접선 흐름 ultrafiltration (TFU)는 biosamples의 무게 기반의 분리에 사용되는 재순환 방식입니다. TFU는 크기를 선택합니다 (1-20 nm 정도의 직경)에 적응하고 높은 polydisperse 실버 나노 입자의 큰 볼륨 (15.2 μg의 ML 4 L을 집중했다 -1 4 다운 ML -1) 최소한의 집합이 있습니다.
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접선 흐름 ultrafiltration (TFU)는 biosamples의 무게 기반의 분리에 사용되는 재순환 방식입니다. TFU는 크기를 선택합니다 (1-20 nm 정도의 직경)에 적응하고 높은 polydisperse 실버 나노 입자의 큰 볼륨 (15.2 μg의 ML 4 L을 집중했다 -1 4 다운 ML -1) 최소한의 집합이 있습니다.
현재, AgNPs이 광범위하게 자신의 강력한 항균 특성으로 인해 소비자 제품, 1 물 소독제, 2 치료학, 1, 3, 생물 의학 장치 (4)의 제조에 사용됩니다. 3-6이 nanoparticle 응용 프로그램을 강력하게 AgNP 크기와 집합 상태에 의해 영향을받습니다 . 많은 도전 제어 제조 7 캡핑 / 대리인 또는 유기 용제를 안정화 화학적으로 공격적인에서 무료로 제공되는 unfunctionalized, 동질 AgNPs의 크기 기반 격리 4,8에 존재합니다. 7-13 제한이 시약의 독성에서 높은 비용을 등장하거나 감소 AgNP 합성 또는 분리 방법 (예를 들어, 원심 분리, 크기에 따라 달라 용해도, 크기 배제 크로마토 그래피 등)의 효율성. 10,14-18이를 극복하기 위해, 우리는 최근 TFU 더 큰 크기, 농도 제어 등을 허용 것을 보여 주었다 크 레이튼 AgNPs (300 집계 상태같은 ultracentrifugation 등의 절연이 기존의 방법보다 198.7 μg ML -1)의 15.3 μg ML -1의 ML 다운 10 ML. 19
TFU은 일반적으로 단백질, 바이러스, 세포의 무게 기반의 절연에 사용되는 재순환 방식입니다. 간단히 20,21, 액체 샘플 KD 1,000에서 10 KD에 이르기까지 다양한 기공 크기와 중공 섬유 멤브레인의 일련을 통해 전달됩니다. 큰 성분은 (retentate) 유지하는 동안 예제에서 작은 중지 또는 해산 성분은 (여과) 용매와 함께 다공성 장벽을 전달합니다. TFU이가도 손해 샘플을로 "녹색"방법으로 간주하거나 독성 초과 시약 및 부산물을 제거 할 추가는 용매 필요 할 수 있습니다. 모두 소수성과 친수성 필터를 사용할 수 있습니다대로 또한, TFU은 나노 입자의 다양한 적용 할 수 있습니다.
본 연구의 두 가지 주요 목표는 있었다 : 1) 설명하기초대 비디오 경험과 2를 통해 TFU 접근 방식의 실험 부분)은 콜로이드 나노 입자와 retentate의 작은 볼륨의 큰 볼륨에 대한 TFU 방법의 타당성을 입증합니다. 첫째, unfuctionalized AgNPs는 (4 L, 15.2 μg ML -1) NaBH 4 AgNO 3의 감소에 의해 잘 알려진 크 레이튼 방법 22,23을 사용하여 합성 하였다. AgNP polydispersity는 두개를 100 KD (200cm 2, 20cm 2) 필터에 의해 다음 AgNPs 및 AgNP-집계 큰 50 나노 미터를 제거하기 위해 50 나노 필터를 (460cm 2)를 사용하여 3 단계 TFU을 통해 최소화 된 AgNPs을 집중합니다. 대표 샘플은 전송 전자 현미경, UV-VIS 흡수 분광 광도법, 라만 분광법 및 유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법을 사용하여 특징되었습니다. 최종 retentate이 높은 농축 (4 ML, 8,539.9 μg ML -1) 아직 통합과 균일 겸손한으로 구성직경 1-20 nm의 AgNPs. 이 62 % 정도의 실버 농도 수율에 해당합니다.
1. 콜로이드 AgNPs의 합성
크 레이튼 방법 (약간 수정, 저렴한) 22에 대한 반응 메커니즘은 원치 않는 가수 분해 실온 이상에서 NaBH 4 쪽 반응과 함께 참조 파벨 et.al의 지원 정보에 큰 자세히 설명되어 있습니다. 23
2. 콜로이드 AgNPs의 특성
캐리 50 UV-VIS-NIR 분광 광도계 (Varian 주식회사)와 올림푸스 BX41 공 촛점 라만 현미경을 갖추고 LabRamHR 800 라만 시스템 (Horiba Jobin Yvon 주식회사)는 AgNP 특성화에 활용했다. 캐리 WinUV 소프트웨어 LabSpec v.5와 유래 8.0 소프트웨어는 데이터 수집 및 분석을 위해 고용되었다.
참고 : 인수 매개 변수 구경 최적화해야합니다R 기타 장비 모델.
UV-VIS 분광 광도법을 통해 콜로이드 AgNPs의 표면 Plasmon 공명의 결정
라만 분광법을 통해 콜로이드 AgNPs의 순도 시험
비디오 데모 (10-15 분 동영상)의 시간 제한 및 프로토콜 텍스트의 공간 제한 (최대 3 페이지)으로 인해,이 실험 섹션이 촬영되지 않습니다.
3. 접선 흐름 Ultrafiltration (TFU)를 통해 크기 선택 및 콜로이드 AgNPs의 농도
KrosFlo II 연구 필터링 시스템 (스펙트럼 연구소 란초 도밍 게즈, CA)은 AgNP polydispersity을 제한하고를 (그림 2) 집중하기 위해 사용되었다. TFU 과정의 세 단계였다 : 50 나노 미터 MidiKros polysulfone 모듈 (460cm 2), 2) 크기 선택 및 농도를 사용하여 AgNPs 50-nm의 AgNP-집계 직경과 큰 (1) 크기 선택 100 KD MicroKros polysulfone 필터를 (20cm 2) (그림 3)를 사용하여 100 KD MidiKros 필터 (200cm 2), (3) 또한 볼륨 감소를 사용하여 직경이 1-20 nm의 AgNPs.
2 단계
3 단계
4. 유도 결합 플라즈마 광 발광 분석법 (ICP-것들)에 의해 콜로이드 AgNPs의 실버 금액의 정량화
각 콜로이드 샘플은 화학적으로 소화 한과 은색의 금액은 710E 분석기 (Varian 주식회사)를 사용하여 ICP-것들에 의해 정량되었다. 실버에 대한 선형 회귀 보정 곡선 (그림 4) 8은 표준을 (0, 3 사용 건설되었습니다추적 금속 분석 (울트라 과학)에 대한 10,000 μg ML -1 실버 표준에서 준비되었다, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg의 L -1).
5. 전송 전자 현미경 (TEM)를 통해 콜로이드 AgNPs의 크기 분포
필립스 EM 208S TEM은 콜로이드 AgNPs을 시각화하는 데 사용되었다. 전자 micrographs은 고해상도 Gatan Bioscan 카메라를 사용하여 캡처하고 ImageJ 소프트웨어에서 분석 하였다. 24
6. 대표 결과
콜로이드 AgNPs의 합성 및 특성
크 레이튼 콜로이드 AgNPs의 네 리터가 성공적으로 그림 1A에 표시된 설정을 사용하여 합성 하였다. 최종 콜로이드는 특성 황금색 색상 (그림 1B). 22, 23이 콜로이드의 UV-VIS 흡수 스펙트럼은 394 nm의 (그림 1C)에서 전형적인 날카로운, 대칭 표면 plasmon 피크 (SPR)를 가지고했다. 원래 크 레이튼 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 라만 스펙트럼은 세 즉 진동 모드, 벤딩 (1,640센티미터 -1)와 H 2 O의 대칭 및 비대칭 스트레칭 모드 (3천2백45cm -1과 3,390센티미터 -1을 제시 각각) (그림 1D).
콜로이드 AgNPs의 TFU
TFU 설정 및 3 단계 TFU 과정의 개략적는 각각,도 2 및도 3에 도시되어 있습니다. 1 단계에서 50 나노 필터 (460cm 2)에 활용 된 크기를 선택하고 원래 콜로이드 (50 나노 미터 retentate 약 100 ML)에서 50 나노 미터 직경 큰의 AgNPs 및 AgNP-집계를 제거 할 수 있습니다. 이 단계는 50 나노 여과의 3.9 L에 다운 원래 콜로이드 4 L에서 작은 볼륨 감소와 함께했다. 더 backwashing 또는 유동 파괴 단계는 사용되지 않았습니다. 가장 큰 볼륨 감소 (즉, 물 제거)는 50 나노 여과는 이후 100 KD 필터 (200cm 2)를 통해 실행 된 2 단계에서 얻은 것입니다. 그 결과 100 KD retentate 50 ML의 총 볼륨을했다. 합성 부산물 및 초과 시약의 대부분은 물 용매 (100-KD 여과의 3.850 ML)를 통해이 단계에서 제거되었습니다. 또한, AgNP 농도는 addit에 의해 달성되었다이전에보고 된 절차 있도록 외부 여과 단계. 19이 단계 3, 작은 면적 (20cm 2) 100 KD 필터에의 이온은 4.0 ML로 100 KD retentate 볼륨을 감소. TEM 측정이 최종 100 KD retentate는 직경 1-20 nm의 천한 통합 AgNPs의 대부분이 구성되어 있는지 보여줍니다.
콜로이드 AgNPs의 ICP-것들과 TEM
실버에 대한 선형 회귀 보정 곡선 (그림 4) 8 표준 (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg의 L -1)에서 건설되었습니다. 네 개의 대표 콜로이드 샘플 각 실버의 금액은 다음 추정을 통해 ICP-것들 교정 곡선에서 결정되었다 : 첫 번째 원본 콜로이드 (15.2 ppm으로, 그림 3A), 50 나노 여과 (14.1 ppm으로, 그림 3B), 100 - KD retentate (683.1 ppm으로 그림 3C) 및 최종 100 KD retentate (8,538.9 ppm으로, 그림 3D).15.2 ppm으로의 실제 수율은 크레이 톤 반응에 대해 15.4 ppm으로의 전형적인 이론적 수율에 매우 가깝습니다. AgNPs의 극단적 인 농도 (8,538.9 ppm으로 4 ML)이 최종 100 KD retentate (그림 3, 유리 병 사진의 insets)을 진한 갈색으로 원래 콜로이드에 황금색의 색상에 극적인 변화가 반영되었다. 필터의 품질은 1 단계로, 특히 TFU 과정에 중요한 것으로 발견되었다. 최종 retentate 농도는 3,390.1 ppm으로의 필터 (크게 새로운 비해 사용)의 상태에 따라 9,333.3 ppm으로에 나와 있습니다. 막이 위협을 받고 모공 경우, 적은 50 나노 미터보다 직경이 AgNPs도 유지 될 것이며, 이후 여과에 수집 AgNPs의 전체 양을 줄일 수 있습니다. 압력 모니터링 및 적절한 청소를 포함하는 여과 과정의 최적화는 필터의 수명을 늘릴 수 있습니다.
대표 TEM의 micrographs 원래 크 레이튼 콜로이드와 최종 100 KD retentate (3 단계)는 각각 그림 5A와 5C에 표시됩니다. 자신의 unaggregated 상태에서 AgNPs은 밝은 회색 배경에 검은 색 원형 영역으로 나타납니다. 약 800 AgNPs은 두 샘플의 각각의 TEM micrographs에서 확인되었으며 이미지 J 소프트웨어를 사용하여 분석 하였다. 하나의 입자는 완전하고 동봉 된 경계에 의해 정의되었다. 지역 임계 값은 TEM micrographs의 해상도에 따라 1.0 nm의 2 설정되었습니다. AgNP 수와 지역 데이터는 Microsoft Excel 및 AgNP 직경이 추정 된에 수출되었다. 원래 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 평균 AgNP 직경은 각각 9.3 nm의와 11.1 nm의 것으로 확인되었습니다. AgNPs의 직경 측정 한 후 원산지 8.0 소프트웨어에 수출되었으며, TEM 크기 히스토그램은 (그림 5B와 5D) 각 샘플에 건설되었습니다.
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그림 1. A) 합성 설정, B) 특성 색상, C) UV-VIS 흡수 스펙트럼 및 크레이 톤 콜로이드 AgNPs의 D) 라만 스펙트럼.

그림 A) 1 단계와 2 단계 2 TFU 실험 설정 :. I) 저수지가 크 레이튼 콜로이드 AgNPs을 포함. 여과를 수집 II) 저수지. 튜브의 III) Y-접합. IV) 연동 운동의 펌프 헤드. . V) 어느 50 나노 미터 또는 100-KD 미디 Kros 필터 B) 3 단계 : I) 저수지 크 레이튼 콜로이드 AgNPs을 포함. 여과를 수집 II) 저수지. III) 100 KD 마이크로 Kros 필터입니다.

그림 3. 플로 차트는 TFU 과정을 묘사. 푸른 음영 상자는 추가적인 분석을 위해 수집 AgNPs의 콜로이드 현탁액을 표시합니다. 유리 병이 안된다hotographs 50 나노 여과는 100 KD 미디 Kros을 사용하여 볼륨 감소 후 얻은 50 나노 필터 (460cm 2), C) 첫 100 KD retentate을 통해 원래의 콜로이드를 처리 한 후 수집) A) 원본 콜로이드 배치, B를 표시 필터 (200cm 2), 그리고 100 KD 마이크로 Kros 필터 (20cm 2)를 사용하여 볼륨 감소로 인한 D) 최종 100-KD retentate. 100 KD 여과 물 것 같습니다.

그림 4 팔은 표준 사용 건설 ICP-것들 선형 보정 :. 0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg L -1.

A) 원래 크레이 톤 AgNPs와 C의 그림 5. TEM의 micrographs) 최종 100 KD retentate (스케일 바 있습니다100 nm의). TEM 크기 histograms는 B에 대한 약 800 AgNPs) 원래 크레이 톤의 AgNPs을 분석하여 건설하고, D) 최종 100-KD retentate. 그림 5B의 삽입은 비교 목적을 위해 확장 된 41-75 nm의 크기 범위를 보여줍니다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
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UV-VIS 흡수 분광 광도법 및 콜로이드 AgNPs의 라만 분광학
이곳은 콜로이드의 흡수 스펙트럼의 표면 plasmon 공명 봉우리의 수는 AgNPs 증가 대칭으로 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 또한, AgNP 집계는 광범위한이나 붉은 이동 봉우리의 모양이 생깁니다. 25,26은 394 nm의에서 단일 샤프하고 대칭 SPR 피크의 존재가 적당한 집계 및 크기 분포의 작은 구형 AgNPs을 나타내는 것입니다.
전, ultrafiltration 후 콜로이드 샘플의 순도는 H 2 O.에 특징은 세 진동 모드를 전시 원래 크레이 톤 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 라만 스펙트럼에 의해 입증되었다 유기 불순물이나 대형 라만 크로스 섹션 ultrafiltration 오염 물질과 관련된 라만 신호는 AgNP에 즉시 근접을 통해 향상 될표면 (즉, 소위 표면 강화 라만 분광법 (SER...
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관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
엔지니어링 및 LEADER 컨소시엄 프로그램에 NUE을 통해 국립 과학 재단 (National Science Foundation)의 자금 지원은 굉장히 인정됩니다.
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| 실버 질산염 (AgNO 3) | Acros 유기물 주식회사 | CAS : 7761-88-8 | |
| 나트륨 borohydride (NaBH 4) | Acros 유기물 주식회사 | CAS : 16940-66-2 | |
| 질산 (HNO 3, Optima) | 피셔 과학 주식회사 | A467-1 | ICP 분석을위한 금속 등급을 추적 |
| 10,000 μg ML -1은 표준 EnviroConcentrate | 울트라 과학 | US-IAA-047 | |
| KrosFlo 연구 II 전 접선 흐름 여과 시스템 | 스펙트럼 연구소 주식회사 | SYR2-U20-01N | |
| 0.05 μm PS (0.5 mm) 460cm 2 | 스펙트럼 연구소 주식회사 | X30S-900-02N | |
| 미디 100 KD PS 200cm 2 | 스펙트럼 연구소 주식회사 | X3-100S-901-02N | |
| Micro100 KD PS 20cm이 | 스펙트럼 연구소 주식회사 | X1AB-300-10N | |
| MasterFlex C-플렉스 튜브 L / S 사이즈 17 | 콜 - 팔머 인스트루먼트 (주) | 06424-17 | |
| MasterFlex C-플렉스 튜브 L / S 사이즈 14 | 콜 - 팔머 인스트루먼트 (주) | 06424-14 | |
| 캐리 50 UV-VIS-NIR 분광 광도계 | Varian 주식회사 | ||
| LabRam HR 800 시스템 | Horiba Jobin Yvon 주식회사 | ||
| Varian 710ES ICP-것들 | Varian 주식회사 |
표 1. 특정 시약 및 장비.
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