Tangentiële Flow Ultrafiltratie: Een "groene" Methode voor de keuze uit verschillende maten en concentratie van colloïdaal zilver nanodeeltjes

Het algemene doel van deze procedure is om de haalbaarheid van de tangentiële flow ultrafiltratiemethode aan te tonen voor grotere volumes colloïdale nanodeeltjes en kleinere volumes Tate. Synthetiseer eerst vier liter citraat-colloïdaal zilveren nanodeeltjes. Verifieer de kwaliteit van het colloïd door de oppervlakte-plasmonresonantie te bepalen middels UV-vis absorptiespectrofotometrie.

Gebruik vervolgens tangentiële flow-ultrafiltratie om dit colloïde op grootte te selecteren en te concentreren tot vier milliliters water. Kwantificeer vervolgens met behulp van inductief gekoppeld plasma-optische emissiespectroscopie de hoeveelheid zilver in het oorspronkelijke colloïde en de representatieve monsters van het ultrafiltratieproces. Ten slotte wordt transmissie-elektronenmicroscopie in combinatie met beeldbewerking toegepast.

In Image J-software wordt de grootteverdeling van de zilvernanodeeltjes in het oorspronkelijke colloïde en na de uiteindelijke ultrafiltratie weergegeven. Personen die nieuw zijn aan de kwantificering van nanomaterialen met I-C-P-O-E-S moeten de procedures voor het reinigen van glaswerk leren, die essentieel zijn om ervoor te zorgen dat het glaswerk vrij is van elke vorm van spooren van metaalcontaminatie. Ook is de tijd die nodig is om de colloïdale monsters correct te verteren en om de I-C-P-O-E-S-kalibratiestandaarden voor te bereiden van belang.

In tegenstelling tot andere methoden zoals fractie-grootte afhankelijke oplosbaarheid, grootte-uitsluitingschromatografie, fractionele kristallisatie en gelelektroforese, vermijdt deze methode problemen zoals aggregatie, toxiciteit van synthesereagentia, ongewenste coatings, hoge kosten en/of verminderde efficiëntie. De synthese van de Colorado Suen-nanodeeltjes en hun karakterisering via visuele spectrale optometrie en I-C-P-O-E-S zullen worden gedemonstreerd door Austin Williams, Joshua Baker en Catherine Anders, onderzoekstudenten uit mijn laboratorium. Hallo, ik ben Dr. Woolley en ik zal de tangentiële flowfiltratie uitvoeren en Jackie Cisco zal de elektronenmicroscopie uitvoeren. Reinig al het glaswerk zorgvuldig, zoals beschreven in de begeleidende tekst.

Bereid 300 milliliters van een twee millimolaire natriumboorhydride-oplossing en 100 milliliters van een één millimolaire zilvernitraatoplossing met behulp van autoclaafwater dat is afgekoeld tot 10 °C. Voeg nu 300 milliliters van de natriumboorhydride-oplossing toe aan een Erlenmeyer-reactiekolf van 500 milliliters die een magneetroerstaaf bevat. Wikkel de kolf in aluminiumfolie om oxidatie van zilver te voorkomen en roer het mengsel op ijs.

Om een burette van 25 milliliter voor te bereiden, spoel deze eerst om met een volledige kolom ultrapuur water, gevolgd door een volledige kolomspoeling met zilvernitraat. Wikkel de burette vervolgens in aluminiumfolie en vul deze met zilvernitraatoplossing. Voeg in een donkere kamer 50 milliliter zilvernitraatoplossing toe aan de natrium- of hydrideoplossing.

Dek het middelste gedeelte van de opstelling af met een aluminiumfolie tentje om de blootstelling aan licht te minimaliseren. Vul het ijsbad gedurende deze tijd periodiek aan. Blijf de colloïdale oplossing gedurende nog eens 45 tot 50 minuten op ijs roeren.

De vorming van zilvernanodeeltjes wordt aangegeven door een kleurverandering van kleurloos naar goudgeel, wat kenmerkend is voor het oppervlakteplasmonresonantiemaximum van zilvernanodeeltjes. Koel het resulterende colloïdaal mengsel gekoeld bewaard. Vul een wegwerp-Q-cuvet van één milliliter met het colloïdaal mengsel en ultrapuur water in een volumeverhouding van 1:10. Vul voor een blanco basislijncorrectie een andere Q-cuvet met ultrapuur water.

Veeg de buitenkant van beide kuvetten af met een Kim wipe. Stel de spectrophotometer in op absorptiemodus met een Y-minimum van -0,5 tot een Y-maximum van 1,0. Stel daarnaast het X-scanvenster in op 200 tot 800 nanometer en selecteer een snelle scansnelheid met basislijncorrectie.

Plaats de met water gevulde Q vet in het instrument en voer een baselinescan uit. Herhaal dit indien nodig totdat er een niet-nul baseline-controle is bereikt. Vervang de blanco Q.Vet door de Q vet met het monster en start een absorptiescan voor het verzamelen van het UV-vis absorptiespectrum van het colloïdaal monster.

Sluit de 17 master flex toevoertoevoerbuis aan op de peristaltische pomp zoals beschreven in de bijbehorende tekst, selecteer de tegenwijzerrichting van de pomp met de DIR-knop en controleer of de modusknop op INT staat. Stel de pompsnelheid in op minder dan 300 milliliters per minuut. Ontlucht vervolgens het systeem door een vacuüm te creëren in de filtratielus.

Zodra de vloeistof ongehinderd door het systeem stroomt, schakelt u de pomp uit, sluit u de poort in de slangverbinding en verwijdert u de klem. Schakel de pomp opnieuw in en controleer het slangcircuit op lekken. Verhoog nu de pompsnelheid op basis van de diameter van de slang.

Zet de filtratie voort totdat de vloeistof in de reservoirfles bijna is opgebruikt en schakel de pomp uit, verlaag de pompsnelheid en verzamel het retentaat uit de filtratielus. Het retentaat bestaat uit nanodeeltjes groter dan 50 nanometers. Verzamel vervolgens het filtraat, dat bestaat uit nanodeeltjes kleiner dan 50 nanometers.

De Tate kan veilig zijn voor verdere analyse en het filtraat wordt gebruikt in de volgende stap. Vervolgens worden nanodeeltjes geselecteerd met een diameter van minder dan 20 nanometers. Spoel de slang uit met 2% salpeterzuur in ultrapuur water.

Herhaal het filtratieproces met een 100 kilodalton CROs-filter. Verzamel het retentaat uit de filtratielus. Het monster kan verder worden geconcentreerd door gebruik te maken van het kleinere 100 KD-microfilter en de kleinere maat 14 slang met lagere pompsnelheden van 30 ml en 90 ml voor de priming- en filtratiestappen.

Deze methode is ontworpen om het zilver te kwantificeren tijdens de zuiveringsstappen van de preparatie van zilvernanodeeltjes. Gebruik polypropyleen containers met een lage dichtheid om uitloging van zilver uit de monsters te voorkomen. Verteer de monsters eerst chemisch met geconcentreerd salpeterzuur.

Stel daarnaast een zilverkalibratiecurve op met gebruik van acht standaarden. Ga nu over naar het I-C-P-O-E-S instrument en stel de parameters in voor de golflengte van zilver, het radiofrequentievermogen, de plasmaflow, de hulpflow en de druk van de nebulizer. Stel het instrument ook zo in dat monsters in triplikaat worden gemeten met een replicatietijd van 10 seconden.

Gebruik dit tussen een stabilisatietijd van de meting van 15 seconden en een vertraging van de monsteropname van 30 seconden. Zorg er daarnaast voor dat er tussen elk monster een methodeblind wordt geïntroduceerd om potentiële kruiscontaminatie te verminderen. Laad nu de monsters en meet het met ultrapuur water verdunde 100 kilodalton tate-monster.

Breng nu 20 µL van het oorspronkelijke colloïd en de verdunde 100 kDa-test aan op 300 mesh vormbaar gecoate gouden grids. Laat de grids aan de lucht drogen. Stel het versnellingspotentiaal van het TEM-instrument in op 70 kV om de zilvernanodeeltjes te visualiseren; maak elektronenmicrografieën met de hoge-resolutiecamera en sla deze op als getagde afbeeldingsbestanden.

Bij deze bereiding van vier liter cret en colloïdaal zilvernanodeeltjes had het uiteindelijke colloïd een karakteristieke goudgele kleur. Het UV-vis absorptiespectrum van dit colloïd vertoonde een typieke scherpe symmetrische oppervlakteplasmonpiek bij 394 nanometer. Het Raman-spectrum van het oorspronkelijke cret-colloïd en de uiteindelijke 100 kilodalton Tate vertoonden slechts drie vibrationele modi.

De buigingsmodus bij 1.640 en de symmetrische en asymmetrische strekm modi van water. Het driestaps tangentiële flow-ultrafiltratieproces voor selectie op grootte en concentratie van de zilvernanodeeltjes leverde een definitief retentaat van 100 kilodalton op in een volume van vier milliliter. De meeste synthesebijproducten en overtollige reagentia werden via het wateroplosmiddel verwijderd.

De hoeveelheid zilver werd vervolgens bepaald met behulp van de ICP-OES-kalibratiecurve. Hierbij ligt de werkelijke opbrengst zeer dicht bij de typische theoretische opbrengst van 15,4 parts per million. Voor de reactie vertaalde de extreme concentratie van zilvernanodeeltjes zich in een dramatische kleurverandering van goud en geel voor het oorspronkelijke colloïde naar donkerbruin voor de uiteindelijke 100 kilodalton tate; de ICP-OES-metingen bevestigden de visuele waarnemingen en onthulden een zilverconcentratie voor de uiteindelijke 100 kilodalton tate.

Deze TEM-micrografen van het oorspronkelijke cretine-colloïde en het uiteindelijke 100 kilodalton-tataat geven aan dat zilvernanodeeltjes in hun niet-geaggregeerde toestand verschijnen als zwarte ronde gebieden op een lichtgrijze achtergrond. Deze TEM-groottehistogrammen zijn opgesteld door ongeveer 800 zilvernanodeeltjes te analyseren voor de oorspronkelijke creon-zilvernanodeeltjes en het uiteindelijke 100 kilodalton-ataat. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht hebben in hoe u tangentiële stroomfiltratie uitvoert voor de concentratie en grootteselectie van zilvernanodeeltjes.

Diverse volumes kunnen worden geconcentreerd met minimale aggregatie. U dient daarnaast een goede kennis te hebben van het karakteriseren van de nanodeeltjes. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in zes uur of minder worden uitgevoerd.

Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat sterk geconcentreerde colloïdale suspensies een beperkte levensduur hebben, zelfs bij koeling. Deze beperking kan worden beheerst door zorgvuldige research, planning en voorbereiding. Onthoud dat de analyse bij het werken met hete salpeterzuurreagentia tijdens de chemische digestie voor I-C-P-U-S gevaarlijk kan zijn; er moeten passende voorzorgsmaatregelen worden genomen, zoals het werken in een chemische zuurkast of het dragen van de juiste beschermende uitrusting tijdens deze procedure.