Ultrafiltração de fluxo tangencial: um método "verde" para a seleção do tamanho e concentração de nanopartículas de prata coloidal

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar a viabilidade do método de ultrafiltração em fluxo tangencial para volumes maiores de nanopartículas coloidais e volumes menores de Tate. Primeiro, sintetize quatro litros de nanopartículas coloidais de prata cretin. Verifique a qualidade do coloide determinando a ressonância de plasmon superficial por meio da espectrofotometria de absorção UV-vis.

Em seguida, utilize fluxo tangencial, ultrafiltração para dimensionar, selecionar e concentrar este coloide em quatro mililitros de água. Em seguida, quantifique por espectroscopia de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente a quantidade de prata no coloide original e nas amostras representativas do processo de ultrafiltração. Por fim, microscopia eletrônica de transmissão em conjunto com processamento de imagens.

No software Image J é utilizado para mostrar a distribuição de tamanho das nanopartículas de prata no coloide original e na ultrafiltração final. Indivíduos novos na quantificação de nanomateriais utilizando ICP-OES precisarão aprender os procedimentos de limpeza de vidraria essenciais para garantir que a vidraria esteja livre de qualquer contaminação por metais traço. Também é importante o tempo necessário para digerir adequadamente as amostras coloidais e preparar os padrões de calibração para ICP-OES.

Diferentemente de outros métodos, como tamanho de floculação, solubilidade dependente, cromatografia de exclusão por tamanho, cristalização fracionada e eletroforese em gel, este método evita problemas como agregação, toxicidade da síntese, reagentes, revestimentos indesejados, alto custo e/ou redução da eficiência. A demonstração da síntese das nanopartículas Colorado Suen e sua caracterização por espectrofotometria no visível e ICP-OES será realizada por Austin Williams, Joshua Baker e Catherine Anders, estudantes de pesquisa do meu laboratório. Olá, sou o Dr. Woolley e realizarei a filtração tangencial de fluxo, enquanto Jackie Cisco realizará a microscopia eletrônica. Limpe com cuidado todo o material de vidro, conforme descrito no texto acompanhante.

Usando água autoclavada resfriada a 10 graus Celsius, prepare 300 mililitros de uma solução de borohidreto de sódio a dois milimolares e 100 mililitros de uma solução de nitrato de prata a um milimolar. Em seguida, adicione 300 mililitros da solução de borohidreto de sódio a um frasco de reação Erlenmeyer de 500 mililitros contendo um bastão de agitação. Envolva o frasco com papel alumínio para prevenir a oxidação da prata e agite em banho de gelo.

Para escorificar uma bureta de 25 mililitros, enxágue com uma coluna completa de água ultrapura, seguido por uma lavagem com uma coluna completa de nitrato de prata. Em seguida, envolva a bureta com papel alumínio e preencha-a com solução de nitrato de prata. Em um ambiente escuro, adicione 50 mililitros de solução de nitrato de prata à solução de sódio ou hidreto.

Cubra a seção central do aparelho com uma tenda de papel alumínio para minimizar a exposição à luz. Reponha periodicamente o banho de gelo durante esse período. Continue a agitar a solução coloidal em banho de gelo por mais 45 a 50 minutos.

A formação de nanopartículas de prata é indicada por uma mudança de cor de incolor para um amarelo dourado, característico do pico de ressonância do plasma superficial das nanopartículas de prata. Refrigerar o coloide resultante. Encher uma cubeta descartável de um mililitro Q Vet com coloide de Creighton e água ultrapura em uma proporção de volume de 1 para 10. Para uma correção de linha de base em branco, encher outra cubeta Q Vet com água ultrapura.

Limpe a parte externa de ambos os Q vets com um lenço Kim. Configure o espectrofotômetro no modo de absorbância, com um valor mínimo de Y de -0,5 e um valor máximo de Y de 1,0. Além disso, defina a janela de varredura X entre 200 e 800 nanômetros e selecione uma taxa de varredura rápida com correção de linha de base.

Insira a Q vet preenchida com água no instrumento e realize uma varredura de linha de base. Repita, se necessário, até obter um controle de linha de base diferente de zero. Substitua a Q.Vet em branco pela Q vet da amostra e inicie uma varredura de absorção para a coleta do espectro de absorção UV-vis da amostra coloidal.

Conecte 17 tubos mestres de alimentação flexíveis à bomba peristáltica conforme descrito no texto acompanhante, selecione a direção de bombeamento no sentido anti-horário usando o botão DIR e verifique se o botão de modo está em INT. Ajuste a velocidade da bomba para menos de 300 mililitros por minuto. Em seguida, prepare o sistema criando um vácuo no circuito de filtração.

Uma vez que o líquido esteja fluindo livremente pelo sistema, desligue a bomba, feche a porta na junção da tubulação e remova o grampo. Ligue a bomba novamente e monitore o circuito da tubulação em busca de vazamentos. Agora, aumente a vazão da bomba de acordo com o tamanho da tubulação.

Continue a filtração até que o líquido no frasco reservatório esteja quase esgotado e desligue a bomba, reduza a velocidade da bomba e colete o rejeito do circuito de filtração. O rejeito consiste em nanopartículas maiores que 50 nanômetros. Em seguida, colete o filtrado, que consiste em nanopartículas menores que 50 nanômetros.

O Tate pode estar seguro para análises adicionais e o filtrado é usado na próxima etapa. Em seguida, selecione nanopartículas com diâmetro inferior a 20 nanômetros. Enxágue a tubulação com ácido nítrico 2% em água ultrapura.

Repita o processo de filtração com um filtro de 100 kilodaltons CROs. Colete o retenato do circuito de filtração. A amostra pode ser ainda mais concentrada utilizando um filtro micross de 100 KD menor e um tubo de tamanho 14 menor, com taxas de bomba mais baixas de 30 mil e 90 mil para os passos de escoramento e filtração.

Este método foi desenvolvido para quantificar a prata durante as etapas de purificação da preparação de nanopartículas de prata. Utilize recipientes de polipropileno de baixa densidade para evitar a lixiviação de prata das amostras. Primeiro, digerir quimicamente as amostras com ácido nítrico concentrado.

Prepare também uma curva de calibração de prata utilizando oito padrões. Em seguida, prossiga para configurar no instrumento I-C-P-O-E-S os parâmetros de comprimento de onda para prata, potência de radiofrequência, fluxo de plasma, fluxo auxiliar e pressão do nebulizador. Configure também o instrumento para medir as amostras em triplicata, com um tempo de replicação de 10 segundos.

Utilize-o entre o tempo de estabilização da medição de 15 segundos e um atraso na aspiração da amostra de 30 segundos. Além disso, certifique-se de introduzir um branco do método entre cada amostra para reduzir a possibilidade de contaminação cruzada. Agora, carregue as amostras e meça a diluição da amostra de 100 kilodaltons com água ultrapura.

Agora, deposite 20 microlitros do coloide original e do tate diluído de 100 quilodaltons em grades de ouro recobertas com filme de carbono de 300 mesh. Coloque as grades para secar ao ar. Ajuste o potencial de aceleração do instrumento de MET para 70 quilovolts para visualizar as nanopartículas de prata, capture micrografias eletrônicas utilizando a câmera de alta resolução e salve-as no formato de arquivo de imagem marcada.

Nesta preparação de quatro litros de cret e nanopartículas coloidais de prata, o coloide final apresentou uma coloração dourada característica. O espectro de absorção UV-vis do coloide apresentou um pico típico, acentuado e simétrico de plasmon superficial em 394 nanômetros. O espectro Raman do coloide original de cretin e do Tate final de 100 quilodaltons apresentou apenas três modos vibracionais.

O modo de flexão em 1.640 e os modos de alongamento simétrico e assimétrico da água. O processo de filtração tangencial em três etapas, por ultrafiltração, para seleção de tamanho e concentração das nanopartículas de prata resultou em um retentato final de 100 quilodaltons, com um volume de quatro mililitros. A maioria dos subprodutos da síntese e reagentes em excesso foi eliminada através do solvente água.

A quantidade de prata foi então determinada utilizando a curva de calibração por ICP-OES. Neste caso, o rendimento real é muito próximo do rendimento teórico típico de 15,4 partes por milhão. Para a reação cretina, a concentração extrema de nanopartículas de prata foi refletida por uma mudança acentuada na cor, passando de dourado e amarelo, do coloide original, para marrom escuro no final de 100 quilodaltons. As medições por ICP-OES confirmaram as observações visuais e revelaram uma concentração de prata para o tato final de 100 quilodaltons.

Essas micrografias de TEM do coloide original de cretina e do produto final de 100 quilodaltons indicam que, em seu estado não agregado, as nanopartículas de prata aparecem como áreas pretas redondas sobre um fundo cinza mais claro. Esses histogramas de tamanho de TEM foram construídos mediante a análise de aproximadamente 800 nanopartículas de prata, tanto para as nanopartículas de prata creon originais quanto para o produto final de 100 quilodaltons. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar a filtração tangencial para a concentração e seleção de tamanho de nanopartículas de prata.

É possível concentrar diversos volumes com agregação mínima. Você também deve ter um bom entendimento de como caracterizar as nanopartículas. Uma vez dominada, essa técnica pode ser realizada em seis horas ou menos.

Ao realizar este procedimento, é importante lembrar que suspensões coloidais altamente concentradas terão vida útil limitada mesmo sob refrigeração. Essa limitação pode ser gerenciada mediante pesquisa, planejamento e preparação cuidadosos. Lembre-se de que, ao trabalhar com reagente de ácido nítrico quente durante a digestão química para análise por I-C-P-U-S, pode haver riscos, devendo-se tomar as devidas precauções, como ao trabalhar em capela química ou utilizando os equipamentos de proteção adequados durante a realização deste procedimento.