati). Questo effetto può essere mitigato aumentando il tempo di iniezione e/o la portata incrociata applicata. Tuttavia, entrambi i parametri necessitano di un'attenta ottimizzazione, specialmente per i campioni soggetti ad agglomerazione e adsorbimento sulla membrana AF4, e possono essere monitorati dai rispettivi tassi di recupero ottenuti per diverseimpostazioni di parametro 36,37. Il tempo di iniezione applicato di 5 minuti insieme a una portata trasversale di 1,0 mL-min-1 ha rivelato tassi di recupero >80% per tutti i campioni AuNP e un'area di picco del vuoto trascurabile che indica condizioni di rilassamento quasi ottimali. Dopo un sufficiente rilassamento del campione AuNP, il flusso di messa a fuoco è stato interrotto ed è stato avviato il trasporto del campione lungo la lunghezza del canale AF4 fino al rispettivo rivelatore UV-vis che rappresenta il secondo passaggio critico. Al fine di garantire una potenza di frazionamento sufficientemente elevata a tempi di analisi ragionevoli, è stata applicata una portata trasversale costante di 1,0 mL-min-1 per 30-50 min (a seconda del rispettivo standard di dimensione AuNP frazionata) seguita da un decadimento lineare del flusso trasversale di 10 minuti ad una portata del rivelatore di 0,5 mL.min-1. L'uso di un profilo di flusso incrociato costante attraverso la separazione di tutti gli standard di dimensione AuNP ha rivelato una relazione lineare tra il tempo di ritenzione e la dimensione AuNP dopo la teoria FFF22, consentendo così la determinazione delle dimensioni del campione AuNP sconosciuto mediante una semplice analisi di regressione lineare. Tuttavia, profili diversi da un flusso incrociato costante sono stati sfruttati anche per il dimensionamento delle nanoparticelle, portando infine a una relazione non lineare tra tempo di ritenzione e dimensione delleparticelle 38,39. Inoltre, la determinazione delle dimensioni in AF4 utilizzando standard di dimensioni ben definiti non è limitata all'AuNP, ma può anche essere applicata a nanoparticelle con altre dimensioni e composizione elementare (ad esempio,argento 38,40 o nanoparticelle di silice41,42). Inoltre, quando si lavora con campioni diluiti, ICP-MS è un rivelatore elementale altamente sensibile, che può essere accoppiato con AF4, aggiungendo alla versatilità di questo approccio analitico per il dimensionamento di una grande varietà di nanoparticelle in sospensione.
Nonostante la sua ampia applicazione, la calibrazione delle dimensioni esterne utilizzando standard di dimensioni ben definiti in AF4 ha alcune peculiarità che devono essere prese in considerazione quando la si utilizza per il dimensionamento accurato di campioni sconosciuti. In primo luogo, si basa fortemente sull'applicazione di condizioni comparabili durante il frazionamento dei rispettivi standard di dimensione e del campione effettivo. Nel caso qui presentato, è quindi obbligatorio che sia gli standard di dimensione AuNP che l'ignoto campione AuNP siano frazionati utilizzando lo stesso metodo AF4 così come lo stesso eluente e la stessa membrana rendendo questo approccio abbastanza inflessibile. Inoltre, non avendo rilevatori sensibili alle dimensioni, ad esempio lo scattering della luce (MALS e DLS) a portata di mano, è difficile determinare se un rispettivo metodo AF4 che utilizza standard di dimensione funzioni sufficientemente bene o meno. Ciò vale in particolare per campioni sconosciuti che presentano distribuzioni di dimensioni molto ampie, dove non è chiaro se tutti i costituenti del campione seguano il normale modello di eluizione: frazionamento da particelle più piccole a particelle più grandi, o se costituenti campione più grandi già eluti in modalità sterico-iperstrato, quindi potenzialmente co-eluizione con costituenti campione piùpiccoli 43,44. Inoltre, anche se la teoria FFF sottolinea che AF4 si separa esclusivamente in base alle differenze di dimensione idrodinamica con particelle considerate masse puntili senza alcuna interazione con il loroambiente 22, la realtà racconta una storia diversa con le interazioni particella-particella e particella-membrana (come attrazione elettrostatica / repulsione o attrazione di van-der-Waals) può svolgere un ruolo considerevole e può potenzialmente introdurre una distorsione misurabile nelle determinazioni delle dimensioni attraverso la calibrazione delle dimensioniesterne 45,46. Si raccomanda pertanto di utilizzare standard di dimensione che corrispondano idealmente alla composizione e alle proprietà superficiali (potenziale Zeta) della particella di interesse40,42 o, se questi non sono disponibili, almeno utilizzare standard di dimensione delle particelle ben caratterizzati (ad esempio, particelle di lattice di polistirolo) e valutarne attentamente la comparabilità con la particella di interesse soprattutto in termini di potenziale Zeta superficiale nel rispettivo ambiente, in cui l'analisi deve essereeffettuata 41,47.
La versatilità di AF4 è spesso considerata la sua massima forza, in quanto offre una gamma di applicazioni che va oltre la maggior parte delle altre tecniche di dimensionamento comuni inquesto campo 22,48,49. Allo stesso tempo, a causa della sua complessità presumibilmente associata, può anche essere considerato il suo svantaggio più significativo soprattutto contro tecniche di dimensionamento veloci e apparentemente facili da usare come DLS, Nanoparticle Tracking Analysis o ICP-MS a singola particella. Tuttavia, quando si mette AF4 in prospettiva con queste popolari tecniche di dimensionamento, diventa chiaro che tutte le tecniche hanno i loro pro e contro, ma tutte contribuiscono a una comprensione più completa della natura fisico-chimica delle nanoparticelle e dovrebbero quindi essere considerate complementari piuttosto che competitive.
La procedura operativa standard (SOP) qui presentata, evidenzia l'eccellente applicabilità di AF4-UV-vis con calibrazione delle dimensioni esterne per il dimensionamento di un campione AuNP sconosciuto in sospensione ed è stata infine applicata come linea guida raccomandata per l'analisi AF4 di un campione AuNP sconosciuto all'interno di un confronto interlaboratorio internazionale (ILC) che è stato condotto nell'ambito del progetto Horizon 2020, ACEnano (il risultato di questo ILC sarà oggetto di una futura pubblicazione). Questo protocollo, pertanto, si aggiunge agli incoraggianti e continui sforzi internazionali per convalidare e standardizzare le metodologie AF425,50,51,52 sottolineando il promettente potenziale di AF4 nel campo della caratterizzazione delle nanoparticelle.

Le nanoparticelle d'oro (AuNP) sotto forma di oro colloidale avevano fatto parte della cultura umana molto prima che ci fosse una comprensione di cosa fossero le nanoparticelle e prima che il termine nanoparticella avesse trovato la sua strada nel vocabolario scientifico contemporaneo. Senza una conoscenza distinta del loro aspetto su scala nanometrica, l'AuNP sospeso era già stato utilizzato per scopi medici e di altro tipo nell'antica Cina, Arabia e India nei secoli V-VIa.C. 1, eanche gli antichi romani approfittarono del loro colore rosso rubino per macchiare notoriamente le loro ceramiche nella mostra Lycurgus Cup nel British Museum2. Nel mondo occidentale, nel corso dei secoli dal Medioevo all'era moderna, l'AuNP sospeso era usato prevalentemente come colorante per il vetro e lo smalto (viola di Cassio)3, nonché per trattare una varietà di malattie (oro potabile), in particolare la sifilide4.
Tuttavia, tutti questi studi si erano concentrati principalmente sull'applicazione dell'AuNP sospeso e spettava a Michael Faraday nel 1857 introdurre il primo approccio razionale per indagare la loro formazione, la loro natura e le loro proprietà5. Sebbene Faraday fosse già consapevole che questi AuNP devono avere dimensioni molto minute, non è stato fino allo sviluppo della microscopia elettronica quando informazioni esplicite sulla loro distribuzione delle dimensionierano accessibili 6,7 , consentendo infine lacorrelazionetra le dimensioni e altre proprietà AuNP.
Al giorno d'oggi, grazie alla loro sintesi abbastanza facile e diretta, alle notevoli proprietà ottiche (risonanza plasmonica superficiale), alla buona stabilità chimica e quindi alla tossicità minore, nonché alla loro elevata versatilità in termini di dimensioni disponibili e modifiche superficiali, AuNP ha trovato applicazioni diffuse in campi come la nanoelettronica8,la diagnostica9,la terapia delcancro 10o la somministrazione difarmaci 11. Ovviamente, per queste applicazioni, una conoscenza precisa delle dimensioni e della distribuzione delle dimensioni dell'AuNP applicato è un prerequisito fondamentale per garantire un'efficaciaottimale 12 e vi è una notevole richiesta di strumenti robusti e affidabili per determinare questo parametro fisico-chimico cruciale. Oggi esiste una pletora di tecniche analitiche in grado di dimensionare AuNP in sospensione, tra cui, ad esempio, spettroscopia UV-vis (UV-vis)13, Dynamic Light Scattering (DLS)14 o Spettrometria di massa plasmatica accoppiata induttivamente a particella singola (spICP-MS)15 con frazionamento campo-flusso (FFF) che è un attore chiave inquesto campo 16,17,18,19,20.
Concettualizzato per la prima volta nel 1966 da J. Calvin Giddings21, FFF comprende una famiglia di tecniche di frazionamento basate sull'eluizione, dove la separazione avviene all'interno di un canale sottile simile a un nastro senza una fasestazionaria 22,23. In FFF, la separazione è indotta dall'interazione di un campione con un campo di forza esterno che agisce perpendicolarmente alla direzione di un flusso di canale laminare, in cui il campione viene trasportato a valle di solito verso i rispettivi rivelatori in linea. Tra queste tecniche FFF correlate, il frazionamento asimmetrico campo-flusso di flusso (AF4), dove un secondo flusso (flusso trasversale) agisce come campo di forza, è diventato il sottotipo24 più utilizzato. In AF4, il fondo del canale (parete di accumulo) è dotato di una membrana di ultrafiltrazione semipermeabile in grado di trattenere il campione consentendo allo stesso tempo al flusso trasversale di passare attraverso la membrana e lasciare il canale tramite una presa extra. Con questo mezzo, il flusso trasversale può spingere il campione verso la parete di accumulo contrastando così il suo flusso indotto dalla diffusione (moto browniano). In un conseguente equilibrio di flussi indotti dal campo e dalla diffusione; i costituenti campione più piccoli che presentano coefficienti di diffusione più elevati si allineano più vicino al centro del canale, mentre i costituenti campione più grandi che presentano coefficienti di diffusione più bassi si individuano più vicino alla parete di accumulo. A causa del profilo di flusso parabolico all'interno del canale, i costituenti del campione più piccoli vengono quindi trasportati nelle lamina più veloci del flusso del canale ed eluiscono prima di costituenti campione più grandi. Utilizzando il parametro di ritenzione FFF e le equazioni del coefficiente di diffusione di Stokes-Einstein, il tempo di eluizione e, rispettivamente, il volume di eluizione di un campione in AF4 possono quindi essere tradotti direttamente nella sua dimensione idrodinamica22. Qui il comportamento di eluizione descritto si riferisce alla normale modalità di eluizione ed è solitamente valido per AF4 all'interno di un intervallo di dimensione delle particelle compreso tra circa 1-500 nm (a volte fino a 2000 nm a seconda delle proprietà delle particelle e dei parametri di frazionamento) mentre l'eluizione sterico-iperstrato di solito si verifica al di sopra di questa sogliadi dimensione 25.
Esistono tre modi comuni per ricavare informazioni sulle dimensioni dopo la separazione per FFF. Poiché FFF è uno strumento modulare, può essere combinato a valle con più rivelatori come rilevatori di diffusione della luce sensibili alle dimensioni basati sul principio dello scattering della luce multi-angolo (MALS)26,27,Dynamic Light Scattering (DLS)28,29o anche una combinazione di entrambi per ottenere ulteriori informazioni sullaforma 30,31. Tuttavia, poiché il comportamento di ritenzione di un campione in un canale FFF è generalmente governato da forze fisiche ben definite, le dimensioni possono anche essere calcolate utilizzando un approccio matematico (teoria FFF), in cui un semplice rivelatore di concentrazione (ad esempio, un rivelatore UV-vis) è sufficiente per indicare la presenza di un campione di eluizione32,33.
Come terza opzione, qui segnalamo l'applicazione di una calibrazione delle dimensioniesterne 34,35 utilizzando standard AuNP ben definiti nell'intervallo di dimensioni di 20-100 nm per il dimensionamento di un campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto in sospensione utilizzando AF4 accoppiato con il rilevamento UV-vis. Questa semplice configurazione sperimentale è stata scelta apposta per consentire al maggior numero possibile di laboratori di aderire a un confronto interlaboratorio internazionale (ILC), che è stato successivamente eseguito nell'ambito del progetto Horizon 2020 dell'Unione Europea ACEnano sulla base del protocollo qui presentato.

<table><tbody><tr><td>0,1 &micro; m Filtri a membrana (PVDF idrofilo)</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Z-FIL-TEF-002</td><td>Utilizzato per la filtrazione di soluzioni acquose</td></tr><tr><td>0,22 &; micro; m Filtro per siringa in PVDF (d = 33 mm)</td><td>Merck Millipore</td><td>Durapore Millex</td><td>Utilizzato per la filtrazione delle pipette a volume regolabile NovaChem100</td></tr><tr><td>(1000 & micro; L)</td><td>Eppendorf AG</td><td>Research Plus</td><td>Utilizzato per preparare sospensioni AuNP diluite</td></tr><tr><td>Cartuccia AF4</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>AF2000 MF - Canale analitico AF4</td><td>Componente della configurazione FFF AF2000 MF - MultiFlow, descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Membrana AF4 - Cellulosa rigenerata (10 kDa MWCO)</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Z-AF4-MEM-612-10KD</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Bilancia analitica (precisione 0,1 mg)</td><td>Sartorius</td><td>ENTRIS124I-1S</td><td>Utilizzato per pesare pellet SDS e NaOH per la preparazione della soluzione detergente</td></tr><tr><td>Autocampionatore</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN5300</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, descritto come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Channel Oven</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN4020</td><td>Componente dell'AF2000 MF - Configurazione FFF MultiFlow, descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Modulo Crossflow Modulo</td> di <td>controllo AF2000 MF</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Puntali per pipette monouso (1000 &micro; L)</td><td>Eppendorf AG</td><td>ep T.I.P.S</td><td>Utilizzato per preparare sospensioni di AuNP diluite</td></tr><tr><td>Palloni (ad es. volume da 2 litri)</td><td>neoLab</td><td>1-0199</td><td>Utilizzato per lo stoccaggio dell'eluente</td></tr><tr><td>Pompa di messa a fuoco</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN1131</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, che è descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Fiale di vetro (ad es. volume da 1,5 mL)</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>VIA-002</td><td>Utilizzato per la conservazione dei campioni</td></tr><tr><td>Standard dimensionali delle nanoparticelle d'oro (20 nm, 40 nm, 80 nm, 100 nm)</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>NovaCal Gold</td><td>50 mg L-1 ciascuno, utilizzato per stabilire la funzione di calibrazione delle dimensioni</td></tr><tr><td>Agitatore magnetico</td><td>IKA</td><td>VIBRAX-VXR</td><td>Utilizzato per accelerare la dissoluzione di pellet SDS e NaOH in</td></tr><tr><td>personal computer UPW (PC)</td><td>Dell Technologies</td><td>/</td><td>Unità per il controllo delle esecuzioni AF4, registrazione e valutazione dei dati raccolti, per i requisiti hardware e software necessari si rimanda al manuale Postnova AF2000</td></tr><tr><td>Dispositivi di protezione individuale (guanti, camice da laboratorio, occhiali, ecc.)</td><td>/</td><td>/</td><td>In accordo con il rispettivo laboratorio» s regole di sicurezza per lavorare con sostanze chimiche, compresi i nanomateriali ingegnerizzati</td></tr><tr><td>Tappo a vite per fiale di vetro (ad es. volume di 1,5 mL)</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Z-VIA-09150868</td><td>Utilizzato per la conservazione dei campioni</td></tr><tr><td>Sodio dodecil solfato (SDS), &ge; 99 %, Grado di tamponamento</td><td>Carl Roth GmbH & Co KG</td><td>2326.1</td><td>Utilizzato per la preparazione della soluzione detergente</td></tr><tr><td>Pellet di idrossido di sodio (NaOH), &ge; 98 %, p.a</td><td>Carl Roth GmbH & Co KG</td><td>6771.1</td><td>Utilizzato per la preparazione della soluzione di pulizia</td></tr><tr><td>Pacchetto software per il controllo e l'acquisizione dei dati</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>NovaFFF AF2000 Software</td><td>per l'esecuzione di cicli Af4 e l'acquisizione dei dati, per i requisiti hardware e software necessari si rimanda il lettore al manuale Postnova AF2000</td></tr><tr><td>Pacchetto software per la valutazione dei dati</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Software NovaAnalysis</td><td>Software per la valutazione dei dati AF4, per i requisiti hardware e software necessari si rimanda il lettore al manuale Postnova NovaAnalysis</td></tr><tr><td>Pacchetto software per l'elaborazione dei dati finali</td><td>OriginLab Corporation</td><td>Origine 2019</td><td>Utilizzato per l'elaborazione dei dati finali</td></tr><tr><td>Degasser</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN7520</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, che è descritto come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Selettore di solventi</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN7310</td><td>Componente del setup FFF AF2000 MF - MultiFlow, descritto come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Solvent Organizer</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN7140</td><td>Componente del setup FFF AF2000 MF - MultiFlow, descritto come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Miscela di tensioattivi</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>NovaChem100</td><td>Miscela di diversi tensioattivi e sali utilizzati per la preparazione dell'eluente</td></tr><tr><td>Tip Pump</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>PN1130</td><td>Componente della configurazione AF2000 MF - MultiFlow FFF, descritta come sistema AF4 nel manoscritto</td></tr><tr><td>Campione AuNP sconosciuto</td><td>BBI Solutions</td><td>EM. GC60</td><td>Campione AuNP da 60 nm utilizzato per la determinazione delle dimensioni tramite la funzione di calibrazione delle dimensioni</td></tr><tr><td>Rivelatore UV-vis Postnova</td><td>Analytics GmbH</td><td>PN3211</td><td>Rivelatore UV-vis Per l'accoppiamento a valle con il sistema AF4</td></tr><tr><td>Unità di filtrazione sottovuoto</td><td>Postnova Analytics GmbH</td><td>Sistema di filtrazione dell'eluente</td><td>Utilizzato per garantire un basso fondo di particelle e la rimozione dell'aria disciolta negli eluenti utilizzati per garantire condizioni</td></tr> <tr>ottimali di frazionamento AF4<td>Vortex</td><td>IKA</td><td>Vortex Genie 2</td><td>Utilizzato per l'omogeneizzazione di sospensioni AuNP diluite Sistema di</td></tr><tr><td>purificazione dell'acqua</td><td>Merck Millipore</td><td>Milli-Q Integral 5</td><td>Utilizzato per generare acqua ultrapura (UPW, 18.2 M&Omega; per la preparazione di soluzione detergente, eluenti e diluizione di sospensioni AuNP</td></tr></tbody></table>

frazionamento asimmetrico del flusso campo-flusso per il dimensionamento delle nanoparticelle d'oro in sospensione

Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Sizing of Gold Nanoparticles in Suspension

La dimensione delle particelle è probabilmente il parametro fisico-chimico più importante associato alla nozione di nanoparticella. Una conoscenza precisa delle dimensioni e della distribuzione delle dimensioni delle nanoparticelle è della massima importanza per varie applicazioni. Anche l'intervallo di dimensioni è importante, in quanto definisce il componente più "attivo" di una dose di nanoparticelle.
Il frazionamento asimmetrico campo-flusso di flusso (AF4) è una potente tecnica per il dimensionamento delle particelle in sospensione nell'intervallo di dimensioni di circa 1-1000 nm. Esistono diversi modi per ricavare informazioni sulle dimensioni da un esperimento AF4. Oltre ad associare AF4 online a rivelatori sensibili alle dimensioni basati sui principi dello scattering della luce multi-angolo o dello scattering dinamico della luce, c'è anche la possibilità di correlare le dimensioni di un campione con il suo tempo di ritenzione utilizzando un approccio teorico ben consolidato (teoria FFF) o confrontandolo con i tempi di ritenzione di standard di dimensione delle particelle ben definiti (calibrazione delle dimensioni esterne).
Qui descriviamo lo sviluppo e la convalida interna di una procedura operativa standard (SOP) per il dimensionamento di un campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto da AF4 accoppiato con il rilevamento UV-vis utilizzando la calibrazione delle dimensioni esterne con standard di nanoparticelle d'oro nell'intervallo di dimensioni di 20-100 nm. Questa procedura fornisce una descrizione dettagliata del flusso di lavoro sviluppato, tra cui la preparazione del campione, la configurazione e la qualificazione dello strumento AF4, lo sviluppo del metodo AF4 e il frazionamento del campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto, nonché la correlazione dei risultati ottenuti con la calibrazione delle dimensioni esterne stabilita. Il SOP qui descritto è stato infine convalidato con successo nel quadro di uno studio di confronto interlaboratorio che evidenzia l'eccellente robustezza e affidabilità di AF4 per il dimensionamento di campioni di nanoparticolati in sospensione.

In primo luogo, gli standard di dimensione AuNP sono stati frazionati da AF4 e rilevati da UV-vis che misurano l'assorbanza dell'AuNP ad una lunghezza d'onda di 532 nm (risonanza plasmonica superficiale dell'AuNP). Una sovrapposizione dei fractogrammi ottenuti è presentata nella figura 1. I tempi di ritenzione di ciascun AuNP al rispettivo massimo UV-vis ottenuto dalle misurazioni del triplice copia sono elencati nella tabella 5. La deviazione standard relativa di tutti i tempi di ritenzione era inferiore all'1,1% con una varianza di misura decrescente con dimensioni crescenti. Nel complesso, è stata raggiunta un'eccellente ripetibilità. Fu applicata una forza di separazione costante, che portò ad una relazione lineare tra tempo di eluizione e dimensione idrodinamica. La linea di calibrazione delle dimensioni esterne è stata stabilita tracciando il raggio idrodinamico specificato rispetto al tempo vuoto corretto per il tempo di eluizione (tempo di ritenzione netto). Un'analisi di regressione lineare ha portato a una funzione di calibrazione lineare con un'intercetta a = -3,373 nm ± 1,716 nm e una pendenza b = 1,209 nm-min-1 ± 0,055 nm-min-1. Il comportamento lineare dell'eluizione è stato confermato con un coefficiente di correlazione al quadrato R2 di 0,9958. La rispettiva funzione di calibrazione viene visualizzata visivamente nella figura 2.
La seconda parte si è occupata dell'analisi del campione aunp sconosciuto. Tre aliquote del campione sono state preparate secondo la procedura descritta nella sezione relativa al protocollo (sezione 4.2). Ognuna delle tre aliquote è stata studiata in triplice copia utilizzando lo stesso metodo di frazionamento AF4 che è stato applicato anche per gli standard di dimensione AuNP. Tutti i nove fractogrammi AF4-UV-vis ottenuti del campione AuNP sconosciuto sono presentati nella figura 3 e le rispettive valutazioni sono riassunte nella tabella 6. La deviazione standard relativa dei rispettivi tempi di ritenzione è stata significativamente bassa e variava tra lo 0,1% e lo 0,5%. Utilizzando la funzione di calibrazione delle dimensioni delle particelle ottenuta dal frazionamento degli standard di dimensione AuNP e correlandolo con i tempi di ritenzione ottenuti del campione AuNP sconosciuto al picco UV-vis massimo, è stato possibile calcolare un raggio idrodinamico medio complessivo di 29,4 nm ± 0,2 nm. Inoltre, è stato ottenuto un ragionevole recupero di massa dell'83,1% ± l'1,2% che non indica un agglomerato o una dissoluzione significativi del campione AuNP o un notevole assorbimento di particelle sulla superficie della membrana. La figura 4 mostra la distribuzione delle dimensioni delle particelle ottenuta con tutte e nove le tracce di segnale UV-vis mediate evidenziando l'eccellente robustezza del metodo AF4 applicato.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61757/61757fig01.jpg"> Figura 1: Fractogrammi AF4-UV-vis ottenuti dall'analisi triplicata dei quattro singoli standard di calibrazione delle dimensioni AuNP con intensità del segnale normalizzate e portata trasversale costante applicata (linea nera). Il picco di vuoto è evidenziato in grigio a circa 5,9 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61757/61757fig01large.jpg" target="_blank">minuti. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61757/61757fig02.jpg"> Figura 2: Funzione di calibrazione delle dimensioni esterne ottenuta, comprese le barre di errore derivate dalle rispettive deviazioni standard delle misurazioni DLS (tabella 4) e le varianze nei tempi di ritenzione AF4 ottenuti (Tabella 5), dopo aver tracciato il raggio idrodinamico specificato rispetto al tempo di ritenzione di ogni singolo standard di calibrazione delle dimensioni AuNP al rispettivo picco massimo. Una funzione di calibrazione lineare con errori standard sotto forma di y = a + bx con a = -3,373 nm ± 1,716 nm e b = 1,209 nm·min-1 ± 0,055 nm·min-1 è stata calcolata da un'analisi di regressione lineare. È stato determinato un coefficiente di correlazione al quadrato con R2 = 0,9958, che indica una relazione lineare. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61757/61757fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61757/61757fig03.jpg"> Figura 3: Fractogrammi AF4-UV-vis di misurazioni triplicate di tre aliquote che mostrano l'AuNP sconosciuto. La portata trasversale costante applicata nel tempo di misurazione è illustrata come una linea nera. Il picco di vuoto a circa 5,9 minuti è evidenziato in grigio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61757/61757fig03large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61757/61757fig04.jpg"> Figura 4: Sovrapposizione della distribuzione media delle dimensioni delle particelle ottenuta (rosso) del campione AuNP sconosciuto e della funzione di calibrazione lineare applicata (linea tratteggiata). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61757/61757fig04large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td colspan="2">Componente</td>
			<td>Cas-No</td>
			<td>Peso (%)</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Acqua</td>
			<td>7732-18-5</td>
			<td>88.8</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Acido 9-ottadecenoico (Z)-, composto con 2,2',2''-nitrilotris[etanolo](1:1)</td>
			<td>2717-15-9</td>
			<td>3.8</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Carbonato di sodio</td>
			<td>497-19-8</td>
			<td>2.7</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Alcoli, C12-14-secondari, etossilati</td>
			<td>84133-50-6</td>
			<td>1.8</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">EDTA tetrasodico</td>
			<td>64-02-8</td>
			<td>1.4</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Polietilenglicole</td>
			<td>25322-68-3</td>
			<td>0.9</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Oleato di sodio</td>
			<td>143-19-1</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Bicarbonato di sodio</td>
			<td>144-55-8</td>
			<td>0.1</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 1 : La commissione per i dati Elenco dei componenti della miscela di tensioattivi utilizzati per preparare l'eluente (vedere anche Tabella dei materiali).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Parametri AF4-UV-vis</td>
			<td>Unità</td>
			<td>Valore</td>
		</tr>
<tr>
<td>Spessore distanziale</td>
			<td>Μm</td>
			<td>350</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata del rivelatore</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata incrociata</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0 (costante per 8 min)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata di messa a fuoco</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di ritardo /tempo di stabilizzazione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata di iniezione</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di transizione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di iniezione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>0.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fase di eluizione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Risciacquare il tempo di passaggio</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>0.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Velocità di flusso del passo di risciacquo</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Volume di iniezione</td>
			<td>Μl</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Concentrazione del campione</td>
			<td>mg L-1
</td>
			<td>12.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tipo di membrana</td>
			<td></td>
			<td>Cellulosa rigenerata</td>
		</tr>
<tr>
<td>Taglio del peso molecolare della membrana</td>
			<td>Kda</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Eluente</td>
			<td></td>
			<td>0,025% (v/v) miscela di tensioattivi</td>
		</tr>
<tr>
<td>Lunghezza d'onda UV-vis</td>
			<td>Nm</td>
			<td>532</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sensibilità UV-vis</td>
			<td>-</td>
			<td>0.001</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 2 : La commissione per i dati Riepilogo dei parametri del metodo di frazionamento AF4-UV-vis per eseguire l'iniezione diretta senza applicazione di una forza di separazione.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Parametri AF4-UV-vis</td>
			<td>Unità</td>
			<td>Valore</td>
		</tr>
<tr>
<td>Spessore distanziale</td>
			<td>Μm</td>
			<td>350</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata del rivelatore</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata incrociata</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>1 (60 min costanti, 10 min lineari)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata di messa a fuoco</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>1.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di ritardo /tempo di stabilizzazione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Portata di iniezione</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di transizione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>0.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tempo di iniezione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fase di eluizione</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>70 (60 min costanti, 10 min lineari)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Passaggio di risciacquo</td>
			<td>Minimo</td>
			<td>9</td>
		</tr>
<tr>
<td>Velocità di flusso del passo di risciacquo</td>
			<td>mL min-1
</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Volume di iniezione</td>
			<td>Μl</td>
			<td>50</td>
		</tr>
<tr>
<td>Concentrazione del campione</td>
			<td>mg L-1
</td>
			<td>12.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Tipo di membrana</td>
			<td></td>
			<td>Cellulosa rigenerata</td>
		</tr>
<tr>
<td>Taglio del peso molecolare della membrana</td>
			<td>Kda</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Eluente</td>
			<td></td>
			<td>0,025% (v/v) miscela di tensioattivi</td>
		</tr>
<tr>
<td>Lunghezza d'onda UV-vis</td>
			<td>Nm</td>
			<td>532</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sensibilità UV-vis</td>
			<td>-</td>
			<td>0.001</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 3 : La commissione per i dati Riepilogo dei parametri del metodo di frazionamento AF4-UV-vis per eseguire l'esecuzione del frazionamento con l'applicazione di un flusso incrociato come forza di separazione.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Standard di calibrazione</td>
			<td>Agente di tappatura</td>
			<td>Dimensione media (TEM) (nm)</td>
			<td>CV (dimensione media TEM) (%)</td>
			<td>Potenziale zeta (mV)</td>
			<td>SD (potenziale zeta) (mV)</td>
			<td>Raggio idrodinamico (DLS) (nm)</td>
			<td>SD (Raggio idrodinamico) (nm)</td>
			<td>Pdi</td>
			<td>SD (PDI)</td>
		</tr>
<tr>
<td>AuNP 20 nm</td>
			<td>Citrato</td>
			<td>20.1</td>
			<td>≤ 8</td>
			<td>-48.9</td>
			<td>1.5</td>
			<td>10.95</td>
			<td>0.12</td>
			<td>0.082</td>
			<td>0.009</td>
		</tr>
<tr>
<td>AuNP 40 nm</td>
			<td>Citrato</td>
			<td>40.8</td>
			<td>≤ 8</td>
			<td>-30.4</td>
			<td>1.0</td>
			<td>20.30</td>
			<td>0.13</td>
			<td>0.127</td>
			<td>0.006</td>
		</tr>
<tr>
<td>AuNP 80 nm</td>
			<td>Citrato</td>
			<td>79.2</td>
			<td>≤ 8</td>
			<td>-51.5</td>
			<td>1.3</td>
			<td>38.85</td>
			<td>0.23</td>
			<td>0.138</td>
			<td>0.013</td>
		</tr>
<tr>
<td>AuNP 100 nm</td>
			<td>Citrato</td>
			<td>102.2</td>
			<td>≤ 8</td>
			<td>-50.9</td>
			<td>0.9</td>
			<td>52.30</td>
			<td>0.37</td>
			<td>0.078</td>
			<td>0.009</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 4 : La commissione per i dati Riepilogo dei parametri fisico-chimici degli standard di calibrazione AuNP applicati, tra cui agente tappante, dimensione media TEM, potenziale Zeta determinato nella sospensione nativa così come raggio idrodinamico DLS e indice di polidispersità (PDI) determinato nell'eluente.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Standard di calibrazione</td>
			<td>Correre</td>
			<td>Tempo di ritenzione al massimo massimo (min)</td>
			<td>Tempo di ritenzione netto al massimo massimo (min)</td>
			<td>Tempo medio di ritenzione netta (min)</td>
			<td>DS (%) (tempo di conservazione netto)</td>
			<td>SD (min) (tempo di ritenzione netto)</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">AuNP 20 nm</td>
			<td>1</td>
			<td>17.368</td>
			<td>11.468</td>
			<td rowspan="3">11.56</td>
			<td rowspan="3">1.02</td>
			<td rowspan="3">0.12</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>17.409</td>
			<td>11.509</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>17.589</td>
			<td>11.689</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">AuNP 40 nm</td>
			<td>1</td>
			<td>25.316</td>
			<td>19.416</td>
			<td rowspan="3">19.49</td>
			<td rowspan="3">0.68</td>
			<td rowspan="3">0.13</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>25.32</td>
			<td>19.42</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>25.548</td>
			<td>19.648</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">AuNP 80 nm</td>
			<td>1</td>
			<td>42.095</td>
			<td>36.195</td>
			<td rowspan="3">36.29</td>
			<td rowspan="3">0.23</td>
			<td rowspan="3">0.08</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>42.219</td>
			<td>36.319</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>42.257</td>
			<td>36.357</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">AuNP 100 nm</td>
			<td>1</td>
			<td>50.975</td>
			<td>45.075</td>
			<td rowspan="3">45.06</td>
			<td rowspan="3">0.07</td>
			<td rowspan="3">0.03</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>50.924</td>
			<td>45.024</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>50.986</td>
			<td>45.086</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 5 : La commissione per i dati Tempi di ritenzione degli standard di calibrazione AuNP al rispettivo picco UV-Vis massimo derivato dai rispettivi fractogrammi AF4-UV-vis utilizzando il metodo descritto nella tabella 3.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Aliquote</td>
			<td>Correre</td>
			<td>Tempo di ritenzione massimo (min)</td>
			<td>Tempo medio di ritenzione al massimo massimo (min)</td>
			<td>Tempo di ritenzione netto al massimo massimo (min)</td>
			<td>DS (%) tempo di conservazione</td>
			<td>Raggio idrodinamico (nm)</td>
			<td>Recupero (%)</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">1</td>
			<td>1</td>
			<td>32.689</td>
			<td rowspan="3">32.70</td>
			<td>26.789</td>
			<td rowspan="3">0.07</td>
			<td rowspan="3">29.03</td>
			<td rowspan="3">85.34</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>32.687</td>
			<td>26.787</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>32.719</td>
			<td>26.819</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">2</td>
			<td>1</td>
			<td>32.989</td>
			<td rowspan="3">33.08</td>
			<td>27.089</td>
			<td rowspan="3">0.37</td>
			<td rowspan="3">29.49</td>
			<td rowspan="3">81.73</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>33.073</td>
			<td>27.173</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>33.187</td>
			<td>27.287</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">3</td>
			<td>1</td>
			<td>33.053</td>
			<td rowspan="3">33.14</td>
			<td>27.153</td>
			<td rowspan="3">0.49</td>
			<td rowspan="3">29.56</td>
			<td rowspan="3">82.14</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>33.071</td>
			<td>27.171</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>33.291</td>
			<td>27.391</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 6 : La commissione per i dati Riepilogo dei tempi di ritenzione al rispettivo picco UV-Vis massimo, del raggio idrodinamico calcolato dalla calibrazione delle dimensioni esterne (Figura 2) e del tasso di recupero del campione AuNP sconosciuto ottenuto dall'analisi AF4-UV-vis.

Questo protocollo descrive l'uso del frazionamento campo-flusso di flusso asimmetrico accoppiato con il rilevamento UV-vis per la determinazione delle dimensioni di un campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto.

Frazionamento asimmetrico del flusso campo-flusso per il dimensionamento delle nanoparticelle d'oro in sospensione

Particle size is arguably the most important physico-chemical parameter associated with the notion of a nanoparticle. Precise knowledge of the size and ...

L'uso del frazionamento asimmetrico del campo di flusso-flusso in combinazione con la calibrazione delle dimensioni esterne è un potente strumento per determinare con precisione la distribuzione dimensionale delle nanoparticelle d'oro in sospensione. AF4 copre l'intera gamma di dimensioni, da uno a 1000 nanometri. È indipendente dalla composizione del campione dei costituenti del campione e può essere applicato anche a campioni complessi e scarsamente dispersi.Il bello di AF4 è la sua gamma di applicazioni molto ampia, che copre non solo nanoparticelle di diversa natura e dimensione, ma include anche proteine, virus o macromolecole sintetiche o naturali. Inizia facendo vorticare 50 milligrammi per litro di uno standard arbitrario di nanoparticelle d'oro per due minuti prima di diluire lo standard in un rapporto da uno a quattro con acqua ultrapura. Quindi agitare la soluzione diluita per altri due minuti per ottenere una sospensione omogeneizzata.Dopo aver pulito il sistema, aprire la cartuccia AF4 per consentire la sostituzione della membrana AF4. Sciacquare la nuova membrana con UPW e rimontare la cartuccia. Quindi ricollegare la cartuccia al sistema AF4-UV-vis.Lavare il sistema AF4-UV-vis pulito con eluente filtrato e degassato per almeno 30 minuti applicando una portata di punta di un millilitro al minuto, una portata di messa a fuoco di un millilitro al minuto e una portata trasversale di 1,5 millilitri al minuto, per equilibrare la membrana, stabilizzare il sistema e verificare la presenza di potenziali perdite. La pressione del sistema deve raggiungere un livello costante compreso tra quattro e 12 bar. Per qualificare il sistema AF4-UV-vis determinando il recupero di massa e la variazione del tempo di ritenzione utilizzando uno standard di dimensione arbitrario delle nanoparticelle d'oro, eseguire una corsa di iniezione diretta senza l'applicazione di una forza di separazione.Quindi eseguire una corsa di frazionamento con l'applicazione di una forza di separazione. Per preparare gli standard dimensionali delle nanoparticelle d'oro per il vortice di calibrazione delle dimensioni esterne, tutti gli standard dimensionali delle nanoparticelle d'oro da 50 milligrammi per litro per due minuti e diluire ogni rispettivo campione per l'analisi in acqua ultrapura in un rapporto da uno a quattro. Una volta preparati gli standard dimensionali, nella scheda Metodo FFF impostare la portata del rivelatore a 500 microlitri al minuto, la portata di iniezione a 500 microlitri al minuto e il tempo di iniezione a 0,1 minuti.Impostare una durata dell'eluizione di otto minuti senza una forza di separazione definita e iniettare 10 microlitri del primo standard nel sistema. Quando tutti gli standard dimensionali sono stati misurati, iniettare 50 microlitri del primo standard nel sistema. Impostare la portata del rilevatore su 500 microlitri al minuto.Impostare il ritardo a due minuti, la portata di iniezione a 200 microlitri al minuto per cinque minuti e il tempo di transizione a 0,2 minuti. La portata di messa a fuoco verrà calcolata automaticamente. Impostare la durata dell'eluizione su 60 minuti e la portata trasversale su un millilitro al minuto.Questo metodo AF4 utilizza una velocità di flusso incrociato costante che è seguita da un decadimento lineare in 10 minuti fino a zero microlitri al minuto. Impostare la fase di risciacquo di nove minuti con una portata della punta di 500 microlitri al minuto. Quando tutti gli standard di dimensione delle nanoparticelle d'oro sono stati frazionati, preparare il campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto ed eseguire una misurazione diretta dell'iniezione diretta e il frazionamento del campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto come appena dimostrato.Per analizzare i dati, importare i file di dati nel software di sistema. Visualizzare le misurazioni nella scheda Panoramica e selezionare il segnale del rivelatore UV-VIS dall'elenco dei rilevatori. Definisci una regione di interesse e una linea di base per ogni misurazione, regolando il segnale e la vista della linea di base secondo necessità.Utilizzare la casella degli strumenti di elaborazione del segnale per attenuare eventuali segnali rumorosi e utilizzare la funzione di assegnazione dei parametri di elaborazione ad altre esecuzioni per consentire l'assegnazione dei parametri ad altre misurazioni. Per eseguire un calcolo del recupero di massa, aprire le misurazioni dell'iniezione diretta e i dati di frazionamento. Inserire una calibrazione dell'iniezione diretta e selezionare le rispettive misurazioni dell'iniezione diretta dalla vista delle impostazioni di calibrazione dell'iniezione diretta.Il volume di iniezione e la concentrazione del campione verranno utilizzati per correlare l'area del picco con la quantità iniettata. Quindi, utilizzare la funzione Assegna alle preimpostazioni delle particelle selezionate per assegnare la funzione di calibrazione ottenuta alle rispettive misure di frazionamento. Quindi, utilizzare l'equazione per calcolare il recupero di massa delle nanoparticelle d'oro confrontando l'area sotto i rispettivi picchi UV-vis delle misurazioni di frazionamento e iniezione diretta.Per visualizzare i risultati, aprire il calcolo quantitativo dei risultati. Verrà presentata una concentrazione di massa basata sull'area del picco. Il recupero di massa può essere ottenuto confrontando questo valore con la concentrazione iniettata.Nella scheda della dimensione delle particelle nella finestra di calibrazione della dimensione delle particelle, fare clic su ciascuna misurazione appropriata nella tabella di selezione dei riferimenti per la calibrazione per selezionare tutte le esecuzioni di calibrazione. Le misure verranno visualizzate in una tabella man mano che vengono selezionate. Inserire il raggio idrodinamico per tutte le misure di calibrazione.La funzione e l'equazione verranno visualizzate nella finestra della funzione di calibrazione della dimensione delle particelle. Per assegnare la funzione di calibrazione alle misurazioni del campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto, selezionare i rispettivi frazionamenti all'interno dell'elenco di selezione per l'assegnazione e aprire un calcolo della distribuzione granulometrica per visualizzare i risultati. La dimensione calcolata verrà mostrata nella finestra di distribuzione delle dimensioni, etichettata fino al picco massimo.E la calibrazione della dimensione delle particelle creata in precedenza sarà elencata come la calibrazione per le misurazioni del campione di nanoparticelle d'oro sconosciute. Per calcolare la media di tutte le misurazioni di un campione, selezionare la casella di controllo Media segnali per campione. Il risultato verrà elencato nell'etichetta del picco massimo.Qui, viene mostrata una sovrapposizione rappresentativa di standard dimensionali di nanoparticelle d'oro frazionate da AF4 e rilevate mediante misurazione spettroscopica UV-vis dell'assorbanza delle particelle a una lunghezza d'onda di 532 nanometri. La deviazione standard relativa di tutti i tempi di ritenzione per ciascuna nanoparticella al rispettivo picco massimo di spettroscopia UV-vis ottenuta da misurazioni triplicate era inferiore all'1,1%Un'analisi di regressione lineare di questi dati ha portato a una funzione di calibrazione lineare con un coefficiente di correlazione al quadrato, R al quadrato, di 0,9958. Quando nove fractogrammi di spettroscopia AF4-UV-vis sono stati ottenuti da campioni di nanoparticelle d'oro sconosciuti, la deviazione standard relativa dei rispettivi tempi di ritenzione era significativamente bassa, compresa tra 0,1 e 0,5% Utilizzando la funzione di calibrazione della dimensione delle particelle ottenuta dal frazionamento degli standard dimensionali delle nanoparticelle d'oro e correlando questi dati con i tempi di ritenzione ottenuti del campione di nanoparticelle d'oro sconosciuto al massimo picco della spettroscopia UV-vis, È stato possibile calcolare un raggio idrodinamico medio complessivo.Inoltre, è stato possibile ottenere un ragionevole recupero di massa che indichi l'assenza di agglomerazione o dissoluzione significativa dei campioni di nanoparticelle d'oro o un notevole adsorbimento delle particelle sulla superficie della membrana. Quando si utilizza una calibrazione delle dimensioni esterne e un'analisi AF4, è della massima importanza che lo stesso metodo AF4 venga applicato in modo coerente a tutti gli standard dimensionali e al campione stesso. AF4 consente ai ricercatori di comprendere meglio le proprietà dei loro campioni di nanoparticolato.Si tratta quindi di un importante strumento di controllo della qualità che, in ultima analisi, contribuisce a migliorare l'efficacia dei prodotti nano-abilitati.

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