접선 흐름 Ultrafiltration : 콜로이드 실버 나노 입자의 크기 선택과 집중을위한 "그린"방법

이 실험 절차의 전체적인 목표는 더 많은 양의 콜로이드 나노입자와 더 적은 양의 Tate에 대해 접선 흐름 초여과법의 실현 가능성을 입증하는 것입니다. 먼저 4리터의 크레틴 콜로이드 은 나노입자를 합성합니다. UV-vis 흡수 분광 광도법을 사용하여 표면 플라즈몬 공명 값을 결정함으로써 콜로이드의 품질을 검증합니다.

다음으로, 접선 흐름 여과(tangential flow ultra filtration)를 사용하여 이 콜로이드의 크기를 선별하고 4 mL의 물로 농축합니다. 그런 다음 유도결합 플라즈마 광방출 분광법(inductively coupled plasma optical emission spectroscopy)을 통해 원래의 콜로이드와 여과 과정의 대표 샘플에 포함된 은의 양을 정량합니다. 최종적으로 이미지 프로세싱과 결합된 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy)을 이용합니다.

Image J 소프트웨어는 원래의 콜로이드와 최종 한외여과 후 은 나노입자의 크기 분포를 나타내는 데 사용됩니다. I-C-P-O-E-S를 이용한 나노물질 정량 분석이 처음인 연구자는 유리 기구가 미량의 금속 오염으로부터 자유롭도록 보장하는 데 필수적인 유리 기구 세척 절차를 익혀야 합니다. 또한, 콜로이드 시료를 적절하게 분해하고 I-C-P-O-E-S 검정 표준액을 준비하는 데 필요한 시간 또한 중요합니다.

분획 크기, 용해도 기반 분리, 크기 배제 크로마토그래피, 분별 결정화 및 겔 전기영동과 같은 다른 방법들과 달리, 본 방법은 응집, 합성 시약의 독성, 원치 않는 코팅, 높은 비용 및 효율성 저하와 같은 문제들을 방지합니다. Colorado Suen 나노입자의 합성과 가시-근적외선 분광 광도법 및 I-C-P-O-E-S를 이용한 특성 분석 시연은 제 연구실의 연구 학생들인 Austin Williams, Joshua Baker, Catherine Anders가 맡게 됩니다. 안녕하세요, 저는 Woolley 박사이며 제가 접선 유동 여과를 수행할 예정이고, Jackie Cisco가 전자 현미경 분석을 수행할 것입니다. 모든 유리 기구는 동반 텍스트에 기술된 대로 세심하게 세척하십시오.

10 °C로 냉각된 오토클레이브수를 사용하여 2 mM 소듐 보로하이드라이드 용액 300 mL와 1 mM 질산은 용액 100 mL를 준비합니다. 이제 교반자가 들어 있는 500 mL 엘렌마이어 반응 플라스크에 소듐 보로하이드라이드 용액 300 mL를 넣습니다. 은 산화를 방지하기 위해 플라스크를 알루미늄 호일로 감싼 후 얼음 위에서 교반합니다.

25 mL 뷰렛을 준비하려면 먼저 초순수로 전체 컬럼을 헹군 다음, 질산은을 사용하여 다시 전체 컬럼을 헹굽니다. 그 후 뷰렛을 알루미늄 호일로 감싸고 질산은 용액을 채웁니다. 암실에서 질산은 용액 50 mL를 나트륨 또는 수소화물 용액에 첨가합니다.

빛 노출을 최소화하기 위해 장치의 중간 부분을 알루미늄 호일 텐트로 덮습니다. 이 시간 동안 주기적으로 얼음 수조를 보충하십시오. 콜로이드 용액을 얼음 위에서 45분에서 50분 더 교반합니다.

은 나노입자의 형성은 무색에서 황금색으로의 색상 변화로 알 수 있으며, 이는 은 나노입자의 표면 플라즈몬 공명 최대치의 특징입니다. 생성된 콜로이드를 냉장 보관하십시오. 1mL 일회용 Q-vet에 콜로이드와 초순수를 1:10 부피 비율로 채웁니다. 바탕선 보정을 위한 블랭크 시료로는 다른 Q-vet에 초순수를 채웁니다.

Kim wipe로 두 큐벳의 외부를 닦아냅니다. 분광광도계를 흡광도 모드로 설정하고 Y축 범위를 최소 -0.5에서 최대 1.0으로 설정합니다. 또한, X축 스캔 범위를 200에서 800 nanometers로 설정하고 베이스라인 보정이 포함된 빠른 스캔 속도를 선택합니다.

물이 채워진 Q vet을 기기에 삽입하고 베이스라인 스캔을 실행하십시오. 0이 아닌 베이스라인 컨트롤이 얻어질 때까지 필요에 따라 반복하십시오. 블랭크 Q.Vet을 샘플 Q vet으로 교체하고 콜로이드 샘플의 UV vis 흡수 스펙트럼 수집을 위한 흡광도 스캔을 시작하십시오.

동반된 텍스트에 설명된 대로 17 master flex 공급 튜브를 연동 펌프에 연결하고, DIR 버튼을 사용하여 펌프 방향을 반시계 방향으로 선택한 후 모드 버튼이 INT로 설정되어 있는지 확인하십시오. 펌프 속도를 분당 300 milliliters 미만으로 설정하십시오. 다음으로, 여과 루프에 진공을 형성하여 시스템을 프라이밍하십시오.

액체가 시스템을 통해 원활하게 흐르면, 펌프를 끄고 튜브 연결부의 포트를 닫은 후 클램프를 제거하십시오. 펌프를 다시 켜고 튜브 회로에 누출이 있는지 확인하십시오. 이제 튜브 크기에 맞춰 펌프 유량을 높이십시오.

저장 병의 액체가 거의 다 소모될 때까지 여과를 계속한 다음 펌프를 끄고, 펌프 속도를 낮춘 후 여과 루프에서 tate를 수집합니다. tate는 50 nanometers보다 큰 나노입자로 구성됩니다. 다음으로 50 nanometers보다 작은 나노입자로 구성된 여과액을 수집합니다.

Tate를 추가 분석에 사용해도 안전하며, 여과액은 다음 단계에 사용합니다. 다음으로 직경 20 nm 미만의 나노입자를 선택합니다. 초순수로 제조한 2% 질산으로 튜빙을 헹굽니다.

100 kilodalton CROs 필터로 여과 과정을 반복합니다. 여과 루프에서 농축액(reten)을 수집하십시오. 프라이밍 및 여과 단계에서 펌프 속도를 각각 30 mil 및 90 mil로 낮게 설정하고, 더 작은 100 KD 마이크로 필터와 더 작은 14번 튜빙을 사용하여 샘플을 추가로 농축할 수 있습니다.

본 방법은 은 나노입자 제조의 정제 단계 동안 은의 양을 정량화하기 위해 고안되었습니다. 시료에서 은이 용출되는 것을 방지하기 위해 저밀도 폴리프로필렌 용기를 사용하십시오. 먼저 진한 질산으로 시료를 화학적으로 분해합니다.

또한 8개의 표준물을 사용하여 은 검정 곡선을 준비하십시오. 이제 ICP-OES 장비에서 은의 파장, 고주파 전력, 플라즈마 유량, 보조 유량 및 네뷸라이저 압력 파라미터를 설정하십시오. 또한 시료를 3회 반복 측정하며, 반복 측정 시간은 10초로 설정하십시오.

측정 안정화 시간은 15초, 시료 흡입 지연 시간은 30초로 설정하여 사용하십시오. 또한, 잠재적인 교차 오염을 줄이기 위해 각 시료 사이에 메서드 블랭크(method blank)를 반드시 도입하십시오. 이제 시료를 로드하고, 100 kilodalton tate 시료를 초순수로 희석하여 측정하십시오.

이제 원래의 콜로이드와 희석된 100 kilodalton 시료를 각각 20 µL씩 300 mesh 폼 바 코팅 금 그리드 위에 적하합니다. 그리드를 공기 중에서 건조시킵니다. 은 나노입자를 관찰하기 위해 TEM 장비의 가속 전압을 70 kV로 설정합니다. 고해상도 카메라를 사용하여 전자 현미경 사진을 촬영하고 태그 이미지 파일(.tif) 형식으로 저장합니다.

4리터의 cret 및 콜로이드성 은 나노입자를 제조한 결과, 최종 콜로이드는 특유의 황금색을 띠었습니다. 이 콜로이드의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 394 nm에서 전형적이고 날카로운 대칭형 표면 플라스몬 피크를 나타냈습니다. 원래의 cretin 콜로이드와 최종 100 kDa Tate의 라만 스펙트럼에서는 단 세 가지의 진동 모드만이 관찰되었습니다.

1,640에서의 굽힘 모드와 물의 대칭 및 비대칭 신축 모드. 은 나노입자의 크기 선택 및 농축을 위한 3단계 접선 유동 한외여과 공정을 통해 최종적으로 100 kilodalton reten 4 mL를 얻었다. 대부분의 합성 부산물과 과량의 시약은 물 용매를 통해 제거되었다.

그 후 ICP-OES 검정 곡선을 사용하여 은의 양을 측정하였습니다. 여기서 실제 수득량은 일반적인 이론적 수득량인 15.4 ppm에 매우 근접하였습니다. 반응의 경우, 은 나노입자의 매우 높은 농도로 인해 원래 콜로이드의 금색 및 황색에서 최종 100 kDa의 진한 갈색으로 극적인 색상 변화가 나타났습니다. ICP-OES 측정 결과는 이러한 시각적 관찰 내용을 확인해주었으며, 최종 100 kDa의 은 농도를 밝혔습니다.

원래의 크레틴 콜로이드와 최종 100 kilodalton 상태의 TEM 마이크로그래프를 통해, 응집되지 않은 상태의 은 나노입자가 밝은 회색 배경 위에서 검은색 원형 영역으로 나타남을 알 수 있습니다. 이 TEM 크기 히스토그램은 원래의 크레온 은 나노입자와 최종 100 kilodalton 상태에 대해 약 800개의 은 나노입자를 분석하여 작성되었습니다. 이 영상을 시청한 후에는 은 나노입자의 농축 및 크기 선택을 위한 접선 유동 여과를 수행하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

응집을 최소화하면서 다양한 부피의 시료를 농축할 수 있습니다. 또한 나노입자를 특성 분석하는 방법에 대해 충분히 이해하고 있어야 합니다. 이 기술을 숙달하면 6시간 이내에 수행할 수 있습니다.

이 절차를 수행할 때, 고농도 콜로이드 현탁액은 냉장 보관하더라도 수명이 제한적이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이러한 제한 사항은 세심한 연구, 계획 및 준비를 통해 관리할 수 있습니다. ICP-UES 화학적 분해 분석 중 뜨거운 질산 시약을 다룰 때는 위험할 수 있으므로, 화학 흄 후드 내에서 작업하거나 적절한 보호구를 착용하는 등 이 절차를 수행하는 동안 적절한 예방 조치를 취해야 함을 기억하십시오.