Summary
접선 흐름 ultrafiltration (TFU)는 biosamples의 무게 기반의 분리에 사용되는 재순환 방식입니다. TFU는 크기를 선택합니다 (1-20 nm 정도의 직경)에 적응하고 높은 polydisperse 실버 나노 입자의 큰 볼륨 (15.2 μg의 ML 4 L을 집중했다
Abstract
현재, AgNPs이 광범위하게 자신의 강력한 항균 특성으로 인해 소비자 제품, 1 물 소독제, 2 치료학, 1, 3, 생물 의학 장치 (4)의 제조에 사용됩니다. 3-6이 nanoparticle 응용 프로그램을 강력하게 AgNP 크기와 집합 상태에 의해 영향을받습니다 . 많은 도전 제어 제조 7 캡핑 / 대리인 또는 유기 용제를 안정화 화학적으로 공격적인에서 무료로 제공되는 unfunctionalized, 동질 AgNPs의 크기 기반 격리 4,8에 존재합니다. 7-13 제한이 시약의 독성에서 높은 비용을 등장하거나 감소 AgNP 합성 또는 분리 방법 (예를 들어, 원심 분리, 크기에 따라 달라 용해도, 크기 배제 크로마토 그래피 등)의 효율성. 10,14-18이를 극복하기 위해, 우리는 최근 TFU 더 큰 크기, 농도 제어 등을 허용 것을 보여 주었다 크 레이튼 AgNPs (300 집계 상태같은 ultracentrifugation 등의 절연이 기존의 방법보다 198.7 μg ML -1)의 15.3 μg ML -1의 ML 다운 10 ML. 19
TFU은 일반적으로 단백질, 바이러스, 세포의 무게 기반의 절연에 사용되는 재순환 방식입니다. 간단히 20,21, 액체 샘플 KD 1,000에서 10 KD에 이르기까지 다양한 기공 크기와 중공 섬유 멤브레인의 일련을 통해 전달됩니다. 큰 성분은 (retentate) 유지하는 동안 예제에서 작은 중지 또는 해산 성분은 (여과) 용매와 함께 다공성 장벽을 전달합니다. TFU이가도 손해 샘플을로 "녹색"방법으로 간주하거나 독성 초과 시약 및 부산물을 제거 할 추가는 용매 필요 할 수 있습니다. 모두 소수성과 친수성 필터를 사용할 수 있습니다대로 또한, TFU은 나노 입자의 다양한 적용 할 수 있습니다.
본 연구의 두 가지 주요 목표는 있었다 : 1) 설명하기초대 비디오 경험과 2를 통해 TFU 접근 방식의 실험 부분)은 콜로이드 나노 입자와 retentate의 작은 볼륨의 큰 볼륨에 대한 TFU 방법의 타당성을 입증합니다. 첫째, unfuctionalized AgNPs는 (4 L, 15.2 μg ML -1) NaBH 4 AgNO 3의 감소에 의해 잘 알려진 크 레이튼 방법 22,23을 사용하여 합성 하였다. AgNP polydispersity는 두개를 100 KD (200cm 2, 20cm 2) 필터에 의해 다음 AgNPs 및 AgNP-집계 큰 50 나노 미터를 제거하기 위해 50 나노 필터를 (460cm 2)를 사용하여 3 단계 TFU을 통해 최소화 된 AgNPs을 집중합니다. 대표 샘플은 전송 전자 현미경, UV-VIS 흡수 분광 광도법, 라만 분광법 및 유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법을 사용하여 특징되었습니다. 최종 retentate이 높은 농축 (4 ML, 8,539.9 μg ML -1) 아직 통합과 균일 겸손한으로 구성직경 1-20 nm의 AgNPs. 이 62 % 정도의 실버 농도 수율에 해당합니다.
Protocol
1. 콜로이드 AgNPs의 합성
크 레이튼 방법 (약간 수정, 저렴한) 22에 대한 반응 메커니즘은 원치 않는 가수 분해 실온 이상에서 NaBH 4 쪽 반응과 함께 참조 파벨 et.al의 지원 정보에 큰 자세히 설명되어 있습니다. 23
- 4-12 40 % 에탄올 욕조에서 1.25 M NaOH의 시간, 그리고 마지막으로 압력솥 다음은 10 % HNO 3 목욕탕에 12-24 시간에 대한 모든 유리를 청소합니다. 유리는 산성과 기본 목욕 단계 이후 ultrapure 물 (MΩ 17 이상)를 철저히 다섯 번 이상을 헹구어해야합니다.
- 2 MM NaBH 4 솔루션의 300 ML 10에서 냉각 autoclaved 물 ° C.를 사용하여 1 ㎜ AgNO 3 용액의 100 ML을 준비 낮은 온도는 NaBH 4의 사이드 반응을 방지 할 수 있습니다.
- 500 ML Erlenmeyer 반응 플라스크의 cont 2 MM NaBH 4 솔루션 300 ML를 추가합니다저어 바 aining과은 산화를 방지하기 위해 알루미늄 호일로 플라스크을 포장. 저어 접시에 얼음 욕조에 휴대용 술병을 놓고 10 분에 325 rpm으로 솔루션을 젓는다.
- ultrapure 물의 전체 열을 린스로 총리는 25 ML의 뷰렛. 프라이밍 후 알루미늄 호일로 AgNO 3 솔루션과 랩으로 뷰렛을 입력합니다.
- 어두운 방에, 연속 저어 (그림 1A)와 NaBH 4 솔루션에 한 방울 초 -1의 속도로 1 ㎜ AgNO 3 용액의 50 ML를 추가합니다. AgNO 3 추가하는 동안 빛 노출을 최소화하기 위해 "호일 텐트"로 장치의 중간 부분을 다룹니다. AgNO 3 또한이 30-40 분 필요합니다. 정기적으로 얼음 목욕을 보충.
- AgNO 3 추가가 완료되면, 얼음 목욕을 보충하고 추가 45-50 분의 콜로이드 용액을 교반 계속 진행합니다. 콜로이드 AgNPs의 형성은 무색에서 색상의 변화로 신호입니다황금 노란색으로되는데,이 AgNPs의 표면 plasmon 공명 최대 (그림 1B)의 특징입니다.
- 반응이 완료되면, 콜로이드을 냉장. 콜로이드가 일관성이 유지 한 경우 콜로이드 AgNP의 배치는 일주일 후에 결합 될 수있다, 즉, 콜로이드 솔루션은 집계되지 않았와 배치가 가능한 집계 나 오염 물질을 식별하는 UV-VIS 흡수 분광 광도법과 라만 분광법을 사용하여 특징되었습니다.
2. 콜로이드 AgNPs의 특성
캐리 50 UV-VIS-NIR 분광 광도계 (Varian 주식회사)와 올림푸스 BX41 공 촛점 라만 현미경을 갖추고 LabRamHR 800 라만 시스템 (Horiba Jobin Yvon 주식회사)는 AgNP 특성화에 활용했다. 캐리 WinUV 소프트웨어 LabSpec v.5와 유래 8.0 소프트웨어는 데이터 수집 및 분석을 위해 고용되었다.
참고 : 인수 매개 변수 구경 최적화해야합니다R 기타 장비 모델.
UV-VIS 분광 광도법을 통해 콜로이드 AgNPs의 표면 Plasmon 공명의 결정
- 1시 10분 볼륨 비율로 크 레이튼 콜로이드 및 ultrapure 물과 1cm 3 일회용 큐벳을 입력합니다. 빈 기준 수정에 대한 ultrapure 물을 사용하여 다른 1cm 3 큐벳을 입력합니다. Kimwipe있는 두 큐벳의 바깥 쪽을 닦아주십시오.
- 1.0 Y 최대 -0.5의 Y 최소의 흡광도 모드로 분광 광도계를 설정합니다. 200-800 나노 미터의 X 검색 창을 설정하고 기본 보정과 4800 나노 미터 분 -1의 빠른 스캔 속도를 선택합니다.
- 악기에 물이 가득 큐벳을 삽입하고 기본 검사를 실행합니다. 필요한 경우 0이 아닌 기본 컨트롤이 달성 될 때까지 반복합니다.
- 샘플 큐벳과 함께 빈 큐벳을 교체하고 콜로이드 샘플의 UV-VIS 흡수 스펙트럼 (그림 1C)의 컬렉션에 대한 흡광도 스캔을 시작합니다.
라만 분광법을 통해 콜로이드 AgNPs의 순도 시험
비디오 데모 (10-15 분 동영상)의 시간 제한 및 프로토콜 텍스트의 공간 제한 (최대 3 페이지)으로 인해,이 실험 섹션이 촬영되지 않습니다.
- 여기 소스 (632.8 nm의 그는-NE), 필터 (노 필터 샘플에 레이저 파워 ~ 17 MW), 공 촛점 홀 (300 μm), 분광계 (730cm -1), 홀로그램 격자 : 다음과 같이 악기 매개 변수 설정을 지정 (600 나무 / mm), 목표 렌즈 (50x 긴 작동 거리 공기 목적), 노출 시간 (30 초), 그리고 축적 사이클 (5).
- 콜로이드와 2 ML 석영 큐벳을 채우기 위해 깨끗한 피펫을 사용하여 부드럽게 플러그를 삽입합니다. 큐벳의 표면에서 지문, 얼룩이나 콜로이드를 청소 Kimwipe을 사용합니다. 크게 현미경 단계를 낮 춥니 다. 50x 목적 렌즈를 선택하고 스테이지에 큐벳을 배치합니다.
- 라스에 초점을직접 악기와 올림푸스 카메라의 비디오 모드를 사용 큐벳의 내부 벽 아래에있는 AgNP 콜로이드에 응급실 빔. 객실 불을 끄고 라만 스펙트럼 (그림 1D)를 취득.
3. 접선 흐름 Ultrafiltration (TFU)를 통해 크기 선택 및 콜로이드 AgNPs의 농도
KrosFlo II 연구 필터링 시스템 (스펙트럼 연구소 란초 도밍 게즈, CA)은 AgNP polydispersity을 제한하고를 (그림 2) 집중하기 위해 사용되었다. TFU 과정의 세 단계였다 : 50 나노 미터 MidiKros polysulfone 모듈 (460cm 2), 2) 크기 선택 및 농도를 사용하여 AgNPs 50-nm의 AgNP-집계 직경과 큰 (1) 크기 선택 100 KD MicroKros polysulfone 필터를 (20cm 2) (그림 3)를 사용하여 100 KD MidiKros 필터 (200cm 2), (3) 또한 볼륨 감소를 사용하여 직경이 1-20 nm의 AgNPs.
- 2A 그림에 따라 연동 운동의 펌프의 크기 17 MasterFlex 먹이를 튜브를 연결합니다. Y-접합 및 튜브 접합은 설정에 필요한 될 것입니다. 50 나노 미터 MidiKros 모듈에 튜브를 연결합니다. 우편 넥타이를 사용하여 필터링 튜브를 확보해야합니다. SIZE 버튼을 사용하여 튜브 크기 17를 선택합니다.
- DIR 버튼을 사용하여 펌프 방향을 반 시계 방향을 선택합니다. MODE 버튼 INT에 있는지 확인하십시오.
- 펌프를 시작하기 전에 300 아래 ML 분 -1로 펌프 속도를 낮 춥니 다. 펌프 속도는 사용 된 튜브의 크기에 따라 조정해야합니다. 이 연산자는 즉시 잠재적 인 누수가 여전히 프라이밍 시스템의 효과가 충분히 큰에 반응 할 수 있도록 작은 설정해야합니다. 저수지에서 튜브 및 필터에 콜로이드을 끌기 위해 필요한 진공을 만들려면 튜브의 중간에있는 Y-접합의 상단 부분에 필터의 바닥 섹션에서 연결되는 튜브를 잘라.
- 액체가 튜브를 통하여 자유롭게 흐르는되면, 펌프를 해제 튜브 연결과 튜브의 깨진 부분을 가입하고 우편 유대 관계를 확보한다. 다시 펌프의 전원을 켜고 여과을 계속합니다.
- 누수에 대한 튜브 회로를 확인합니다. 누출이 발견되는 경우, 우편 넥타이로 피팅을 조정하거나 다시 확보하여 누출을 수정합니다. 일단 튜브 시스템은 펌프 유량이 더 큰 700보다 ML 분 -1로 증가 될 수있다 누출 무료입니다. 이 펌프 속도 값은 튜브 실패를 방지하기 위해 튜브 크기에 따라 최적화되어야합니다. 저수지 병에있는 액체가 거의 아무것도 소진 될 때까지 여과을 계속합니다.
- 여과가 완료되면, 50 nm의 직경과 smal의 AgNPs을 포함하는 여과를 수집보다 좋은. retentate은 특정 AgNP 응용 프로그램에 따라 추가적인 분석을 위해 저장 될 수 있습니다.
2 단계
- 2퍼센트 HNO 3 전에 100 KD MidiKros는 50 나노 미터 모듈과 같은 설정을 사용하여 필터링 설치하기 ultrapure 물과 함께 튜브를 씻어.
- 100 KD MidiKros 모듈을 사용하여 3.3 단계를 반복합니다.
- 여과가 완료되면 튜브와 필터 (100 KD retentate)의 내용을 수집합니다. 볼륨이 약 50 ML해야합니다.
3 단계
- 2B 그림에 따라 연동 운동의 펌프 FILTER 크기 14 MasterFlex 관 그리고 100 KD MicroKros를 연결합니다. 우편 유대 관계로 모든 접합을 확보. SIZE 버튼 30 ML 분 -1 펌프 속도 낮은을 사용하여 펌프의 튜브 크기 14를 선택합니다.
- 여과 과정을 시작합니다. 누수에 대한 튜브 회로를 확인합니다. 누출이 발견되면 운동을 조정하여 누출 문제를 해결팅 또는 재 확보 우편 넥타이.
- 일단 튜브 시스템이 누출 무료이며, 펌프 유량은 더 큰 90 이상의 ML 분 -1로 증가 될 수있다. 저수지 병에 남아있는 액체가 농축액의 최소 금액을 포함 할 때까지 여과을 계속합니다.
- 튜브 및 필터의 나머지 내용은 펌프가 계속 실행되는 동안 병에서 먹이 튜브를 제거하여 저수지 병으로 수집 할 수 있습니다. 튜브 및 필터 내용이 저수지 병에되면, 펌프이 해제 될 수 있습니다.
4. 유도 결합 플라즈마 광 발광 분석법 (ICP-것들)에 의해 콜로이드 AgNPs의 실버 금액의 정량화
각 콜로이드 샘플은 화학적으로 소화 한과 은색의 금액은 710E 분석기 (Varian 주식회사)를 사용하여 ICP-것들에 의해 정량되었다. 실버에 대한 선형 회귀 보정 곡선 (그림 4) 8은 표준을 (0, 3 사용 건설되었습니다추적 금속 분석 (울트라 과학)에 대한 10,000 μg ML -1 실버 표준에서 준비되었다, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg의 L -1).
- 화학적 HNO 3을 사용 샘플을 소화. 대표 샘플은 원래 콜로이드 (1 단계), 50 나노 여과 (1 단계), 100 KD retentate (2 단계) 및 최종 100 KD retentate (3 단계) (그림 3)입니다.
- 에 대한 최초의 100 KD retentate의 50 나노 여과, 1:25,000의 원래 콜로이드, 1:1000에 대한 1:1000, 그리고 1:250,000 : 샘플은 2퍼센트 HNO 3 다음 볼륨 비율을 사용하여 희석해야 최종 100 KD retentate. 실버 침출을 방지하기 위해 모든 샘플은 저밀도 폴리 프로필렌 용기에 보관해야합니다.
- 자세에 대한 파장 (328.068 nm 정도), 전력 (1.20 kW 급), 플라즈마 흐름 (15.0 L 분 -1), 보조 흐름 (1.50 L 분 -1) 및 천식 환자용 호흡 보조기를 두시 라고요 압력 (200 kPa : 다음과 같이 ICP-것들 악기 매개 변수를 설정 ).
- 각 SAmple 10 s의 복제 시간 세중의에서 측정해야합니다. 15 초와 30 초 샘플 호응을 지연의 사이에 - 측정 안정화 시간이 사용되어야합니다. 방법 빈은 교차 오염 가능성을 줄이기 위해 모든 샘플 사이에 소개가되어야 할 것입니다.
5. 전송 전자 현미경 (TEM)를 통해 콜로이드 AgNPs의 크기 분포
필립스 EM 208S TEM은 콜로이드 AgNPs을 시각화하는 데 사용되었다. 전자 micrographs은 고해상도 Gatan Bioscan 카메라를 사용하여 캡처하고 ImageJ 소프트웨어에서 분석 하였다. 24
- ultrapure 물 (1:100 볼륨 비율)와 100-KD retentate 샘플을 희석. 300 메쉬 formvar - 코팅 금 격자 (전자 현미경 과학)에 원래 콜로이드 및 희석 100 KD retentate (3 단계)의 보증금 20 μl. 격자는 건조기에서 건조하도록 허용합니다. 하루 만 볼 수 있습니다.
- AgNPs을 시각화 ~ 70 KV의 TEM 장비의 가속화 가능성을 설정합니다. C고해상도 카메라를 사용하여 전자 micrographs를 (그림 5) apture 및 태그 이미지 파일 형식 (TIFF)으로 저장할 수 있습니다.
6. 대표 결과
콜로이드 AgNPs의 합성 및 특성
크 레이튼 콜로이드 AgNPs의 네 리터가 성공적으로 그림 1A에 표시된 설정을 사용하여 합성 하였다. 최종 콜로이드는 특성 황금색 색상 (그림 1B). 22, 23이 콜로이드의 UV-VIS 흡수 스펙트럼은 394 nm의 (그림 1C)에서 전형적인 날카로운, 대칭 표면 plasmon 피크 (SPR)를 가지고했다. 원래 크 레이튼 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 라만 스펙트럼은 세 즉 진동 모드, 벤딩 (1,640센티미터 -1)와 H 2 O의 대칭 및 비대칭 스트레칭 모드 (3천2백45cm -1과 3,390센티미터 -1을 제시 각각) (그림 1D). </ P>
콜로이드 AgNPs의 TFU
TFU 설정 및 3 단계 TFU 과정의 개략적는 각각,도 2 및도 3에 도시되어 있습니다. 1 단계에서 50 나노 필터 (460cm 2)에 활용 된 크기를 선택하고 원래 콜로이드 (50 나노 미터 retentate 약 100 ML)에서 50 나노 미터 직경 큰의 AgNPs 및 AgNP-집계를 제거 할 수 있습니다. 이 단계는 50 나노 여과의 3.9 L에 다운 원래 콜로이드 4 L에서 작은 볼륨 감소와 함께했다. 더 backwashing 또는 유동 파괴 단계는 사용되지 않았습니다. 가장 큰 볼륨 감소 (즉, 물 제거)는 50 나노 여과는 이후 100 KD 필터 (200cm 2)를 통해 실행 된 2 단계에서 얻은 것입니다. 그 결과 100 KD retentate 50 ML의 총 볼륨을했다. 합성 부산물 및 초과 시약의 대부분은 물 용매 (100-KD 여과의 3.850 ML)를 통해이 단계에서 제거되었습니다. 또한, AgNP 농도는 addit에 의해 달성되었다이전에보고 된 절차 있도록 외부 여과 단계. 19이 단계 3, 작은 면적 (20cm 2) 100 KD 필터에의 이온은 4.0 ML로 100 KD retentate 볼륨을 감소. TEM 측정이 최종 100 KD retentate는 직경 1-20 nm의 천한 통합 AgNPs의 대부분이 구성되어 있는지 보여줍니다.
콜로이드 AgNPs의 ICP-것들과 TEM
실버에 대한 선형 회귀 보정 곡선 (그림 4) 8 표준 (0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg의 L -1)에서 건설되었습니다. 네 개의 대표 콜로이드 샘플 각 실버의 금액은 다음 추정을 통해 ICP-것들 교정 곡선에서 결정되었다 : 첫 번째 원본 콜로이드 (15.2 ppm으로, 그림 3A), 50 나노 여과 (14.1 ppm으로, 그림 3B), 100 - KD retentate (683.1 ppm으로 그림 3C) 및 최종 100 KD retentate (8,538.9 ppm으로, 그림 3D).15.2 ppm으로의 실제 수율은 크레이 톤 반응에 대해 15.4 ppm으로의 전형적인 이론적 수율에 매우 가깝습니다. AgNPs의 극단적 인 농도 (8,538.9 ppm으로 4 ML)이 최종 100 KD retentate (그림 3, 유리 병 사진의 insets)을 진한 갈색으로 원래 콜로이드에 황금색의 색상에 극적인 변화가 반영되었다. 필터의 품질은 1 단계로, 특히 TFU 과정에 중요한 것으로 발견되었다. 최종 retentate 농도는 3,390.1 ppm으로의 필터 (크게 새로운 비해 사용)의 상태에 따라 9,333.3 ppm으로에 나와 있습니다. 막이 위협을 받고 모공 경우, 적은 50 나노 미터보다 직경이 AgNPs도 유지 될 것이며, 이후 여과에 수집 AgNPs의 전체 양을 줄일 수 있습니다. 압력 모니터링 및 적절한 청소를 포함하는 여과 과정의 최적화는 필터의 수명을 늘릴 수 있습니다.
대표 TEM의 micrographs 원래 크 레이튼 콜로이드와 최종 100 KD retentate (3 단계)는 각각 그림 5A와 5C에 표시됩니다. 자신의 unaggregated 상태에서 AgNPs은 밝은 회색 배경에 검은 색 원형 영역으로 나타납니다. 약 800 AgNPs은 두 샘플의 각각의 TEM micrographs에서 확인되었으며 이미지 J 소프트웨어를 사용하여 분석 하였다. 하나의 입자는 완전하고 동봉 된 경계에 의해 정의되었다. 지역 임계 값은 TEM micrographs의 해상도에 따라 1.0 nm의 2 설정되었습니다. AgNP 수와 지역 데이터는 Microsoft Excel 및 AgNP 직경이 추정 된에 수출되었다. 원래 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 평균 AgNP 직경은 각각 9.3 nm의와 11.1 nm의 것으로 확인되었습니다. AgNPs의 직경 측정 한 후 원산지 8.0 소프트웨어에 수출되었으며, TEM 크기 히스토그램은 (그림 5B와 5D) 각 샘플에 건설되었습니다.
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그림 1. A) 합성 설정, B) 특성 색상, C) UV-VIS 흡수 스펙트럼 및 크레이 톤 콜로이드 AgNPs의 D) 라만 스펙트럼.
그림 A) 1 단계와 2 단계 2 TFU 실험 설정 :. I) 저수지가 크 레이튼 콜로이드 AgNPs을 포함. 여과를 수집 II) 저수지. 튜브의 III) Y-접합. IV) 연동 운동의 펌프 헤드. . V) 어느 50 나노 미터 또는 100-KD 미디 Kros 필터 B) 3 단계 : I) 저수지 크 레이튼 콜로이드 AgNPs을 포함. 여과를 수집 II) 저수지. III) 100 KD 마이크로 Kros 필터입니다.
그림 3. 플로 차트는 TFU 과정을 묘사. 푸른 음영 상자는 추가적인 분석을 위해 수집 AgNPs의 콜로이드 현탁액을 표시합니다. 유리 병이 안된다hotographs 50 나노 여과는 100 KD 미디 Kros을 사용하여 볼륨 감소 후 얻은 50 나노 필터 (460cm 2), C) 첫 100 KD retentate을 통해 원래의 콜로이드를 처리 한 후 수집) A) 원본 콜로이드 배치, B를 표시 필터 (200cm 2), 그리고 100 KD 마이크로 Kros 필터 (20cm 2)를 사용하여 볼륨 감소로 인한 D) 최종 100-KD retentate. 100 KD 여과 물 것 같습니다.
그림 4 팔은 표준 사용 건설 ICP-것들 선형 보정 :. 0, 3, 7, 10, 15, 25, 50, 100 μg L -1.
A) 원래 크레이 톤 AgNPs와 C의 그림 5. TEM의 micrographs) 최종 100 KD retentate (스케일 바 있습니다100 nm의). TEM 크기 histograms는 B에 대한 약 800 AgNPs) 원래 크레이 톤의 AgNPs을 분석하여 건설하고, D) 최종 100-KD retentate. 그림 5B의 삽입은 비교 목적을 위해 확장 된 41-75 nm의 크기 범위를 보여줍니다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
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Discussion
UV-VIS 흡수 분광 광도법 및 콜로이드 AgNPs의 라만 분광학
이곳은 콜로이드의 흡수 스펙트럼의 표면 plasmon 공명 봉우리의 수는 AgNPs 증가 대칭으로 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 또한, AgNP 집계는 광범위한이나 붉은 이동 봉우리의 모양이 생깁니다. 25,26은 394 nm의에서 단일 샤프하고 대칭 SPR 피크의 존재가 적당한 집계 및 크기 분포의 작은 구형 AgNPs을 나타내는 것입니다.
전, ultrafiltration 후 콜로이드 샘플의 순도는 H 2 O.에 특징은 세 진동 모드를 전시 원래 크레이 톤 콜로이드와 최종 100 KD retentate의 라만 스펙트럼에 의해 입증되었다 유기 불순물이나 대형 라만 크로스 섹션 ultrafiltration 오염 물질과 관련된 라만 신호는 AgNP에 즉시 근접을 통해 향상 될표면 (즉, 소위 표면 강화 라만 분광법 (SERS) 효과).
Ultrafiltered 콜로이드 AgNPs의 ICP-것들과 TEM
이전에보고 된 TFU 절차 19, 세 번째 100 KD 여과 단계의 추가는 retentate의 1,000 배 작은 볼륨에서 크레이 톤 콜로이드 AgNPs의 큰 볼륨을 성공적으로 감소 (15.2 ppm으로의 4L 일괄) (4 ML을 촉진 8,538.9 ppm으로). 이 약 62%이 계정으로 AgNPs 및 50 나노 미터 직경 제거 된 것을 큰의 AgNP-집계의 양을 복용 TFU 농도 수율에 해당합니다. 최종 100 KD retentate이 대부분 1-20 nm 정도의 직경과 초과 시약 및 부산물에서 무료로했다 monodisperse의 AgNPs로 구성되어 있기 때문에 집중의 정도가 뛰어난 것입니다. 세 번째, 100 KD 여과 단계 45 % 20~62%에서 농도 수율을 향상. 크기 선택과 AgNPs의 농도에 더 TFU 개선추가 중공 섬유 멤브레인을 활용하여 얻을 수 있습니다. m이 5.1에서 10 KD 및 표면 지역에 KD 1000에서 8cm 2에 이르기까지 기공 크기의 필터는 소수성과 친수성 샘플 모두 현재 사용할 수 있습니다. 버퍼 교환도 다운 스트림 응용 프로그램에 따라 TFU 동안 수행 할 수 있습니다. 볼륨 감소는 800 배 (볼륨 이하 5 ML 4 ~ L에서 감소 즉,)를 초과하면 농도의 극단적 인 정도에 따라 콜로이드 현탁액의 안정성과 수명 감소가 있습니다. 이러한 고도의 집중, unfunctionalized AgNP에 대한 수명은 약 1~2주 10시 ° C. 불편한 반면,이 제한은주의 연구 계획 및 준비를 통해 관리됩니다. 농도의이 극단적 인 수준은 다양한 농도의 지속적인 nanotoxicity 연구에 원하는습니다. AgNPs 덜 집중 배치는 더 나은 안정성과 긴 수명을 가지고 것으로 예상된다.
(그림 5A 및 5C)의 육안 검사는 원래 콜로이드와 비교하여 최종 100-KD retentate에 최소한 누적 AgNPs의 증가 빈도를 보여 주었다. 두 콜로이드 샘플 (그림 5B와 5D)의 TEM 크기의 histograms 더 크 레이튼 콜로이드 AgNPs의 polydispersity이 TFU를 통해 제한 한 것으로 확인되었습니다. 또한 polydispersity 제한은 작은 구멍 크기의 여과 멤브레인의 시리즈를 채용하여 달성 될 수있다. 크 레이튼 AgNPs의 직경이 1 나노 미터에서 75 나노 미터 (확장 된 41-75 nm의 크기 용기를 보여주는 그림 5B 및 삽입)에 원거리 동안 AgNPs 및 / 또는 50 nm의 대형의 AgNP - 집계 (0.9 %에서 %의 총 AgNPs)는 최종 100-KD 샘플의 TEM 크기 히스토그램 (그림 5D)에 결석했다. 100 KD retentate은 대부분 1-20 nm의 직경을 가지고 AgNPs 구성되었다, 2 AgNPs에서 작은 기여 (12.4 %)은가 발생했습니다1-40 크기 통. 그림 5B와 5D의 크기 분포 동향은 1-5 나노 미터 크기 범위의 제외 TFU 과정에서 100 KD retentate 보관 된 것으로 확인되었습니다. 여과 액에 막 필터를 통해 통과를 AgNP에 귀속 된 100 KD 샘플에 대한 직경 1-5 nm의 작은 AgNPs의 주파수에 띄는 감소 (33.2 %에서 21.3 %로),가 발생했습니다. 그 결과, 평균 AgNP 직경은 최종 100 KD retentate에 11.1 나노 미터로 원래 콜로이드에 9.3 nm의에서 증가했다. 약 800 AgNPs이 두 콜로이드 샘플에 대한 분석 되었기 때문에, 1-5 nm의 (11.9 %)과 6-10 나노 미터 (1.3 %) 크기 범위에있는 작은 AgNPs의 감소 주파수는 큰 AgNPs의 주파수에 상응하는 증가와 함께했습니다 11-25 나노 미터 크기 용기에 (즉, 100 KD retentate에 원래 콜로이드의 12.8 % 정도).
결론적으로 TFU는시에 대한 효율적 "녹색"방법으로 입증반지를 - 선택과 다양한 볼륨의 비늘에서 최소한의 집계와 콜로이드 AgNPs의 농도. 자신의 치료 지수를 개선하면서 AgNP 합성 (좋은 크기, 모양 및 집계 제어를위한)에서 화학적으로 공격적인 시약이나 유기 용제의 사용을 제거하는 것은 상당히 AgNP 독성을 줄일 수 있습니다. 제한된 polydispersity의 AgNPs가 자신의 광전자 28, 29 27, 향상된 촉매 나 SERS 기반 biosensing 특성으로 인해 다른 즉각적인 산업 및 연구 응용 프로그램을 찾을 수 있습니다. 9,19,30,3131 착륙선 외하여 매우 최근의 연구. 32 보여준 마이크로 그리고 다섯 가지 고분자 재료 (polysulfone, polyethersulfone, 나일론, 셀룰로오스 아세테이트, 그리고 polyvinylidenefluoride)로 만든 ultrafiltration의 멤브레인이 성공적으로 작용 NPS의 크기 선택에 구현 될 수있다. 직경 2-10 nm의 이러한 NPS는 자세, AU 또는 티 2 O 코어를 가지고으로 이어 유기 폴리머 코팅과 기능화 된긍정적이거나 부정적인 표면 요금. 코어와 NPS의 표면 기능 모두 멤브레인 (0.2 nm의 0.22 μm까지)를 통해 NP 유지 또는 통로의 주요 역할을 발견했다. 예상대로, 긍정적 부과 NPS는 완전히 NP 직경보다 20 배 큰 기공 크기를 가지고 부정적인 요금이 부과 멤브레인에 의해 (> 99 %) 거부되었습니다. 이 실험에서, 하나는 상호 작용 메커니즘 신중하게 작용 NPS와 향후 연구에서 고려되어야한다고 배운다.
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Disclosures
관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
Acknowledgments
엔지니어링 및 LEADER 컨소시엄 프로그램에 NUE을 통해 국립 과학 재단 (National Science Foundation)의 자금 지원은 굉장히 인정됩니다.
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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