Tangentiële Flow Ultrafiltratie: Een "groene" Methode voor de keuze uit verschillende maten en concentratie van colloïdaal zilver nanodeeltjes
October 4th, 2012
Tangentiële stroming ultrafiltratie (TFU) is een recirculatie methode voor het gewicht gebaseerde scheiding van biosamples. TFU werd aangepast op maat-select (1-20 nm diameter) en zeer geconcentreerd een grote hoeveelheid polydisperse zilveren nanodeeltjes (4 L van 15,2 ug ml -1 Tot 4 ml 8,539.9 ug ml -1) Met minimale aggregatie.
Het algemene doel van deze procedure is om de haalbaarheid van de tangentiale flow ultrafiltratiemethode aan te tonen voor grotere volumes van colloïdale nanodeeltjes en kleinere volumes van Tate. Synthetiseren eerst vier liter cretine colloïdale zilvernanodeeltjes. Verifieer de kwaliteit van het colloïd door de oppervlakteplasmaresonantie te bepalen met behulp van UV vis absorptie, spectro pho telemetrie.
Gebruik vervolgens tangentiale flow, ultrafiltratie om dit colloïd te bemeten, selecteren en concentreren in vier milliliter water. Vervolgens met inductief gekoppelde plasma optische emissiespectroscopie de hoeveelheid zilver in het oorspronkelijke colloïd en de representatieve monsters van het ultrafiltratieproces kwantificeren. Uiteindelijk transmissie elektronenmicroscopie in combinatie met beeldverwerking.
In Image J-software wordt gebruikt om de grootteverdeling van de zilvernanodeeltjes in het oorspronkelijke colloïd en de uiteindelijke ultrafiltratie te tonen. Tate Individuen die nieuw zijn in de kwantificering van nanomaterialen met behulp van I-C-P-O-E-S moeten de reinigingsprocedures voor glaswerk leren die cruciaal zijn om ervoor te zorgen dat het glaswerk vrij is van enige spoormetaalvervuiling. Ook belangrijk is de tijd die nodig is om de colloïdale monsters goed te verteren en om de I-C-P-O-E-S kalibratiestandaarden voor te bereiden.
In tegenstelling tot andere methoden zoals ficationgrootte, oplosbaarheidsafhankelijk, grootte, uitsluitingschromatografie, fractionele kristallisatie en gelelektroforese, vermijdt deze methode problemen zoals aggregatie, toxiciteit van synthese, reagentia, ongewenste coatings, hoge kosten en of verminderde inefficiëntie. Het demonstreren van de synthese van de Colorado Suen nanodeeltjes en hun karakterisering door vis sub sociale spectrale optometrie en I-C-P-O-E-S zal Austin Williams, Joshua Baker en Catherine Anders zijn, onderzoeksstudenten uit mijn laboratorium. Hoi, ik ben Dr. Woolley en ik zal de tangentiale flow filtratie uitvoeren en Jackie Cisco zal de elektronenmicroscopie uitvoeren. Zorgvuldig schoon. Al het glaswerk wordt beschreven in de bijgevoegde tekst.
Gebruik autoclaaf water gekoeld op 10 graden Celsius, bereid 300 milliliter van een twee millimolair natriumburhydrideoplossing en 100 milliliter van een één millimolair zilvernitraatoplossing. Voeg nu 300 milliliter van de natriumhydraatoplossing toe aan een 500 milliliter Erlin Meyer reactieflacon met een roerbal. Wikkel de flacon in met aluminiumfolie om zilveroxidatie te voorkomen en roer op ijs.
Om een 25 milliliter buret te primen, spoel af met een volledige kolom ultrapuur water, gevolgd door een volledige kolom spoeling met zilvernitraat. Wikkel vervolgens de buret in met aluminiumfolie en vul deze met zilvernitraatoplossing. Voeg in een donkere kamer 50 milliliter zilvernitraatoplossing toe aan de natrium- of hydrideoplossing.
Bedek het middelste gedeelte van het apparaat met een folietent om lichtblootstelling te minimaliseren. Ververs het ijskoud bad periodiek gedurende deze tijd. Blijf de colloïdale oplossing op ijs roeren gedurende nog eens 45 tot 50 minuten.
De vorming van zilvernanodeeltjes wordt aangegeven door een veranderende kleur van kleurloos naar een goudgeel, wat kenmerkend is voor het oppervlakteplasma in resonantie maximum van zilvernanodeeltjes. Koel het resulterende colloïd. Vul een wegwerp-Q vet van één milliliter met Creighton-colloïd en ultrapuur water in een verhouding van één tot 10 volume. Vul voor een lege baselinecorrectie een andere Q Vet met ultrapuur water.
Veeg de buitenkant van beide Q vets af met een Kim-doek. Stel de spectrofotometer in op absorptiemodus van een Y-minimum van negatief 0,5 tot een Y-maximum van 1,0. Stel ook de X-scanvenster op 200 tot 800 nanometer en selecteer een snelle scannel met baselinecorrectie.
Plaats de Q vet gevuld met water in het instrument en voer een baselinescan uit. Herhaal indien nodig tot een niet-nul baselinecontrole is bereikt. Vervang de lege Q.Vet met de monsters Q vet en start een absorberende scan voor het verzamelen van het UV vis absorptiespectrum van het colloïdale monster.
Verbind 17 master flex voedingsslangen aan de peristaltische pomp zoals beschreven in de bijgevoegde tekst, selecteer de tegenkloksgewijze pomprichting met behulp van de DIR-knop en controleer of de modusknop op INT staat. Stel de pompsnelheid in op minder dan 300 milliliter per minuut. Primeer vervolgens het systeem door een vacuüm te creëren in de filtratieslus.
Zodra de vloeistof vrij door het systeem stroomt, zet de pomp uit en sluit de poort in de slangverbinding en verwijder de klem. Zet de pomp weer aan en controleer de slangencircuit op lekken. Verhoog nu de pompstroomsnelheid volgens de slangenmaat.
Ga door met filteren totdat de vloeistof in de reservoirfles bijna is uitgeput en zet de pomp uit, verlaag de pompsnelheid en verzamel de tate uit de filtratieslus. De tate bestaat uit nanodeeltjes groter dan 50 nanometer. Verzamel vervolgens het filtraat, dat bestaat uit nanodeeltjes kleiner dan 50 nanometer.
De Tate kan veilig zijn voor verdere analyse en het filtraat wordt gebruikt in de volgende stap. Selecteer vervolgens nanodeeltjes van minder dan 20 nanometer in diameter. Spoel de slang met 2% salpeterzuur in ultrapuur water.
Herhaal het filterproces met een 100 kilodalton CROs-filter. Verzamel de reten uit de filtratieslus. Het monster kan verder worden geconcentreerd door gebruik te maken van het kleinere honderd KD micross-filter en de kleinere maat 14 slang met de lagere pompsnelheden van 30 mil en 90 mil voor de priming- en filtratiestappen.
Deze methode is ontworpen om het zilver te kwantificeren door de zuiveringsstappen van de zilvernanodeeltjevoorbereiding. Gebruik lagedichtheidspolypropyleen containers om zilverlekken uit de monsters te voorkomen. Digest eerst de monsters chemisch met geconcentreerd salpeterzuur.
Bereid ook een zilverkalibratiecurve voor met behulp van acht standaarden. Ga nu naar het I-C-P-O-E-S-instrument, stel de parameters in van de golflengte voor zilver, de radiofrequentie vermogen, de plasmastroom, de hulpstroom en de
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel demonstreert de haalbaarheid van tangențiële stroom ultrafiltratie (TFU) voor de scheiding en concentratie van colloïdale zilveren nanodeeltjes. De methode vermindert effectief een groot volume van nanodeeltjesoplossing terwijl minimale aggregatie wordt gehandhaafd.
Belangrijkste onderzoekscomponenten
Wetenschapsgebied
- Synthese van nanodeeltjes
- Ultrafiltratietechnieken
- Karakteriseringsmethoden
Achtergrond
- Tangențiële stroom ultrafiltratie is een methode voor het scheiden van biomonsters op basis van grootte.
- Colloïdale zilveren nanodeeltjes hebben toepassingen op verschillende gebieden, waaronder geneeskunde en elektronica.
- Het behoud van de kwaliteit van nanodeeltjes tijdens concentratie is cruciaal voor hun effectiviteit.
- Surface plasmon resonantie is een belangrijke eigenschap voor het karakteriseren van nanodeeltjes.
Doel van het onderzoek
- Om de capaciteit van TFU te demonstreren in het verwerken van grotere volumes van colloïdale nanodeeltjes.
- Om de kwaliteit van gesynthetiseerde colloïdale zilveren nanodeeltjes te verifiëren.
- Om de zilverconcentratie voor en na het ultrafiltratieproces te kwantificeren.
Gebruikte methoden
- Synthese van colloïdale zilveren nanodeeltjes met behulp van een chemische methode.
- Kwaliteitsverificatie door UV-Vis absorptiespectroscopie.
- Toepassing van tangențiële stroom ultrafiltratie voor grootteselectie en concentratie.
- Kwantificering van zilver met behulp van inductief gekoppelde plasma optische emissiespectroscopie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle concentratie van zilveren nanodeeltjes van 4 L naar 4 ml.
- Minimale aggregatie waargenomen tijdens het ultrafiltratieproces.
- Accurate kwantificering van zilvergehalte bereikt.
- Karakterisering bevestigde de kwaliteit van de nanodeeltjes na het proces.
Conclusies
- Tangențiële stroom ultrafiltratie is effectief voor het concentreren van colloïdale nanodeeltjes.
- De methode behoudt de integriteit van nanodeeltjes, waardoor het geschikt is voor verschillende toepassingen.
- Toekomstige studies kunnen verdere optimalisaties van het TFU-proces verkennen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Tangential flow ultrafiltration (TFU) addresses a critical bottleneck in nanoparticle-based therapeutic development by enabling scalable, solvent-free concentration and size selection of colloidal silver nanoparticles. This green method preserves nanoparticle integrity while eliminating toxic reagents and reducing process inefficiencies, supporting early-stage formulation work where size-dependent bioactivity and aggregation state directly impact predictive confidence in preclinical models. By delivering highly concentrated, monodisperse nanoparticle suspensions from large synthesis batches, TFU enhances translational continuity and de-risks scale-up challenges in nanomedicine pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of size-dependent antimicrobial mechanisms by isolating homogeneous AgNP populations free from stabilizing agents.
- Operational Value: Provides reproducible nanoparticle fractions for consistent target engagement assays across screening campaigns.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers size-selected nanoparticle suspensions suitable for standardized cytotoxicity and antimicrobial screening panels.
- Operational Value: Ensures assay readiness through concentration of dilute syntheses into analyzable volumes without solvent exchange.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports pharmacokinetic modeling by providing well-characterized, low-aggregation nanoparticle formulations.
- Operational Value: Enables formulation screening for biomedical devices by yielding concentrated retentate compatible with downstream coating or encapsulation processes.
Pipeline & Workflow Integration
TFU fits within the nanotherapeutic discovery continuum, bridging synthesis to preclinical evaluation by delivering size-quantified nanoparticle batches for biological testing.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on size-dependent bioactivity by enabling precise fractionation of nanoparticle populations.
- Screening: Produces concentrated, monodisperse samples that improve signal-to-noise ratios in high-throughput antimicrobial or cytotoxicity assays.
- Analytics: Generates samples compatible with ICP-OES, UV-Vis, and TEM for multi-parametric quality control and batch release.
- Translational Research: Connects synthesis to preclinical continuity by providing formulations with defined size and aggregation state for stability and biodistribution studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, solvent-free unit operation applicable to various metal and metal oxide nanoparticles across therapeutic modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in size-activity relationships through reduction of polydispersity and aggregation artifacts.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via recirculation-based filtration with defined molecular weight cutoffs.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by enabling early assessment of formulation feasibility and scalability.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of nanoparticle candidates based on achievable concentration and purity without excessive processing loss.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle synthesis and characterization techniques such as UV-Vis, TEM, and ICP-OES.
- Depends on access to tangential flow filtration systems with compatible hollow fiber membranes (e.g., 50 nm, 100 kDa).
- Necessitates standardized cleaning and passivation protocols to prevent metal leaching and cross-contamination between runs.
- Involves optimization of flow rates, pressure, and membrane selection based on nanoparticle size and concentration goals.
- Limited by nanoparticle stability during prolonged processing; requires temperature control and timely execution to minimize aggregation.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
2:23
Synthesis of Colloidal AgNPs
4:07
UV-Vis Spectrophotometry: Surface Plasmon Resonance
5:17
Tangential Flow Ultrafiltration: Size-selection and Concentration
7:17
Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy: Quantification of Silver
8:37
Size Distribution of Colloidal AgNPs via Transmission Electron Microscopy (TEM)
9:22
Results: Synthesis and Characterization of Colloidal AgNPs
11:43
Conclusion
