Charakterystyka spektroskopowa UV-VIS nanomateriałów w środowisku wodnym

Podsumowanie

To badanie przedstawia wyniki benchmarkingu dla porównania międzylaboratoryjnego (ILC) mającego na celu przetestowanie standardowej procedury operacyjnej (SOP) opracowanej dla dyspersji koloidowych złota (Au) charakteryzujących się spektroskopią ultrafioletowo-widzialną (UV-Vis), wśród sześciu partnerów z projektu H2020 ACEnano do przygotowania, pomiaru i analizy próbek.

Streszczenie

Fizykochemiczna charakterystyka nanomateriałów (NMs) jest często wyzwaniem analitycznym, ze względu na ich niewielkie rozmiary (co najmniej jeden wymiar w nanoskali, tj. 1–100 nm), dynamiczną naturę i różnorodne właściwości. Jednocześnie wiarygodna i powtarzalna charakterystyka ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa i jakości w produkcji produktów zawierających NM. Dostępnych jest kilka metod monitorowania i uzyskiwania wiarygodnych pomiarów właściwości związanych z nanoskalą, a jednym z przykładów jest spektroskopia ultrafioletowo-widzialna (UV-Vis). Jest to dobrze znana, prosta i niedroga technika, która zapewnia nieinwazyjną i szybką ocenę przesiewową w czasie rzeczywistym wielkości, stężenia i stanu agregacji NM. Takie cechy sprawiają, że UV-Vis jest idealną metodologią do oceny schematów testowania biegłości (PTS) zwalidowanej standardowej procedury operacyjnej (SOP) przeznaczonej do oceny wydajności i odtwarzalności metody charakteryzacji. W niniejszym artykule oceniono PTS sześciu laboratoriów partnerskich z projektu ACEnano w ramach programu H2020 za pomocą porównania międzylaboratoryjnego (ILC). Standardowe zawiesiny koloidowe złota (Au) o różnych rozmiarach (w zakresie 5–100 nm) zostały scharakteryzowane za pomocą UV-Vis w różnych instytucjach w celu opracowania możliwego do wdrożenia i solidnego protokołu charakterystyki wielkości NM.

Wprowadzenie

Nanomateriały (NMs) zyskały popularność dzięki swoim unikalnym właściwościom w skali nanometrycznej (od 1 do 100 nm), które różnią się od właściwości ich odpowiedników w skali makroskopowej, co wynika z efektów związanych z rozmiarem lub efektów kwantowych (np. zwiększona powierzchnia właściwa w stosunku do objętości) oraz odmiennej reaktywności, właściwości optycznych, termicznych, elektrycznych i magnetycznych^1,2. Potencjalne zastosowania nanomateriałów w społeczeństwie są różnorodne i szeroko powiązane z takimi dziedzinami jak opieka zdrowotna, przemysł spożywczy, kosmetyki, farby, powłoki i elektronika^3,4,5. Nanocząstki złota (AuNPs) są szeroko stosowane w nanotechnologii (np. w opiece zdrowotnej, kosmetyce i aplikacjach elektronicznych), głównie ze względu na prostotę wytwarzania, zależne od rozmiaru cechy optyczne, potencjał funkcjonalizacji powierzchni oraz właściwości fizykochemiczne, które mogą być odpowiednie dla wielu kluczowych zastosowań^6,7.

Jakość i powtarzalność syntezy oraz charakteryzacji nanomateriałów (NM) są niezwykle istotne dla zapewnienia jakości, a także dla bezpiecznego wytwarzania produktów opartych na nanotechnologii, szczególnie ze względu na reaktywność NM, zwłaszcza w złożonych środowiskach, gdzie właściwości NM, takie jak rozkład wielkości i morfologia, mogą ulegać szybkim zmianom^8,9. Dostępnych jest wiele metod monitorowania właściwości w nanoskali. Na przykład skaningowa/transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM/TEM) to techniki stosowane do uzyskiwania wysokorozdzielczych (aż do poziomu subnanometrowego) informacji optycznych i składowych NM; mikroskopia sił atomowych (AFM) zapewnia rozdzielczość nanometryczną w wymiarze pionowym (oś z); a dyfrakcja rentgenowska (XRD) dostarcza informacji o strukturze atomowej NM; wszystkie te metody mogą być stosowane wyłącznie na próbkach suchych (proszkach)^10,11. Techniki odpowiednie do charakteryzacji NM w mediach ciekłych obejmują frakcjonowanie przepływowe w polu (FFF), które pozwala na oddzielenie dużych cząsteczek, agregatów i cząstek na podstawie ich rozmiaru; dynamiczne rozpraszanie światła (DLS); oraz analizę śledzenia nanocząstek (NTA) — dwie metody szeroko stosowane do wyznaczania profilu rozkładu wielkości cząstek z wykorzystaniem ruchów Browna — oraz spektrofotometrię w zakresie ultrafioletu i światła widzialnego (UV-Vis), która pozwala na ocenę charakterystyki NM, takiej jak rozmiar, stan agregacji i współczynnik załamania światła, poprzez prosty pomiar absorpcji^11,12,13. Chociaż wszystkie te techniki umożliwiają charakteryzację NM, ich skuteczność zależy od ustawień instrumentu, różnic sprzętowych, złożonej metodologii przygotowania próbek oraz poziomu wiedzy użytkownika. Co więcej, większość tych technik nie pozwala na monitorowanie w czasie rzeczywistym rozmiaru NM, integralności próbek ani rozróżnianie między cząstkami rozproszonymi a zagregowanymi⁶. Spektroskopia UV-Vis jest powszechnie stosowaną techniką, która zapewnia nieinwazyjną i szybką ocenę w czasie rzeczywistym rozmiaru, stężenia i stanu agregacji NM. Dodatkowo jest to proces prosty i niedrogi, wymagający minimalnego przygotowania próbek, co czyni tę technikę niezbędnym narzędziem szeroko wykorzystywanym w licznych laboratoriach w wielu dyscyplinach i sektorach rynkowych^6,12,14. Metoda UV-Vis polega na pomiarze transmitancji promieniowania elektromagnetycznego o długości fali od 180 do 1100 nm przechodzącego przez ciekłą próbkę. Zakresy widmowe UV i VIS obejmują zakres długości fal dla ultrafioletu (170 nm do 380 nm), światła widzialnego (380 nm do 780 nm) i bliskiej podczerwieni (780 nm do 3300 nm)^4,14. Mierzona jest długość fali światła przechodzącego przez kuwetę z próbką; intensywność światła wpadającego do próbki określana jest jako I₀, a intensywność światła wyłaniającego się po drugiej stronie jako I₁¹⁴. Prawo Beera-Lamberta opisuje zależność między A (absorpcją) jako funkcją stężenia próbki C, współczynnikiem ekstynkcji próbki ϵ oraz obiema intensywnościami¹⁴. Pomiary absorpcji mogą być gromadzone dla pojedynczej długości fali lub w rozszerzonym zakresie widmowym; zmierzona transmitancja światła jest przekształcana w pomiar absorpcji zgodnie z równaniem prawa Beera-Lamberta. Standardowe równanie absorpcji to A = ɛlc, gdzie (A) to ilość światła pochłoniętego przez próbkę dla danej długości fali, (ɛ) to molowy współczynnik tłumienia (absorbencja/(g/dm³)), (l) to droga, jaką światło pokonuje w roztworze (cm), a (c) to stężenie na jednostkę objętości (g/dm³). Absorbancję oblicza się jako stosunek intensywności próbki referencyjnej (I₀) do intensywności próbki nieznanej (I), zgodnie z poniższym równaniem¹⁴:

Prostota spektroskopii UV-Vis sprawia, że jest ona idealną techniką do porównywania PTS w ramach ustanowionego protokołu pomiarowego^6,12,15. Celem ILC lub PTS jest weryfikacja wydajności i powtarzalności metody z wykorzystaniem SOP¹⁵. Z kolei zapewnia to znormalizowane podejście do szybkiej charakterystyki zawiesin nanocząstek dla innych użytkowników.

Aby ocenić biegłość, spójność i niezawodność przedstawionej tutaj metody, sześć laboratoriów wzięło udział w badaniu porównawczym (ILC) jako członkowie projektu Horizon 2020 ACEnano (https://cordis.europa.eu/project/id/720952). ILC obejmowało charakterystykę UV-Vis standardowych dyspersji koloidalnych Au o różnych rozmiarach cząstek (5–100 nm). Wszystkim zaangażowanym laboratoriom dostarczono standardową procedurę operacyjną (SOP), aby zapewnić identyczne przygotowanie zawiesin AuNP, ocenę oraz raportowanie wyników, co miało przyczynić się do opracowania możliwego do wdrożenia i solidnego podejścia wielopoziomowego w charakterystyce fizykochemicznej NM, interpretacji danych oraz udoskonalenia protokołów najlepszych praktyk dla potrzeb przemysłowych i regulacyjnych⁸.

Protokół

1. Dostarczenie próbek AuNP:

1. Przygotuj alikwoty po 5 ml dyspersji koloidalnych złota (Au) o rozmiarach 5, 20, 40, 60 i 100 nm, w tym a 50 µg/mL próbka o „nieznanej wielkości” (patrz Tabela materiałów (po bardziej szczegółowe informacje na temat wykorzystanych nanomateriałów).
2. Przesłać próbki w 7 ml polistyrenowych pojemnikach wraz z wkładami żelowymi do każdego uczestniczącego laboratorium, aby utrzymać odpowiednią temperaturę podczas transportu. Próbki przechowywać w 4 °C natychmiast.
   UWAGA: Próbka o „nieznanej wielkości” musi mieć rozmiar 80 nm; informacja ta powinna być znana partnerowi dystrybuującemu materiał, ale nie może zostać ujawniona pozostałym partnerom.

2. Kalibracja spektrofotometru:

1. Włącz spektrometr UV-Vis na co najmniej 20 min, aby lampa mogła się rozgrzać.
   UWAGA: Model i marka użytego spektrofotometru znajdują się w Tabeli materiałów.
2. W oprogramowaniu wybierz opcję Spectrum scan z okna trybów, w którym wyświetlane są tryby pracy.
3. Przed przystąpieniem do pomiarów dostosuj ustawienia parametrów w zakładce Instrument | Settings and parameters w oprogramowaniu: Measurement Mode | Spectrum scan, Data Mode | ABS, Start wavelength na 680 nm, End Wavelength na 380 nm, Scan Speed na 400 nm/min, Sampling interval na 0.5, Slit Width na 1.5 oraz Path Length na 10.
4. Po ustawieniu parametrów napełnij dwie kuwety (3 mL; polistyrenowe) po 1 mL wody ultrapurej (UPW) (18.2 M·Ω·cm). Umieść kuwety w uchwycie komórki referencyjnej (z tyłu) oraz w uchwycie komórki próbki (z przodu), tak aby pokryły drogę światła (szczegóły dotyczące marki i modelu użytych kuwet znajdują się w Tabeli materiałów).
   UWAGA: Upewnij się, że kuwety są ustawione i wyrównane prawidłowo, aby wyeliminować wpływ szumów oraz innych czynników środowiskowych niezwiązanych z próbką.
5. Zamknij pokrywę urządzenia UV-Vis i przeprowadź kalibrację tła, wybierając opcję Blank z paska poleceń. Korekcja linii bazowej jest wykonywana poprzez pomiar referencyjny z dwiema kuwetami wypełnionymi 1 mL UPW umieszczonymi w uchwytach na próbki. W przypadku alternatywnych protokołów stosowanych przez innych partnerów, zapoznaj się z Informacjami dodatkowymi (SI).

3. Przygotowanie próbek

1. Pobierz próbkę o objętości 500 µL dla każdego AuNP o rozmiarze 5, 20, 40, 60, 100 nm oraz dla rozmiaru nieznanego, a następnie przygotuj rozcieńczenie z dodatkiem 500 µL UPW.
2. Przenieś rozcieńczone zawiesiny do kuwet o pojemności 1 mL; całkowity stopień rozcieńczenia powinien wynosić 1:1, a końcowe stężenie 25 µg/mL.
   UWAGA: Rozcieńczona próbka musi zostać przygotowana bezpośrednio przed pomiarem UV-Vis.

4. Pomiar dyspersji nanocząstek

1. Po przeprowadzeniu kalibracji tła i przygotowaniu nowej próbki, zastąp jedną z kuwet z próbką tła w uchwycie na próbki (z przodu) próbką dyspersji AuNP; druga kuweta referencyjna wypełniona 1 mL UPW musi pozostać nienaruszona.
   UWAGA: Dla różnych próbek należy używać nowych jednorazowych kuwet, aby uniknąć kontaminacji krzyżowej między próbkami. W przypadku stosowania kuwet kwarcowych, należy płukać kuwetę z próbką UPW pomiędzy kolejnymi pomiarami.
2. Wybierz opcję Measure/Start z paska poleceń, aby uruchomić skanowanie widm dla każdej rozcieńczonej dyspersji AuNP. Dla każdej próbki AuNP, w tym próbki o nieznanej wielkości, należy uzyskać trzy pomiary skanowania widma.
   UWAGA: Upewnij się, że kuweta z próbką tła pozostaje w uchwycie komory referencyjnej podczas wykonywania pomiaru.

5. Raportowanie wyników

1. Wyeksportuj surowe dane eksperymentalne dla każdego pomiaru do pliku kompatybilnego z arkuszem kalkulacyjnym, wybierając menu Plik i klikając Eksportuj raport (plik *.csv).
2. Zanotuj maksymalną długość fali absorpcji (Abs_max) oraz lambda (λ_max) dla każdego odczytu UV-Vis i wpisz je do dostarczonego szablonu.
   UWAGA: Zaprojektowany szablon został udostępniony partnerom ACEnano w celu automatycznego obliczania średnich odchyleń standardowych długości fal poprzez ustawienie odpowiedniego wzoru obliczeniowego w skoroszycie. Więcej szczegółów oraz dostęp do szablonu znajduje się w Informacjach uzupełniających (SI).
3. W skoroszycie wykreśl krzywą kalibracyjną, nanosząc średnią wartość λ_max (oś y) w funkcji znanej wielkości nanocząsteczek (nm) (5, 20, 40, 60 i 100 nm). Na przykład w arkuszu kalkulacyjnym utwórz krzywą kalibracyjną, wybierając z paska narzędzi Dane | Wstaw wykres | Wykres punktowy | Dodaj linię trendu | Krzywa wielomianowa (stopień 2).
4. Dołącz równanie wielomianowe dla krzywej kalibracyjnej: wybierz z paska narzędzi Opcje linii trendu | Wyświetl równanie na wykresie (Rysunek 1).
5. Na koniec, aby obliczyć nieznaną wielkość próbki AuNP, przekształć równanie wielomianowe z krzywej kalibracyjnej, aby dopasować do niego średnią wartość nieznanego λ_max, korzystając z wyprowadzenia wzoru na rozwiązanie równania kwadratowego (Rysunek 1). Obliczoną wielkość można wprowadzić do szablonu, aby przygotować pełne podsumowanie danych dla zachowania spójności, szybszej interpretacji i ewaluacji wyników (patrz SI).

Rycina 1: Krzywa kalibracyjna służąca do obliczenia rozmiaru nieznanej próbki. Wykres przedstawia długości fali (λ_max) oraz rozmiar AuNP użytych do wyznaczenia kalibracji. Wykres przedstawia tylko jedną krzywą kalibracyjną od jednego partnera. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wyniki

Spektroskopia UV-Vis jest jedną z najpopularniejszych technik charakteryzacji nanocząstek, ponieważ pozwala użytkownikowi na przeprowadzenie precyzyjnej analizy właściwości nanomateriałów, takich jak Abs_max oraz λ_max^6,12. Wyniki niniejszego badania stanowią charakteryzację UV-Vis dyspersji AuNP przeprowadzoną w ramach badania porównawczego (ILC) pomiędzy sześcioma uczestniczącymi laboratoriami.

Rysunek 2: Wyniki długości fali lambda i absorbancji. Ryciny przedstawiają wykresy wyników raportowanych przez każde laboratorium dla różnych rozmiarów AuNP. A) Wyniki lambda max. B) Wyniki maksymalnej absorbancji. Laboratorium 5 nie było w stanie przekazać danych dla 100 nm z powodu zanieczyszczenia próbki. Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji, kliknij tutaj.

Wyniki dla λ_maksymalny długości fal wykazały wysoką powtarzalność pomiędzy partnerami (Rysunek 2A). Dotyczyło to również obliczonego zakresu, który został wykorzystany do oceny różnic między wartościami i wykazał niewielkie rozbieżności mieszczące się w przedziale od 1,00 do 2,40 (λ_maksymalny) dla większości rozmiarów AuNP (Tabela 1). Ogólna wartość λ_maksymalny średnia, obliczona na podstawie zarejestrowanej średniej dla każdego laboratorium dla każdego rozmiaru AuNP, wykazywała analogicznie niskie odchylenia standardowe dla większości rozmiarów. Jedynym wyjątkiem był rozmiar 100 nm, który wykazał wysoki zakres zmienności (4,66 λ_maksymalny) pomiędzy partnerami, co prowadzi do większego odchylenia standardowego (572 ± 2,00 nm) w porównaniu z innymi rozmiarami AuNP (Tabela 1Należy wspomnieć, że laboratorium 5 nie było w stanie przeprowadzić żadnych pomiarów dla cząstek o rozmiarze 100 nm ze względu na problemy z zanieczyszczeniem, które mogłyby wpłynąć na powtarzalność wyników.

W przeciwieństwie do nich, wyniki absorbancji (Abs_max) wykazały bardziej rozproszony zakres wartości danych (Rysunek 2B) w porównaniu do wyników λ_max. Pomimo pozornie większej zmienności tych wyników pomiędzy laboratoriami, analiza wykazała ogólne średnie z niższymi odchyleniami standardowymi i nieoczekiwanie mniejszymi zakresami zmienności (0,11–0,21 Abs_max) między laboratoriami w porównaniu do wyników λ_max (Tabela 1).

Wartość	AuNP (nm)
	5	20	40	60	100	Nieznane
Zakres λmax	1.45	1.00	3.00	2.00	4.66	2.40
Zakres Aumax	0.12	0.11	0.13	0.13	0.12	0.21
Średnia λmax	517.7 ± 0.59	524.6 ± 0.45	527.8 ± 1.13	535.3 ± 0.74	572 ± 2.00	549.7 ± 0.85
Średnia Aumax	0.395 ± 0.048	0.497 ± 0.050	0.509 ± 0.057	0.689 ± 0.055	0.472 ± 0.051	0.661 ± 0.101

Tabela 1: Obliczony zakres i średnie dla lambda oraz absorbancji. Przedstawiono zakres, średnią ogólną oraz odchylenie standardowe dla każdego rozmiaru AuNP. Wyniki obliczono na podstawie zgłoszonej średniej dla lambda i absorbancji dla każdego laboratorium (sześć pomiarów), z wyjątkiem rozmiaru 100 nm, dla którego do obliczenia wartości wykorzystano tylko 5 pomiarów ze względu na zanieczyszczenie próbki zgłoszone przez laboratorium 5.

Obliczono również wartości Z-score, aby określić odległość poszczególnych wartości od średniej ogólnej. Analiza Z-score dostarczyła informacji o wiarygodności wyników ILC, ponieważ wyniki te są bezpośrednio powiązane z rozkładem populacji, wskazując w liczbie odchyleń standardowych, jak daleko dany punkt danych znajduje się od średniej¹⁶. W wynikach większość laboratoriów wykazała dodatnie wartości Z-score od 0,01–1,93 dla λ_max, co wskazuje, że większość wyników była bliska średniej i przedstawiała krzywą rozkładu normalnego, ponieważ wartości Z-score większe niż wartość bezwzględna 2 i -2 są uważane za wartości oddalone od średniej, które nie mają rozkładu normalnego¹⁶. Najwyższy Z-score dla Abs_max odnotowano dla rozmiaru 40 nm zgłoszonego przez laboratorium 1, z wartością 1,93 i średnią Abs_max wynoszącą 530 ± 0, w porównaniu do średniej ogólnej 527,82 ± 1,13 (Rycyna 3A). Maksymalna wartość Z-score wynosząca 1,23 dla λ_max została zgłoszona przez laboratorium 3 wraz z raportowanym λ_max wynoszącym 0,454 ± 0 dla rozmiaru AuNP 5 nm w porównaniu do średniej ogólnej 0,395 ± 0,04. Następnie dla AuNP 60 nm odnotowano Z-score wynoszący 1,18 i średnią λ_max 0,754 ± 0 w porównaniu do średniej ogólnej 0,689 ± 0,05. Pozostałe rozmiary wykazały wartości Z-score od -0,04 do -1,23 (Rycina 3B).

Rysunek 3: Wartości Z dla lambda i absorbancji.Wartości Z obliczono na podstawie wyników zgłoszonych przez każde laboratorium w odniesieniu do średniej ogólnej. A) Obliczone wartości Z dla Lambda max. B) Obliczone wartości Z dla maksymalnej absorbancji. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Wyniki dla nieznanej próbki wykazały, że większość partnerów obliczyła rozmiar na poziomie 76–80 nm. Średnia z laboratoriów 1-4 i 6 wyniosła 78,02 ± 1,36 nm. Laboratorium 5 zgłosiło większy rozmiar wynoszący 109 nm, co zwiększyło ogólną średnią i odchylenie standardowe do 83,18 ± 12,70 nm, sugerując, że wartość ta była wynikiem odstającym (Rysunek 4A). Obliczone wartości Z-score dla wszystkich laboratoriów mieściły się w przedziale od -0,25 do -0,56; jedynym wyjątkiem był rozmiar nieznanej próbki zgłoszony przez laboratorium 6, który wykazał najwyższy dodatni Z-score (2,03) w porównaniu do wszystkich pomiarów, co można uznać za wartość oddaloną od średniej (Rysunek 4B).

Rysunek 4: Rozmiar nieznanej próbki i wartości Z-score. A) Zgłoszony rozmiar dla każdego laboratorium dla dostarczonej nieznanej próbki. B) Obliczone wartości Z-score dla każdego pojedynczego wyniku w stosunku do średniej ogólnej wynoszącej 83,18 ± 12,70 nm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Informacje uzupełniające (SI): Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Dostępnych jest kilka metod charakterystyki właściwości związanych z nanoskalą (np. ultrawirowanie analityczne (AUC), skaningowa mikroskopia elektronowa/transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM/TEM) oraz dynamiczne rozpraszanie światła (DLS)^10,11). Jednak technikom tym brakuje prostoty UV-Vis w celu uzyskania podstawowych wyników w charakterystyce NM^12,13. UV-Vis jest powszechnym instrumentem nawet w niezbyt dobrze wyposażonych laboratoriach, co czyni go bezkonkurencyjnym narzędziem do charakteryzacji NMs⁶. Podczas charakteryzowania NM ważne jest, aby wziąć pod uwagę ograniczenia, mocne i słabe strony technik, które mają być zastosowane. W spektrometrze UV-VIS wiązka światła przechodzi przez komorę próbki, co skutkuje wartościami absorpcji; W rezultacie wibracje zewnętrzne, światło zewnętrzne, zanieczyszczenia i wydajność użytkownika mogą zakłócać pomiar i wyniki ^4,12. Podobnie, podczas wykreślania krzywej kalibracyjnej w celu określenia wielkości nieznanej próbki, ważne jest, aby zarejestrować wszystkie pomiary potrzebne do skonstruowania kalibracji, ponieważ brakujące czynniki mogą przyczyniać się do różnic między pomiarami i użytkownikami.

Na przykład duża zmienność ogólnej średniej_{Abs max} nieznanej próbki może być związana z różnicami między laboratoriami ze względu na zależność między intensywnością wiązki, położeniem i samym instrumentem^17,18. Co więcej, brakujące dane dla wielkości 100 nm z laboratorium 5, spowodowane problemem zanieczyszczenia, mogą również przyczyniać się do dużych różnic między wynikami, ponieważ brakujące dane mogły mieć wpływ na krzywą kalibracyjną i wykreślone równanie wielomianowe używane do obliczenia wielkości nieznanej zawiesiny AuNP. Z pewnością odtwarzalność między protokołami i laboratoriami może być skomplikowana, ponieważ wiele czynników może przyczyniać się do braku spójności w działaniach laboratoryjnych, co powoduje, że badacze czasami nie są w stanie odtworzyć wyników z innych laboratoriów, co może prowadzić do wolniejszego postępu naukowego, marnowania czasu, pieniędzy i zasobów¹⁹. Pomyślne scharakteryzowanie właściwości fizykochemicznych NM, w szczególności wielkości, wymaga łatwej do wykonania metody przez wszystkie uczestniczące laboratoria, którą można w większości rozwiązać poprzez systematyczne i koncepcyjne powielanie, takie jak stworzenie SOP, szkolenie z przyrządów i unikanie stosowania błędnie zidentyfikowanych lub zanieczyszczonych krzyżowo próbek^15,19.

Podobnie, jakość i stabilność zawiesiny koloidowej są również ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, ponieważ zmiany w ich właściwościach fizykochemicznych mogą prowadzić do różnych wyników. W związku z tym, aby zapewnić ich stabilność przez dłuższy czas, zawiesiny nanocząstek powinny być przechowywane w ciemności w temperaturze 4 °C. Podobnie, podczas procesu transportu, podane próbki powinny być przechowywane w niskiej temperaturze, ponieważ długie okresy w temperaturze pokojowej mogą prowadzić do znacznej agregacji²⁰. Dodatkowo, aby przezwyciężyć niepowodzenia w charakterystyce NM, konieczne jest zapewnienie dostępu do oryginalnych danych, protokołów i kluczowych materiałów badawczych między współpracującymi laboratoriami, zwłaszcza podczas oceny biegłości, spójności i niezawodności za pomocą ILC¹⁵. Zapewnienie jasności i dostępności tych czynników jest kluczem do osiągnięcia udanej charakterystyki NM za pomocą dowolnego laboratorium lub sprzętu. Lekceważenie tych aspektów może skutkować brakiem odtwarzalności, dokładności oraz wprowadzającymi w błąd lub błędnymi wynikami¹⁵. Chociaż spektroskopia UV-Vis została uznana za złoty standard w charakterystyce NM, może być wykorzystana w wielu innych dziedzinach, ponieważ umożliwia ilościowe oznaczanie rozszerzonego zakresu dynamicznego roztworów zarówno w związkach nieorganicznych, jak i organicznych ^6,21.

Poza tym UV-Vis można łatwo łączyć z innymi narzędziami w celu pomiaru wielu różnych atrybutów, poprawiając w ten sposób jakość każdej analizy²². W oparciu o te cechy, UV-Vis jest szeroko stosowany w wielu obszarach, takich jak w dziedzinie biofarmacji poprzez pomiar widm UV-Vis w roztworach białkowych o wysokim stężeniu, w kontroli środowiska przy porównywaniu podobieństw między zanieczyszczeniami i ich zanieczyszczeniami związanymi z produktem w czasie rzeczywistym, w przemysłowych oczyszczalniach ścieków w ramach przepisów dotyczących określania barwy ścieków i poziomu^{akceptowalności 22, Lokal mieszkalny 23}. Z pewnością wraz z postępem technologicznym oraz udostępnianiem coraz bardziej zaawansowanych funkcji i doświadczeń w spektrofotometrii, nastąpi dalsze poszerzanie zastosowań i parametrów, które można mierzyć za pomocą tej techniki²². Na przykład w zastosowaniach terenowych spektrometria UV-VIS on-line jest cennym narzędziem do monitorowania wielu parametrów w czasie rzeczywistym i w różnych rodzajach cieczy, co jest wyjątkową cechą wśród systemów czujników online²².

Opisany tutaj ILC został zaprojektowany jako test SOP opracowanego dla UV-Vis przez sześć uczestniczących laboratoriów zaangażowanych w projekt H2020 ACEnano. Analiza wyników wykazała, że ILC dostarcza cennych informacji, które pozwalają na techniczną pewność co do wewnętrznej metody charakterystyki NM przez każde uczestniczące laboratorium. Gromadzenie danych w ustalonym szablonie potwierdziło spójność i szybszą interpretację wyników oraz dostarczyło modelu do szacowania wielkości nieznanej próbki AuNP, który wykazywał również powtarzalność między wynikami, gdy uwzględniono wystarczającą liczbę punktów na krzywej kalibracyjnej. Co więcej, wyniki potwierdziły skuteczność UV-Vis w charakterystyce NM, a także znaczenie tworzenia protokołów najlepszych praktyk. Takie podejście stwarza ponadto możliwość, aby wdrożona procedura przyczyniła się do opracowania ram legislacyjnych poprzez powtarzalne protokoły charakterystyki nanonanowodoru oparte na wyborze metody i interpretacji danych, które są istotne dla organów regulacyjnych ds. akredytacji i organów zarządzających badaniami.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Absorpcyjna ultra-mikro-kuweta, 200 i mikro; L	Hellma	105.201-QS
Cary 5000 (spektrofotometr C)	Agilent	Cary 5000
Nanocząstki złota 5 nm	roztwory BBI	EM. GC5
Nanocząstki złota 20 nm	roztwory BBI	EM. GC20
Nanocząstki złota 40 nm	roztwory BBI	EM. GC40
Nanocząstki złota 60 nm	roztwory BBI	EM. GC60
Nanocząstki złota 80 nm	roztwory BBI	EM. GC80
Nanocząstki złota 100 nm	roztwory BBI	EM. GC100
Agilent / HP 8453 (Spektrofotometr E)
Spektrofotometr Jenway 6800 (Spektrofotometr A)	Jenway	UV6800
Kuweta polistyrenowa, 1,5 mL, mikro 10 mm Długość ścieżki	Sigma	759015
3 ml (10 mm x 10 mm x 45 mm)	Sarstedt Inc	67.742
Półmikro kuweta kwarcowa, 1 ml (1 mm x 10 mm x 45 mm)	Agilent	6610001
Woda ultraczysta (UPW) (18.2 MΩ cm).
Spektrofotometr UV-1800 (spektrofotometr B)	Shimadzu	UV1800
Varian Cary 50 (spektrofotometr D)	Agilent	Cary 50

Spektrofotometr , Spektrofotometr