Summary
Ultrafiltrazione a flusso tangenziale (TFU) è un metodo utilizzato per il ricircolo peso separazione basata su biosamples. TFU è stato adattato alle dimensioni-select (1-20 nm di diametro) e molto concentrato un grande volume di polidispersi nanoparticelle d'argento (4 L di 15,2 ml mg
Abstract
Oggi, AgNPs sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione di prodotti di consumo, disinfettanti acqua 1, 2 terapeutiche, 1, 3 e 4 dispositivi biomedicali causa delle loro proprietà antimicrobiche potenti. 3-6 Queste applicazioni nanoparticelle sono fortemente influenzati dalla dimensione AgNP e stato di aggregazione . Esistono molte sfide nella fabbricazione controllato 7 e basato sulle dimensioni di isolamento 4,8 unfunctionalized, AgNPs omogenee che sono esenti da chimicamente aggressivi incappucciamento / agenti stabilizzanti o solventi organici. 7-13 Limitazioni emergere dalla tossicità dei reagenti, costi elevati o ridotti efficienza dei metodi di sintesi AgNP o isolamento (ad esempio, centrifugazione, dipendente dalle dimensioni solubilità, cromatografia ad esclusione dimensionale, ecc). 10,14-18 Per superare questo, abbiamo recentemente dimostrato che TFU permette un maggiore controllo sulla concentrazione di dimensione, e stato di aggregazione Creighton AgNPs (300ml di 15,3 pg ml -1 fino a 10 ml di 198,7 mg ml -1) rispetto ai metodi convenzionali di isolamento come ultracentrifugazione. 19
TFU è un metodo comunemente utilizzato per il ricircolo del peso basata isolamento di proteine, virus e cellule. 20,21 Brevemente, il campione liquido viene fatto passare attraverso una serie di membrane a fibre cave con dimensione dei pori compresa tra 1000 kD e 10 kD. Piccoli componenti sospesi o disciolti nel campione passa attraverso la membrana porosa con il solvente (filtrato), mentre i componenti più grandi vengono trattenuti (ritentato). TFU può essere considerato un metodo "verde" man mano che il campione né danni, né richiede ulteriore solvente tossico per eliminare i reagenti in eccesso e sottoprodotti. Inoltre, TFU può essere applicato ad una grande varietà di nanoparticelle come entrambi i filtri idrofobe e idrofile sono disponibili.
I due obiettivi principali di questo studio sono stati: 1) per illustraregli aspetti sperimentali dell'approccio TFU attraverso un'esperienza video invitati e 2) per dimostrare la fattibilità del metodo TFU per grandi quantità di nanoparticelle colloidali e quantità inferiori di ritentato. Primi, AgNPs unfuctionalized (4 L, 15,2 pg ml -1) sono stati sintetizzati utilizzando il consolidato metodo Creighton 22,23 dalla riduzione di AgNO 3 con NaBH 4. AgNP polidispersità è stato poi minimizzato attraverso una 3-step TFU utilizzando un 50-nm filtro (460 cm 2) per rimuovere AgNPs e AgNP-aggregati maggiore di 50 nm, seguite da due 100-kD (200 cm 2 e 20 cm 2) filtri per concentrare le AgNPs. I campioni rappresentativi sono stati caratterizzati utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione, spettrofotometria UV-Vis di assorbimento, spettroscopia Raman, e plasma ad accoppiamento induttivo spettroscopia ottica. Il ritenuto finale consisteva in alta concentrazione (4 ml, 8,539.9 mg ml -1) ma umile aggregata e omogeneaAgNPs di 1-20 nm di diametro. Questo corrisponde ad un rendimento argento concentrazione di circa 62%.
Protocol
1. Sintesi di AgNPs colloidale
Il meccanismo di reazione per il metodo Creighton (leggermente modificato, poco costoso) 22 è descritto in dettaglio nelle informazioni di supporto di riferimento Pavel et.al insieme con l'idrolisi indesiderato laterale reazione di NaBH 4 a temperatura ambiente o superiore. 23
- Pulire la vetreria per 12-24 ore a 10% in HNO 3 bagno, poi per 4-12 ore in un 1,25 M NaOH in bagno di etanolo al 40%, e infine autoclave. Vetro devono essere risciacquati a fondo un minimo di cinque volte con acqua ultrapura (17 MW o superiore) dopo che l'acido e gradini bagno di base.
- Preparare 300 ml di 2 mM soluzione NaBH 4 e 100 ml di 1 mM AgNO 3 soluzione utilizzando acqua autoclavata raffreddata a 10 ° C. Le temperature più basse impedirà il lato-reazione di NaBH 4.
- Aggiungere 300 ml di 2 mM NaBH 4 soluzione in un cont beuta da 500 ml di reazione Erlenmeyeraining di ancoretta e avvolgere il pallone con un foglio di alluminio per evitare l'ossidazione argento. Posizionare il pallone in un bagno di ghiaccio su un piatto agitazione e mescolare la soluzione a 325 rpm per 10 min.
- Prime una buretta da 25 ml risciacquando con una colonna piena di acqua ultrapura. Dopo l'adescamento, riempire la buretta con la soluzione di AgNO 3 e avvolgere con un foglio di alluminio.
- In una stanza buia, aggiungere 50 ml di 1 mM AgNO 3 soluzione ad una velocità di 1 sec -1 goccia alla soluzione di NaBH 4 con agitazione continua (Figura 1A). Coprire la parte centrale del dispositivo con una "tenda foil" per ridurre al minimo l'esposizione alla luce durante l'aggiunta AgNO 3. Il AgNO 3 Inoltre richiederà 30-40 min. Riempire il bagno di ghiaccio periodicamente.
- Dopo l'aggiunta AgNO 3 è completa, ricostituire il bagno di ghiaccio e continuare a mescolare la soluzione colloidale per altri 45-50 min. La formazione di AgNPs colloidali viene segnalata da un cambiamento di colore da incoloredi un giallo oro, che è caratteristica della massima risonanza plasmonica di superficie di AgNPs (Figura 1B).
- Una volta che la reazione è completa, refrigerare il colloide. Lotti AgNP colloidali possono essere combinati dopo una settimana se il colloide è rimasto costante, cioè, la soluzione colloidale non ha aggregato e il lotto è stato caratterizzato mediante spettrofotometria UV-Vis assorbimento e spettroscopia Raman per identificare possibile aggregazione o contaminanti.
2. Caratterizzazione di AgNPs colloidale
Un Cary 50 UV-VIS-NIR spettrofotometro (Varian Inc.) e di un sistema a 800 LabRamHR Raman (Horiba Jobin Yvon, Inc.) dotato di un Olympus BX41 microscopio confocale Raman, sono stati utilizzati per la caratterizzazione AgNP. Il Cary WinUV software, LabSpec v.5 e Origine 8,0 software sono stati impiegati per la raccolta e analisi dei dati.
Nota: I parametri di acquisizione dovranno essere ottimizzati fomodelli strumentazione r altre.
Determinazione della Surface Plasmon Resonance of AgNPs colloidale tramite spettrofotometria UV-Vis
- Riempire un cm 1 3 cuvetta monouso con Creighton colloide e acqua ultrapura in un rapporto volumetrico 1:10. Riempire un altro cm 1 3 cuvetta con acqua ultrapura per una correzione di base vuoto. Pulire la parte esterna di entrambe le cuvette con un Kimwipe.
- Impostare la modalità di spettrofotometro assorbanza da un minimo di -0,5 Y a un massimo Y di 1,0. Impostare la finestra di scansione per X 200-800 nm e selezionare una frequenza di scansione veloce di 4.800 nm min -1 con correzione al basale.
- Inserire la cuvetta riempita d'acqua nello strumento ed eseguire una scansione di base. Ripetere, se necessario, fino a quando un non-zero di controllo di base è realizzato.
- Sostituire la cuvetta vuota con la cuvetta campione e avviare una scansione assorbanza per la raccolta del UV-Vis spettro di assorbimento del campione colloidale (Figura 1C).
Test di purezza di AgNPs colloidale tramite spettroscopia Raman
A causa delle limitazioni di tempo il video dimostrativo (10-15 min video) e la limitazione dello spazio del testo protocollo (massimo 3 pagine), questa sezione sperimentale non saranno videoregistrate.
- Impostare le impostazioni dei parametri dello strumento come segue: sorgente di eccitazione (632,8 nm He-Ne), il filtro (senza filtro, potenza del laser al campione ~ 17 mW), foro confocale (300 micron), spettrometro (730 cm -1), reticolo olografico (600 alberi / mm), obiettivo (50x attiva lunga obiettivo aria distanza), il tempo di esposizione (30 s), e cicli di accumulo (5).
- Utilizzare una pipetta pulita per riempire una cuvetta di quarzo da 2 ml con colloide e inserire delicatamente la spina. Utilizzare un Kimwipe per pulire le impronte digitali, macchie o colloide dalla superficie della cuvetta. Significativamente più bassa nella fase microscopio. Selezionare la lente 50x obiettivo e posizionare la cuvetta sul palco.
- Mettere a fuoco il lasfascio er il colloide AgNP direttamente sotto la parete interna della cuvetta utilizzando la modalità video dello strumento e la fotocamera Olympus. Spegnere le luci in camera e l'acquisizione dello spettro Raman (Figura 1D).
3. Size-selezione e concentrazione di AgNPs colloidale tramite ultrafiltrazione a flusso tangenziale (TFU)
Un KrosFlo II sistema di filtraggio Research (Spectrum Laboratories, Rancho Dominguez, CA) è stato utilizzato per limitare la polidispersione AgNP e concentrare loro (figura 2). Le tre fasi del processo TFU erano: (1) formato-selezione di AgNPs e AgNP-aggregati di 50 nm di diametro e più grandi con un 50-nm MidiKros polisolfone modulo (460 cm 2), 2) selezione dimensione e concentrazione AgNPs di 1-20 nm di diametro con un 100-kD MidiKros filtro (200 cm 2), e (3) la riduzione di volume ulteriormente, utilizzando un 100-kD MicroKros polisolfone filtro (20 cm 2) (Figura 3).
- Collegare il tubo di alimentazione 17 dimensione Masterflex alla pompa peristaltica di figura 2A. Una giunzione a Y ed un raccordo tubo sarà necessaria per il set-up. Collegare il tubo al 50 nm modulo MidiKros. Assicurarsi per assicurare le tubazioni per filtrare usando fascette. Seleziona la taglia 17 tubi con il tasto SIZE.
- Selezionare antiorario pompa con il tasto DIR. Assicurarsi che il tasto MODE è su INT.
- Ridurre la velocità della pompa al di sotto 300 ml min -1 prima di avviare la pompa. La velocità della pompa deve essere regolata in base alla dimensione del tubo utilizzato. Dovrebbe essere un ambiente piccolo per permettere all'operatore di reagire prontamente alle perdite potenziali, ma grandi abbastanza per avere ancora un effetto di innesco del sistema. Al fine di creare il vuoto necessario per disegnare colloide dal serbatoio nel tubo e filtro, tagliare il tubo che porta dalla sezione inferiore del filtro alla porzione superiore della giunzione a Y nel mezzo della tubazione.
- Una volta che il liquido che fluisce liberamente attraverso il tubo, spegnere la pompa, unire la sezione rotta di tubo con un tubo di giunzione e fissarlo con fascette. Accendere la pompa di nuovo e continuare filtrazione.
- Controllare il circuito di tubi non vi siano perdite. Se viene trovata una perdita, fissare la perdita regolando il raccordo o ri-fissaggio con una fascetta. Una volta che il sistema è a tenuta, tubi, la portata della pompa può essere aumentata a non superiore a 700 ml min -1. Questo valore velocità della pompa dovrebbe essere ottimizzato in base alle dimensioni del tubo per evitare il fallimento tubo. Continuare filtrazione finché il liquido nella bottiglia serbatoio è esaurita a quasi nulla.
- Una volta che la filtrazione sia completa, raccogliere il filtrato contenente AgNPs di 50 nm di diametro e smalLER. Il retentato può essere salvato per ulteriori analisi in base all'applicazione AgNP specifica.
Step 2
- Sciacquare il tubo con il 2% HNO3 e acqua ultrapura prima di installare i 100-kD MidiKros filtro utilizzando la stessa impostazione che per i 50-nm modulo.
- Ripetere il passaggio con il 3,3 da 100 kD modulo MidiKros.
- Una volta che la filtrazione sia completa, raccogliere il contenuto del tubo e il filtro (100-kD retentato). Il volume deve essere di circa 50 ml.
Fase 3
- Collegare il 14 Misura tubo Masterflex e 100 kD MicroKros FILTER per la pompa peristaltica di figura 2B. Fissare tutti i raccordi con fascette. Seleziona la taglia 14 sul tubo della pompa con il tasto SIZE e abbassare la velocità della pompa a 30 ml min -1.
- Iniziare il processo di filtrazione. Controllare il circuito di tubi non vi siano perdite. Se viene trovata una perdita, fissare la perdita di una regolazione di calzatating o ri-fissaggio con una fascetta.
- Una volta che il sistema è a tenuta, tubi, la portata della pompa può essere aumentata a non maggiore di 90 ml min -1. Continuare filtrazione finché il liquido rimanente nel flacone serbatoio contiene una minima quantità di concentrato.
- Il contenuto rimanente del tubo e il filtro può essere raccolto nella bottiglia serbatoio rimuovendo il tubo di alimentazione dalla bottiglia mentre la pompa è ancora in funzione. Una volta che il contenuto dei tubi e il filtro sono in bottiglia serbatoio, la pompa può essere spento.
4. Quantificazione Importo argento colloidale in AgNPs dal plasma accoppiato induttivamente Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES)
Ogni campione è stato colloidale chimicamente digerito e la quantità di argento è stata quantificata mediante ICP-OES utilizzando un A 710E spettrometro (Varian Inc.). Una curva di calibrazione di regressione lineare per argento (Figura 4) è stato costruito utilizzando otto norme argento (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 mg L -1), che sono stati preparati a partire da un campione d'argento 10.000 pg ml -1 per analisi di metalli in tracce (Ultra Scientific).
- Chimicamente digerire campioni con HNO 3. I campioni rappresentativi sono l'originale colloide (passo 1), 50-nm filtrato (passo 1), 100-kD retentato (step 2), e finale 100-kD retentato (fase 3) (Figura 3).
- I campioni devono essere diluiti con il 2% HNO 3 con i seguenti rapporti di volume: 1:1000 per l'originale colloide, 1:1000 per l'50-nm filtrato, 1:25.000 per i primi 100-kD ritentato, e 1:250.000 per finale 100-kD ritentato. Per evitare la lisciviazione argento, tutti i campioni devono essere conservati a bassa densità contenitori in polipropilene.
- Impostare le ICP-OES parametri dello strumento come segue: lunghezza d'onda per Ag (328,068 nm), potenza (1,20 kW), il flusso di plasma (15,0 L min-1), flusso ausiliario (1.50 L min-1), e la pressione del nebulizzatore (200 kPa ).
- Ogni SAmple deve essere misurata in triplicato con un tempo di 10 s replicato. Tra-misura del tempo di stabilizzazione di 15 sec e un campione di 30 sec ritardo assorbimento deve essere utilizzato. Un vuoto metodo dovrebbe essere inserito tra ogni campione per ridurre il potenziale contaminazione incrociata.
5. Distribuzione delle dimensioni di AgNPs colloidale tramite microscopia elettronica a trasmissione (TEM)
A Phillips EM 208S TEM è stato utilizzato per visualizzare le AgNPs colloidali. Microscopio elettronico sono stati catturati con una fotocamera ad alta risoluzione Gatan Bioscan e analizzati nel software ImageJ 24.
- Diluire il campione di 100 kD ritentato con acqua ultrapura (1:100 rapporto in volume). Deposito 20 pl dell'originale colloide e diluito 100-kD retentato (step 3) sulla rete 300-formvar rivestite griglie oro Sciences (Electron Microscopy). Lasciare le reti ad asciugare in un essiccatore. Vista entro un giorno.
- Impostare il potenziale di accelerazione dello strumento TEM a 70 kV per visualizzare AgNPs. CApture microscopio elettronico (Figura 5) con la fotocamera ad alta risoluzione e salvare in formato immagine dei file marcati (tiff).
6. Risultati rappresentativi
Sintesi e Caratterizzazione di AgNPs colloidale
Quattro litri di AgNPs Creighton colloidali sono stati correttamente sintetizzato utilizzando la configurazione visualizzato in Figura 1A. Il colloide finale aveva un caratteristico colore giallo dorato (Figura 1B). 22, 23 Il UV-Vis spettro di assorbimento del colloide aveva una tipica tagliente, simmetrico picco plasmonica superficiale (SPR) a 394 nm (Figura 1C). Lo spettro Raman dell'originale Creighton colloide e finale 100-kD retentato presentato solo tre modi di vibrazione, e cioè la piegatura (1640 cm -1) e modi di stretching simmetrici e asimmetrici di H 2 O (3245 cm -1 e 3390 cm -1 , rispettivamente) (Figura 1D). </ P>
TFU di AgNPs colloidale
La configurazione e il TFU schematica del tre fasi TFU sono rappresentati nelle figure 2 e 3, rispettivamente. Nel passaggio 1, un 50-nm filtro (460 cm 2) è stata utilizzata per size-selezionare e rimuovere AgNPs e AgNP-aggregati di 50-nm di diametro maggiore e dall'originale colloide (circa 100 ml di 50-nm retentato). Questo passo è stato accompagnato anche da una riduzione di volume piccolo da 4 L di originale colloide fino a 3,9 L di 50-nm filtrato. Nessuna interruzione del flusso di controlavaggio o passo è stato utilizzato. La riduzione di volume più grande (cioè, la rimozione di acqua) è stata ottenuta nella fase 2, quando il 50-nm filtrato è stato successivamente passare attraverso un filtro da 100 kD (200 cm 2). La risultante 100-kD ritentato aveva un volume totale di 50 ml. La maggior parte dei sottoprodotti di sintesi e reagenti in eccesso sono stati eliminati in questo passaggio attraverso il solvente acqua (3,850 ml di filtrato 100-kD). Inoltre, la concentrazione AgNP è stato raggiunto dal additione di una fase di filtrazione terzo la procedura precedentemente riportata. 19 Nel passaggio 3, un 100-kD filtro di una superficie più piccola (20 cm 2) ridurre il volume di 100 kD retentato a 4,0 ml. Le misure TEM dimostrerà che questa finale 100-kD retentato consiste principalmente di umili AgNPs aggregati di 1-20 nm di diametro.
ICP-OES e TEM di AgNPs colloidale
Una curva di calibrazione di regressione lineare (Figura 4) per l'argento è stato costruito da otto standard (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, e 100 mg L -1). La quantità di argento in ciascuno dei quattro campioni rappresentativi colloidali è stato quindi determinato dalla ICP-OES curva di calibrazione mediante estrapolazione: originale colloide (15,2 ppm, Figura 3A), 50-nm filtrato (14,1 ppm, figura 3B), primo 100 - kD retentato (683,1 ppm, Figura 3C) e finale da 100 kD retentato (8,538.9 ppm, Figura 3D).La resa effettiva di 15,2 ppm è molto vicino alla resa tipica teorica di 15,4 ppm per la reazione Creighton. La concentrazione estrema AgNPs (4 ml di 8,538.9 ppm) si è riflessa da un drastico cambiamento di colore dal giallo dorato per l'originale colloide al marrone scuro per la finale 100-kD ritentato (Figura 3, inserti di immagini flaconcino). La qualità dei filtri è stata trovata essere critica per il processo TFU, in particolare al punto 1. Le concentrazioni finali di ritenuto variava da 3,390.1 9,333.3 ppm ppm a seconda delle condizioni dei filtri (molto utilizzato contro il nuovo di zecca). Se la membrana pori diventano compromessa, AgNPs che hanno diametro inferiore a 50-nm sarà mantenuto e successivamente diminuire la quantità complessiva di AgNPs che vengono raccolti nel filtrato. Ottimizzazione del processo di filtrazione per includere il monitoraggio della pressione e corretta pulizia può aumentare la durata dei filtri.
Micrografie TEM rappresentativi di l'originale Creighton colloide e finale 100-kD retentato (step 3) sono mostrate in Figura 5A e 5C, rispettivamente. Allo stato non conglobati, AgNPs appaiono come aree nere rotonde su uno sfondo grigio chiaro. Circa 800 AgNPs stati identificati nelle micrografie TEM di ciascuno dei due campioni e sono stati analizzati utilizzando il software J immagine. Una particella è definita da un perimetro completo e chiuso. Un valore soglia di area è stato fissato a 1,0 piace 2 in base alla risoluzione delle micrografie TEM. I conteggi AgNP ei dati della zona sono stati poi esportati in Microsoft Excel e il diametro AgNP sono stati estrapolati. Il diametro medio AgNP nell'originale colloide e finale 100-kD retentato sono stati determinati per essere 9,3 nm e 11,1 nm, rispettivamente. Le misure di diametro dei AgNPs sono stati poi esportati in origine 8,0 software e un istogramma dimensioni TEM è stato costruito per ogni campione (Figura 5B e 5D).
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Figura 1. A) Sintesi di configurazione, B) il caratteristico colore, C), UV-Vis spettro di assorbimento, e D) spettro Raman di AgNPs Creighton colloidali.
Figura 2 Configurazione TFU sperimentale per A) punti 1 e 2: i.) Serbatoio contenente AgNPs Creighton colloidali. II) contenitore per la raccolta del filtrato. III) incrocio a Y in tubo. IV) testa della pompa peristaltica. . V) In entrambi i casi di 50 nm o 100-kD Midi Kros filtro B) punto 3: I) serbatoio contenente AgNPs Creighton colloidali. II) contenitore per la raccolta del filtrato. III) 100-kD Micro Kros filtro.
Figura 3 Diagramma di flusso. Raffigurante il processo TFU. I blue-box ombreggiati segnano le sospensioni colloidali di AgNPs raccolti per ulteriori analisi. Vial photographs mostra A) originale colloide lotto, B) 50-nm filtrato raccolto dopo l'elaborazione l'originale colloide attraverso il filtro da 50 nm (460 cm 2), c), primo 100-kD ritentato ottenuto dopo la riduzione del volume utilizzando il 100-kD Midi Kros filtro (200 cm 2), e D) retentato finale 100-kD risultante dalla riduzione di volume utilizzando il 100-kD Micro Kros filtro (20 cm 2). Il 100-kD filtrato sembra come l'acqua.
Figura 4 ICP-OES calibrazione lineare costruita utilizzando otto standard: argento. 0, 3, 7, 10, 15, 25, 50 e 100 mg L -1.
Micrografie TEM Figura 5. Di A) originale Creighton AgNPs e C) finale 100-kD retentato (barra della scala è100 nm). Istogrammi dimensioni TEM costruito analizzando circa 800 AgNPs per B) originali AgNPs Creighton, e D) ritentato finale 100-kD. L'inserto in figura 5B mostra l'estesa gamma di dimensioni 41-75 nm a fini di confronto. Clicca qui per ingrandire la figura .
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Discussion
UV-Vis spettrofotometria di assorbimento e la Spettroscopia Raman di AgNPs colloidale
E 'noto che il numero di picchi di risonanza plasmonica di superficie nello spettro di assorbimento di un colloide diminuisce la simmetria degli aumenti AgNPs. Inoltre, AgNP aggregazione porta alla comparsa dei picchi più ampi o rosso-spostato. 25,26 La presenza di un unico tagliente e simmetrica SPR picco a 394 nm è indicativo di piccole AgNPs sferiche di aggregazione moderata e distribuzione dimensionale.
La purezza dei campioni colloidali prima e dopo ultrafiltrazione è stato dimostrato dal spettri Raman dell'originale Creighton colloide e finale 100-kD retentato, che mostrava solo tre modi vibrazionali caratteristici di H 2 O. Il segnale Raman associata ad impurezze o contaminanti organici ultrafiltrazione di grandi Raman sezioni sarebbero rafforzati attraverso il immediate vicinanze della AgNPsuperficie (cioè, la cosiddetta superficie-enhanced spettroscopia Raman (SERS) effetto).
ICP-OES e TEM di ultrafiltrato AgNPs colloidale
L'aggiunta di un terzo, 100-kD fase di filtrazione la procedura precedentemente riportata TFU 19 facilitato la riduzione successo di un volume maggiore di AgNPs Creighton colloidali (4L lotto di 15,2 ppm) in 1000 volte minore volume di retentato (4 ml di 8,538.9 ppm). Questo corrisponde ad un rendimento concentrazione TFU di circa il 62% tenendo conto della quantità di AgNPs e AgNP-aggregati di 50 nm di diametro maggiore e che sono stati rimossi. Il grado di concentrazione è notevole perché il finale di 100 kD ritenuto per lo più costituito da AgNPs monodisperse che erano 1-20 nm di diametro e liberi da reagenti in eccesso e sottoprodotti. Il terzo, 100-kD fase di filtrazione migliorata la resa di concentrazione dal 45% 20 al 62%. Ulteriori miglioramenti TFU nelle dimensioni-selezione e la concentrazione di AgNPspotrebbe essere ottenuta utilizzando aggiuntivi membrane a fibre cave. Filtri di porosità che vanno da kD e 10 kD a superfici da 5,1 m 2 1.000 a 8 cm 2 disponibile per entrambi i campioni idrofobe e idrofile. Buffer di scambio può essere eseguito anche TFU, a seconda delle applicazioni a valle. Quando la riduzione di volume superiore a 800 volte (cioè, quando il volume viene ridotto da 4 L a meno di 5 ml), vi è una diminuzione della stabilità e della durata della sospensione colloidale per l'estremo grado di concentrazione. La durata di conservazione di questi altamente concentrato, AgNP unfunctionalized è di circa 1-2 settimane a 10 ° C. Anche se scomoda, questa limitazione è gestito attraverso una pianificazione attenta ricerca e preparazione. Questo grado estremo di concentrazione è stato desiderato per studi nanotoxicity corso a varie concentrazioni. Lotti meno concentrate di AgNPs sono tenuti ad avere una maggiore stabilità e durata di conservazione più lunga.
(Figura 5A e 5C) hanno mostrato un aumento della frequenza AgNPs minimamente aggregati in finale 100-kD ritentato rispetto all'originale colloide. Gli istogrammi TEM dimensioni dei due campioni colloidali (Figura 5B e 5D) ulteriormente confermato che la polidispersità dei AgNPs Creighton colloidale era limitata attraverso TFU. Polidispersità ulteriore limitazione può essere realizzato impiegando una serie di membrane di filtrazione di più piccole dimensioni dei pori. I diametri del AgNPs Creighton variava da 1 nm a 75 nm (Figura 5B e l'inserto che mostra le dimensioni espanse 41-75 bidoni nm), mentre le AgNPs e / o AgNP-aggregati di 50 nm e più grandi (0,9% su cento AgNPs totale) erano assenti nell'istogramma dimensioni TEM della finale di 100 kD campione (Figura 5D). Il 100-kD ritentato è costituito principalmente di AgNPs che avevano un diametro di 1-20 nm, c'era un piccolo contributo (12,4%) dal AgNPs in 21-40 bidoni dimensioni. Figura 5b e 5d confermato che la tendenza distribuzione dimensionale è stato mantenuto per il 100-kD ritentato durante il processo TFU con l'eccezione del range 1-5 nm dimensioni. C'era una notevole diminuzione della frequenza dei AgNPs minori di 1-5 nm di diametro per 100-kD campione (dal 33,2% al 21,3%), che è stata attribuita a AgNP passaggio attraverso il filtro a membrana nel filtrato. Come risultato, il diametro medio AgNP aumentato da 9,3 nm per l'originale colloide di 11,1 nm per la finale 100-kD ritentato. Poiché circa 800 AgNPs stati analizzati per entrambi i campioni colloidali, la frequenza ridotta di piccole AgNPs nei 1-5 nm (11,9%) e 6-10 nm (1,3%) intervalli di grandezza è stato accompagnato da un corrispondente aumento della frequenza di grandi AgNPs nei bidoni nm 11-25 dimensioni (vale a dire, circa il 12,8% rispetto all'originale colloide ai 100-kD ritentato).
In conclusione, TFU dimostrato di essere un metodo efficiente "verde" per il SIze-selezione e la concentrazione di AgNPs colloidali con l'aggregazione minima a scale diverse di volume. Eliminando l'uso di reagenti chimici aggressivi o solventi organici dalla sintesi AgNP (per una migliore dimensione, forma, aggregazione e controllo) può ridurre significativamente la tossicità AgNP migliorandone l'indice terapeutico. AgNPs di polidispersità limitata può trovare altre applicazioni immediate industriali e di ricerca a causa della loro maggiore catalitica, 27 optoelettronici 28, 29 o SERS a base di proprietà di biosensori. 9,19,30,3131 Uno studio molto recente di Lander et al. Hanno dimostrato che 32 micro e membrane di ultrafiltrazione composto da cinque differenti materiali polimerici (polisolfone, polietersolfone, nylon, acetato di cellulosa, e polivinilidene) possono essere implementate con successo per la selezione del formato di NP funzionalizzate. Queste nanoparticelle di 2-10 nm di diametro aveva Ag, Au o Ti O 2 core e sono stati funzionalizzati con rivestimenti polimerici organici che hanno portato allacariche superficiali positive o negative. Entrambi i conduttori e la funzionalità superficie delle nanoparticelle sono stati trovati per avere un ruolo importante nel mantenimento NP o passaggio attraverso le membrane (0,2 nm a 0,22 micron). Come previsto, le nanoparticelle carica positiva sono stati interamente respinti (> 99%) con le membrane cariche negativamente che avevano 20 volte dimensione dei pori più grandi dei diametri NP. Da questi esperimenti, si apprende che il meccanismo di interazione deve essere attentamente valutata in studi futuri con NP funzionalizzate.
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Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
I finanziamenti della National Science Foundation attraverso il NUE in Ingegneria e Programmi LEADER Consorzio è riconosciuto con gratitudine.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silver nitrate (AgNO3) | Acros Organics Inc. | CAS: 7761-88-8 | |
| Sodium borohydride (NaBH4) | Acros Organics Inc. | CAS: 16940-66-2 | |
| Nitric acid (HNO3, Optima) | Fisher Scientific Inc. | A467-1 | Trace metal grade for ICP analysis |
| 10,000 μg ml-1 silver standard, EnviroConcentrate | Ultra Scientific | US-IAA-047 | |
| KrosFlo Research IIi Tangential Flow Filtration System | Spectrum Laboratories Inc. | SYR2-U20-01N | |
| 0.05 μm PS (0.5 mm) 460 cm2 | Spectrum Laboratories Inc. | X30S-900-02N | |
| Midi 100 kD PS 200 cm2 | Spectrum Laboratories Inc. | X3-100S-901-02N | |
| Micro100 kD PS 20 cm2 | Spectrum Laboratories Inc. | X1AB-300-10N | |
| MasterFlex C-Flex tubing L/S Size 17 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-17 | |
| MasterFlex C-Flex tubing L/S Size 14 | Cole-Palmer Instrument Co. | 06424-14 | |
| Cary 50 UV-VIS-NIR spectrophotometer | Varian Inc. | ||
| LabRam HR 800 system | Horiba Jobin Yvon Inc. | ||
| Varian 710ES ICP-–S | Varian Inc. | ||
Table 1. Specific reagents and equipment. |
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References
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