Dispersão de nanomateriais em meios aquosos: para otimização de protocolo

O objetivo geral deste procedimento é usar a caracterização em tempo real para identificar as condições ideais de sonicação, intensidade e duração para obter dispersões de nanomateriais estáveis e uniformes em meio aquoso. Este método pode ajudar a responder a questões-chave na nanociência, particularmente no campo da nanotoxicologia, sobre como otimizar a dispersão de nanopartículas sem afetar a integridade da amostra. A principal vantagem dessa estratégia de otimização é que ela melhora o controle sobre a qualidade final da dispersão, o que é fundamental para garantir a repetibilidade.

Para iniciar o procedimento, calibre o sonicador da sonda equipado com um bloco de frasco para injetáveis sonitrobe. Em seguida, use uma espátula de metal limpa para medir dois miligramas do nanopó escolhido em cada um dos três frascos de vidro limpos de 10 ou 20 mililitros, numerados de um a três. Pipete um mililitro de água deionizada ao longo das paredes internas de cada frasco.

Para amostras hidrofóbicas, use um mililitro de etanol a 0,5% em volume em água deionizada. Misture cada amostra em uma pasta grossa. Em seguida, adicione água deionizada suficiente à pasta para atingir uma concentração final da amostra de 0,2 miligramas por mililitro.

Gire horizontalmente os frascos para desalojar qualquer nanopó aderido às paredes internas. Transfira 1,5 mililitros de cada dispersão de nanopó para tubos de microcentrífuga limpos rotulados com os números correspondentes. Feche firmemente os tubos e gire-os para desalojar o nanopó das paredes internas.

Em seguida, coloque as amostras no sonitrobe. Sonicar as amostras a 1,1 watts, pulsar por um segundo ligado e um segundo desligado por dois minutos. Em seguida, remova a amostra um do bloco.

Transfira um mililitro do topo da dispersão para outro tubo de microcentrífuga limpo. Adicione água deionizada ao tubo para atingir uma concentração de amostra de 0,02 miligramas por mililitro. Comece imediatamente a caracterização da amostra.

10 minutos após o término do primeiro tratamento de sonicação, sonicar as amostras restantes por quatro minutos, usando as mesmas configurações de amplitude e pulso. Diluir a amostra de dois a 0,02 miligramas por mililitro com água deionizada e iniciar a caracterização. 10 minutos após o término do segundo tratamento de sonicação, sonicar a amostra três por mais quatro minutos nas mesmas configurações.

Dilua a amostra em três a 0,02 miligramas por mililitro e comece a caracterização. Primeiro, calcule um banho ultrassônico em relação ao sensor de banho. Em seguida, use uma espátula limpa para colocar dois miligramas do nanopó escolhido em cada um dos quatro frascos de vidro limpos, numerados de quatro a sete.

Pipete um mililitro de água deionizada ao longo das paredes de cada frasco e misture os pós em pastas grossas. Adicione água deionizada para atingir uma concentração de amostra de 0,2 miligramas por mililitro em cada frasco. Tampe os frascos e gire-os para desalojar qualquer nanopó aderido às superfícies internas.

Coloque os frascos no centro do banho ultrassônico calibrado. Certifique-se de que o nível da água está na metade dos frascos. Sonicar a amostra a 80 watts durante 15 minutos à temperatura ambiente.

Em seguida, transfira uma alíquota da amostra quatro para um frasco limpo. Diluir a alíquota com água desionizada a 0,02 miligramas por mililitro e iniciar a caracterização. Substitua a água do banho ultrassônico por água fresca em temperatura ambiente para evitar o acúmulo de calor que pode afetar as dispersões.

Para começar a avaliar o tamanho das partículas com dispersão dinâmica de luz, abra o software do instrumento e crie um arquivo de medição de tamanho. Preencha o tempo de equilíbrio, temperatura, tipo de cubeta e modo de experimento. Salve o arquivo de medida de tamanho.

Em seguida, execute uma medição de verificação DLS em uma amostra de esferas de látex padrão com um tamanho nominal de 100 nanômetros. Confirme se o desempenho do instrumento atende aos padrões apropriados. Em seguida, pipete lentamente um mililitro de uma dispersão diluída de nanopó em uma cubeta descartável limpa e de baixo volume, tomando cuidado para evitar a formação de bolhas de ar.

Insira a cubeta no instrumento e inicie a coleta de dados. Faça pelo menos cinco medições por amostra. Em seguida, selecione todas as medições e calcule a média de cada amostra.

Exporte os dados de medição para um programa de planilha para análise posterior. Em seguida, para iniciar a caracterização da amostra com espectroscopia UV, abra o software do instrumento e prepare uma nova pele. Pipete dois a três mililitros de uma dispersão diluída de nanopó em uma cubeta de quartzo padrão limpa.

Em seguida, defina a faixa de comprimento de onda do instrumento para 700 nanômetros a 200 nanômetros. Adquira um branco de solvente para subtração de fundo. Adquira pelo menos três espectros por amostra e exporte os dados para análise posterior.

Em seguida, para iniciar a caracterização da amostra com microscopia eletrônica de transição, coloque uma gota de uma dispersão diluída de nanopó em um filme de carbono limpo de 300 malhas. Deixe a amostra secar ao ar livre em condições ambientais enquanto estiver protegida da contaminação do ar. Em seguida, lave a grelha com água ultrapura para remover os efeitos da secagem irregular.

Adquira imagens TEM e exporte-as para análise posterior. Antes da dispersão, os nanomateriais de óxido de zinco com perfis de superfície hidrofílicos ou hidrofóbicos mostraram grandes tamanhos médios de partículas e alta polidispersidade. O tamanho das partículas e a polidispersidade do óxido de zinco hidrofílico diminuíram após 15 minutos de sonicação em banho ultrassônico, mas aumentaram à medida que a sonicação continuou.

As imagens MET confirmam que as partículas se aglomeraram com sonicação contínua. O tratamento por banho ultrassônico das partículas hidrofóbicas de óxido de zinco resultou em uma diminuição no tamanho das partículas em polidispersão, que se estabilizou em 30 minutos. Efeitos de secagem foram observados em imagens MET dos óxidos de zinco hidrofóbicos, indicando que o pré-umedecimento com etanol levou à dificuldade de imobilização do pó na grade de carbono.

O tratamento com sonda ultrassônica do pó hidrofílico resultou em uma dispersão homogênea e estável após dois minutos. A sonicação contínua levou a uma rápida reaglomeração. Comportamento semelhante foi observado com o pó hidrofóbico.

Com base nos valores de polidispersão, as condições ideais de dispersão para os pós de óxido de zinco hidrofílico e hidrofóbico foram consideradas tratamento de banho não transônico por 60 e 30 minutos, respectivamente. A sonicação é comumente usada para a aglomeração e dispersão de nanomateriais em meio aquoso. No entanto, a estratégia de otimização deve ser reotimizada para qualquer mudança no tipo de nanomaterial ou meio de dispersão.

Ao tentar este procedimento, lembre-se de calibrar os sonicadores para determinar sua energia acústica efetiva fornecida à suspensão. Certifique-se de registrar todos os parâmetros de sonicação e pontos de tempo avaliados. Uma vez dominada, esta técnica pode ser usada para a dispersão de nanomateriais em água ou outros meios, ajustando individualmente o tipo de sonicação, tempo e potência, levando em consideração os aumentos de temperatura durante o processo.