Yöntem makalesi

Sulu Medyada Nanomalzemelerin UV-Vis Spektroskopik Karakterizasyonu

DOI:

10.3791/61764

⸱

25 Ekim 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Geography, Earth and Environmental Sciences, University of Birmingham, 2UK Centre for Ecology and Hydrology, 3Natural England, 4Center for Nanosafety Metrology, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), 5Department of Materials, University of Oxford, 6Department of Analytical Chemistry, Helmholtz-Centre for Environmental Research, 7Department of Chemical and Product Safety, German Federal Institute for Risk Assessment (BfR)

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, sonuçların numune hazırlanması, ölçümü ve analizi için H2020 ACEnano projesinin altı ortağı arasında ultraviyole görünür Spektroskopi (UV-Vis) ile karakterize altın (Au) kolloid dispersiyonları için geliştirilen standart çalışma prosedürünü (SÇP) test etmek için tasarlanmış bir detaylandırma karşılaştırması (ILC) için kıyaslama sonuçlarını sunun.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nanomalzemelerin (NM' ler) fizikokimyasal karakterizasyonu, küçük boyutları (nano ölçekte en az bir boyut, yani 1-100 nm), dinamik doğası ve çeşitli özellikleri nedeniyle genellikle analitik bir zorluktur. Aynı zamanda, NM taşıyan ürünlerin üretiminde güvenlik ve kalite sağlamak için güvenilir ve tekrarlanabilir karakterizasyon çok önemlidir. Nano ölçekli özelliklerin güvenilir bir şekilde ölçüldüğünü izlemek ve elde etmek için çeşitli yöntemler vardır, bunlardan biri Ultraviyole Görünür Spektroskopidir (UV-Vis). Bu, NM boyutunun, konsantrasyonunun ve toplama durumunun invaziv olmayan ve hızlı gerçek zamanlı tarama değerlendirmeini sağlayan iyi kurulmuş, basit ve ucuz bir tekniktir. Bu özellikler, UV-Vis'i, bir karakterizasyon yönteminin performansını ve tekrarlanabilirliğini değerlendirmeyi amaçlayan doğrulanmış bir standart işletim prosedürünün (SÇP) yeterlilik deney şemalarını (PTS) değerlendirmek için ideal bir metodoloji haline getirir. Bu makalede, H2020 projesi ACEnano'daki altı ortak laboratuvarın PTS'si, bir interlaboratory karşılaştırması (ILC) ile değerlendirildi. Farklı boyutlarda (5-100 nm arasında değişen) standart altın (Au) kolloid süspansiyonları, NM boyutu karakterizasyonu için uygulanabilir ve sağlam bir protokol geliştirmek için farklı kurumlarda UV-Vis ile karakterize edildi.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nanomalzemeler (NM'ler), farklı reaktivite, optik, termal, elektriksel ve manyetik özelliklerin yanı sıra boyutla ilgili veya kuantum etkileri (örneğin, hacim olarak artan özel yüzey alanı) nedeniyle toplu muadillerinin özelliklerinden farklı olan nano ölçekteki (1 ila 100 nm) benzersiz özellikleri nedeniyle popüler hale gelmiştir1,2 . NM'lerin toplumdaki potansiyel uygulamaları çeşitlidir ve sağlık hizmetleri, gıda endüstrisi, kozmetik, boyalar, kaplamalar ve elektronik gibi alanlarla geniş ölçüde ilişkilidir3,4,5. Altın nanopartiküller (AuNP'ler), nanoteknolojide (örneğin, sağlık, kozmetik ve elektronik uygulamalarda), esas olarak basit imalatları, boyuta bağımlı optik özellikleri, yüzey fonksiyonelleştirme potansiyeli ve birçok önemli uygulama için uygun olabilecek fizikokimyasal özellikleri nedeniyle yaygın olarak uygulanmaktadır6,7.

NM'lerin sentezi ve karakterizasyonunda kalite ve tekrarlanabilirlik, kalite güvencesi için son derece önemlidir, aynı zamanda nano bazlı ürünlerin güvenli üretimi için, özellikle NM'lerin reaktivitesi nedeniyle, özellikle boyut dağılımı ve morfoloji gibi NM özelliklerinin hızlı değişikliklere uğrayabileceği karmaşık ortamlarda.8,9. Nano ölçekli özellikleri izlemek için çok sayıda yöntem mevcuttur. Örneğin, tarama/iletim elektron mikroskopisi (SEM/TEM), NM'lerin yüksek çözünürlüklü (nanometre altı) optik ve bileşim bilgilerini elde etmek için kullanılan tekniklerdir; atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), dikey (z ekseni) boyutta nano ölçekli çözünürlük sağlar; ve X-ışını kırınımı (XRD), NM'lerin atomik yapısı hakkında bilgi sağlar; Tüm bu yöntemler yalnızca kuru numunelerde (tozlar) kullanılabilir10,11. NM'lerin sıvı ortamda karakterizasyonuna uygun teknikler, büyük moleküllerin, agregaların ve parçacıkların boyutlarına göre ayrılmasına izin veren alan akışı fraksiyonasyonunu (FFF) içerir; dinamik ışık saçılımı (DLS); ve nanopartikül izleme analizi (NTA)— Brownian hareketi kullanan parçacıkların boyut dağılım profilini belirlemek için yaygın olarak kullanılan iki yöntem ve boyut, toplama durumu ve kırılma indeksi gibi NM özelliklerinin basit bir emilim ölçümü ile değerlendirilmesini sağlayan ultraviyole görünür spektrofotometri (UV-Vis)11,12,13. Tüm bu teknikler NM karakterizasyonuna izin verse de, performansları enstrüman kurulumuna, cihazla ilgili farklılıklara, numune hazırlama için karmaşık metodolojiye ve kullanıcının uzmanlık düzeyine bağlıdır. Ayrıca, tekniklerin çoğu NM boyutunun gerçek zamanlı izlenmesine, numune bütünlüğüne veya dağınık veya birleştirilmiş parçacıklar arasındaki farklılaşmaya izin vermez6. UV-Vis spektroskopisi, NM boyutunun, konsantrasyonunun ve toplama durumunun non-invaziv ve hızlı gerçek zamanlı değerlendirmesini sağlayan yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Ek olarak, minimum numune hazırlama ile basit ve ucuz bir süreçtir, bu da bu tekniği birçok disiplin ve pazarda çok sayıda laboratuvarda yaygın olarak kullanılan önemli bir araç haline getirir.6,12,14. UV-Vis, bir sıvı numunesi aracılığıyla 180 ila 1100 nm arasındaki bir dalga boyundaki elektromanyetik radyasyonun geçirgenliğini ölçerek çalışır. UV ve VIS spektral aralıkları ultraviyole (170 nm ila 380 nm), görünür (380 nm ila 780 nm) ve yakın kızılötesi (780 nm ila 3300 nm) için dalga boy aralığını kapsar4,14. Örnek hücreden geçen ışığın dalga boyu ölçülür; Örneğe giren ışığın yoğunluğuna I0ve diğer tarafta ortaya çıkan ışığın yoğunluğu I114. Bira-Lambert yasası, örnek konsantrasyon C'nin bir işlevi olarak A (emicilik), ε örnek yok olma katsayısı ve iki yoğunluk arasındaki ilişkiyi yansıtır14. Emilim ölçümleri tek bir dalga boyunda veya genişletilmiş spektral aralıkta toplanabilir; ölçülen ışık geçirgenliği, Bira-Lambert hukuk denklemi takip ederek absorbans ölçümüne dönüştürülür. Absorbans için standart denklem A = ɛlc'dir, burada (A) belirli bir dalga boyu için numune tarafından emilen ışık miktarıdır (ɛ) azı diş zayıflama katsayısıdır (emicilik/(g/dm)3) (l) ışığın çözeltiden (cm) geçtiği mesafedir ve (c) birim hacim başına konsantrasyondur (g/dm3). Absorbans, referans örneğinin yoğunluğu arasındaki oran olarak hesaplanır (I0) ve bilinmeyen örnek (I), aşağıdaki denklemde açıklandığı gibi14:

figure-introduction-1

UV-Vis'in basitliği, yerleşik bir ölçüm protokolünün PTS'sini karşılaştırmak için ideal bir tekniktir6,12,15. Bir ILC veya PTS'nin amacı, bir SOP15 kullanarak bir yöntemin performansını ve tekrarlanabilirliğini doğrulamaktır. Bu da, diğer kullanıcılar için nanopartikül süspansiyonlarının hızlı karakterizasyonu için standartlaştırılmış bir yaklaşım sağlar.

Burada sunulan yöntemin yeterliliğini, tutarlılığını ve güvenilirliğini değerlendirmek için, horizon 2020 ACEnano projesinin (https://cordis.europa.eu/project/id/720952) üyeleri olarak altı laboratuvar bir ILC'ye katıldı. ILC, farklı parçacık boyutlarında (5-100 nm) standart Au kolloid dağılımlarının UV-Vis karakterizasyonunu içeriyordu. NM fizikokimyasal karakterizasyon, veri yorumlama ve endüstriyel ve düzenleyici ihtiyaçlar için en iyi uygulama protokollerinin iyileştirilmesinde uygulanabilir ve sağlam katmanlı bir yaklaşımın geliştirilmesine katkıda bulunmak için AuNP süspansiyonlarının aynı şekilde hazırlanmasını, değerlendirilmesini ve sonuçların raporlanmasını sağlamak için ilgili tüm laboratuvarlara bir SÇP sağlanmıştır8.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. AuNP örneklerinin teslimi:

  1. 'Bilinmeyen boyutta' 50 μg/mL'lik bir örnek de dahil olmak üzere 5, 20, 40, 60 ve 100 nm boyutlarında 5 mL Au kolloid dağılımlarının aliquotlarını hazırlayın (kullanılan nanomalzemeler hakkında daha ayrıntılı bilgi için Malzeme Tablosuna bakın).
  2. Nakliye sırasında uygun sıcaklığı korumak için numuneleri jel paketleri ile 7 mL polistiren kaplarda her katılımcı laboratuvara gönderin. Numuneleri hemen 4 °C'de saklayın.
    NOT: 'Bilinmeyen boyut' örneği 80 nm boyutunda olmalıdır; bu bilgiler materyali dağıtan ortak tarafından bilinmeli, ancak diğer ortaklara açıklanmamalıdır.

2. Spektrofotometrenin kalibrasyonu:

  1. Lambanın ısınması için UV-Vis spektrometresini en az 20 dakika açın.
    NOT: Kullanılan spektrofotometrenin modeli ve markası için Malzeme Tablosuna bakın.
  2. Yazılımda, çalışma modlarını görüntüleyen mod penceresinden Spektrum taraması seçeneğini belirleyin.
  3. Enstrüman | parametre ayarlarını yapma Ölçümlere geçmeden önce yazılımdaki ayarlar ve parametreler: Ölçüm Modu | Spektrum taraması, Veri Modu | ABS, Başlangıç dalga boyu 680 nm, Bitiş Dalga Boyu 380 nm, Tarama Hızı 400 nm/dk, Örnekleme aralığı 0,5, Yarık Genişliği 1,5 ve Yol Uzunluğu 10.
  4. Parametreler belirlendikten sonra, iki cuvettes (3 mL; polistiren) 1 mL ultra saf su (UPW) (18,2 M·Ω·cm) ile doldurun. Cuvettes'i ışık yolunu kapatmak için referans hücre tutucusuna (arka) ve örnek hücre tutucusuna (ön) yerleştirin (Kullanılan cuvettelerin belirli markası ve modeli için Malzeme Tablosuna bakın).
    NOT: Cuvettes'in gürültü etkisini ve örnekle ilgili olmayan diğer çevresel etkileri iptal etmek için doğru şekilde konumlandırıldığından ve hizalanarak hizalanıp hizalanıp hizalanmayacağından emin olun.
  5. UV-Vis cihaz kapağını kapatın ve komut çubuğundan Boş'u seçerek boş kalibrasyona devam edin. Taban çizgisi düzeltmesi, numune tutuculara yerleştirilen 1 mL UPW ile doldurulmuş iki cuvettes ile bir referans çalıştırılarak gerçekleştirilir. Diğer ortaklar tarafından kullanılan alternatif protokoller için lütfen Ek Bilgiler'e (SI) bakın.

3. Numunelerin hazırlanması

  1. 5, 20, 40, 60, 100 nm'lik her AuNP ve bilinmeyen boyut için 500 μL'lik bir alt örnek alın ve 500 μL UPW ile bir seyreltme hazırlayın.
  2. Seyreltilmiş süspansiyonları 1 mL cuvettes içine yerleştirin; toplam seyreltme oranı 1:1 ve son konsantrasyon 25 μg/mL olmalıdır.
    NOT: Seyreltilmiş numune UV-Vis ölçümünden hemen önce hazırlanmalıdır.

4. Nanopartikül dağılımlarının ölçümü

  1. Boş kalibrasyon yapıldıktan ve yeni bir numune hazırlandıktan sonra, numune hücresi tutucusundaki (ön) boş cuvettelerden birini AuNP dispersiyon örneğiyle değiştirin; 1 mL UPW ile dolu diğer referans cuvette dokunulmamış olmalıdır.
    NOT: Numuneler arasında çapraz kontaminasyonu önlemek için farklı numuneler için yeni bir tek kullanımlık cuvette kullanın. Kuvars cuvettes kullanırken, numuneler arasında UPW ile numune cuvette durulayın.
  2. Seyreltilmiş her AuNP dağılımı için spektrum taramalarını çalıştırmak için Komut çubuğundan Ölç/Başlat seçeneğini belirleyin. Bilinmeyen boyut örneği de dahil olmak üzere her AuNP örneği için üç spektrum tarama çalışması elde edilmelidir.
    NOT: Ölçüm yaparken boş cuvette'in referans hücre tutucusunda kaldığından emin olun.

5. Sonuçların bildirilmesi

  1. Dosya menüsünü seçip Raporu dışa aktar (*.csv) dosyasını tıklatarak elektronik tablo uyumlu bir dosyadaki her ölçüm için ham deneysel verileri ayıklayın.
  2. UV-Vis okumalarının her biri için maksimum emilim dalga boyunu (Absmax) ve lambdayı (φmax) not edin ve bunları sağlanan şablona kaydedin.
    NOT: Önceden tasarlanmış şablon, çalışma kitabında uygun hesaplama formülünü ayarlayarak dalga boylarının ortalama standart sapmalarını otomatik olarak hesaplamak için ACEnano ortaklarına sağlanmıştır. Daha fazla ayrıntı ve şablona erişim için bkz.
  3. Çalışma kitabında, bilinen nanopartikül boyutuna (nm) (5, 20, 40, 60 ve 100 nm) karşı φmax (y ekseni) ortalaması ile bir kalibrasyon eğrisi çizin. Örneğin, elektronik tabloda, Veri | komut çubuğunu seçerek kalibrasyon eğrisini oluşturun Grafik | Ekle Dağılım Arsa | Eğilim Çizgisi | Ekle Polinom Eğrisi (Güç 2).
  4. Kalibrasyon eğrisi için polinom denklemini dahil edin: Eğilim Çizgisi seçenekleri | Grafikteki Denklemi komut çubuğundan görüntüle (Şekil 1).
  5. Son olarak, AuNP örneğinin bilinmeyen boyutunu hesaplamak için, ikinci dereceden formülün bir türetmesini kullanarak, bilinmeyen φmax için ortalama değere uyacak şekilde polinom denklemini kalibrasyon eğrisinden izole edin (Şekil 1). Hesaplanan boyut, tutarlılık, daha hızlı yorumlama ve sonuçların değerlendirilmesi için verilerin tam bir özetini tamamlamak için şablona eklenebilir (bkz. SI).

figure-protocol-1
Şekil 1: Bilinmeyen numunenin boyutunu hesaplamak için kalibrasyon eğrisi. Çizim, kalibrasyonu çizmek için kullanılan dalga boylarını (φmax) ve AuNP'lerin boyutunu temsil eder. Çizim, bir ortaktan yalnızca bir kalibrasyon eğrisi gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

UV-Vis, kullanıcının Absmax ve φmax6,12 gibi NM'lerin özelliklerinin hassas analizini elde etmesine izin verdiği için nanopartikül karakterizasyonu için en popüler tekniklerden biridir. Bu çalışmanın sonuçları, aunp dağılımlarının altı katılımcı laboratuvar arasındaki bir ILC aracılığıyla UV-Vis karakterizasyonunu temsil etmektedir.

figure-results-1
Şekil 2: Lambda ve absorbans sonuçları. Rakamlar, her laboratuvar tarafından farklı AuNP boyutları için bildirilen sonuçların çizimlerini göstermektedir. A) Lambda max sonuçları. B) Absorbans maksimum sonuçları. Laboratuvar 5, numune kontaminasyonu nedeniyle 100 nm boyunca veri bildiremedi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

φmax dalga boyları için sonuçlar ortaklar arasında yakın tekrarlanabilirlik göstermiştir (Şekil 2A). Bu, değerler arasındaki farkı değerlendirmek için kullanılan ve AuNP boyutlarının çoğu için 1,00 ile 2,40 (φmax) arasında küçük farklılıklar gösteren hesaplanan aralık için de geçerliydi (Tablo 1). Her AuNP boyutu için her laboratuvar için kaydedilen ortalama kullanılarak hesaplanan genel φmax ortalaması, benzer şekilde boyutların çoğu için düşük standart sapmalar görüntüler. 100 nm boyutu, ortaklar arasında yüksek bir değişim aralığı (4,66 φmax) gösterdiğinden, diğer AuNP boyutlarına kıyasla daha büyük bir standart sapmaya (572 ± 2,00 nm) yol açan tek muafiyetti (Tablo 1). Laboratuvar 5'in, sonuçların tekrarlanabilirliğini tehlikeye atabilecek kontaminasyon sorunları nedeniyle 100 nm boyutundaki parçacıklar için herhangi bir ölçüm yapamadığını belirtmek önemlidir.

Buna karşılık, absorbans sonuçları (Absmax), φmax sonuçlarına kıyasla daha dağınık bir veri değeri aralığı (Şekil 2B) sergiledi. Laboratuvarlar arasında bu sonuçların görünüşte daha yüksek değişkenliğine rağmen, analiz, laboratuvarlar arasında φmax sonuçlarına kıyasla daha düşük standart sapmaları ve beklenmeyen düşük varyasyon aralıkları (0.11–0.21 Absmax) ile genel araçlarla görüntülenmiştir (Tablo 1).

DeğerAuNP (nm)
5204060100Bilinmeyen
Aralık φmax 1.451.003.002.004.662.40
Menzil Aumax 0.120.110.130.130.120.21
Ortalama φmax 517,7 ± 0,59524,6 ± 0,45527,8 ± 1,13535,3 ± 0,74572 ± 2.00549,7 ± 0,85
Ortalama Aumax 0,395 ± 0,0480,497 ± 0,0500,509 ± 0,0570,689 ± 0,0550,472 ± 0,0510,661 ± 0,101

Tablo 1: Lambda ve Absorbans hesaplanan aralık ve araçlar. Her AuNP boyutu için aralık ve genel ortalama ve standart sapma gösterilir. Sonuçlar, laboratuvar 5 tarafından bildirilen bir numune kontaminasyonu nedeniyle değerleri hesaplamak için sadece 5 ölçümün kullanıldığı 100 nm boyutu hariç, her laboratuvar için lambda ve absorbans için bildirilen ortalama kullanılarak hesaplanmıştır (altı ölçüm).

Z-puan değerleri, bireysel değerlerin genel ortalamadan uzaklığı not etmek için de hesaplanmıştır. Z-puanlarının analizi, ILC sonuçlarının güveni hakkında bilgi sağladı, çünkü puanlar bir dizi standart sapmada, bir veri noktasının ortalama16'dan ne kadar uzak olduğunu görüntüleyerek nüfus dağılımıyla doğrudan ilişkilidir. Sonuçlarda, laboratuvarların çoğu φmax için 0.01–1.93 pozitif Z-skor değerleri göstermiş, bu da sonuçların çoğunun ortalamaya yakın olduğunu ve normal bir dağılım eğrisi sunduğunu göstermektedir, çünkü 2 ve -2'nin mutlak değerinden daha yüksek Z puanları ortalamadan uzak ve normal bir dağılıma sahip olmayan değerler olarak kabul edilir16. Absmax için en yüksek Z puanı, 1.93 değeri ve 530 ± 0 Absmax ortalaması ile laboratuvar 1 tarafından bildirilen 40 nm boyutu için kaydedildi, genel ortalama 527.82 ± 1.13 (Şekil 3A). φmax için maksimum 1.23 Z-skor değeri laboratuvar 3 tarafından rapor edildi ve 0.395 ± 0.04 genel ortalamasına kıyasla 5 nm AuNP boyutu için 0.454 ± 0 bildirilen bir φmax ile birlikte rapor edildi. Bunu 60 nm AuNP 1.18 Z-puanı ve 0.754 ± 0 0.05 genel ortalamasına kıyasla 0.754 ± φmax ortalama izledi. Kalan boyutlarda -0,04 ile -1,23 arasında Z puanı değerleri görüntülenir (Şekil 3B).

figure-results-2
Şekil 3: Lambda ve Absorbance Z puanları. Z skorları, her laboratuvar tarafından genel ortalamaya göre bildirilen sonuçlar kullanılarak hesaplanmıştır. A) Hesaplanan Lambda max Z puanları. B) Hesaplanan Absorbans maksimum Z-puanları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bilinmeyen örneklem için sonuçlar, ortakların çoğunun boyutu 76-80 nm olarak hesapladığını gösterdi. Laboratuvarların ortalaması 1-4 ve 6 olarak kaydedildi ± 78.02 ± 1.36 nm olarak kaydedildi. Laboratuvar 5, 109 nm daha büyük bir boyut bildirerek, genel ortalama ve standart sapmayı 83,18'e ± 12,70 nm'ye kadar genişletti ve bu değerin aykırı olduğunu düşündürdü (Şekil 4A). Z-skorları tüm laboratuvarlar için -0,25 ila -0,56 arasında olacak şekilde hesaplanmıştır; tek istisna, laboratuvar 6 tarafından bildirilen ve ortalamadan uzak bir değer olarak kabul edilebilen tüm ölçümlere kıyasla en yüksek pozitif Z puanını (2.03) gösteren bilinmeyen boyut içindi (Şekil 4B).

figure-results-3
Şekil 4: Bilinmeyen örnek boyutu ve Z-puanları. A) Sağlanan bilinmeyen numune için her laboratuvar için bildirilen boyut. B) 83,18 ± 12,70 nm genel ortalamasına karşılık her bir sonuç için hesaplanan Z puanları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Bilgi (SI): Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nano ölçekli özellikler (örneğin analitik ultrasantrifüjleme (AUC), TaramaLı Elektron Mikroskopisi/İletim Elektron Mikroskopisi (SEM/TEM) ve Dinamik Işık Saçılımı (DLS)10,11) karakterizasyonu için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bununla birlikte, bu teknikler NMs12,13'ün karakterizasyonunda birincil sonuçları elde etmek için UV-Vis'in basitliğinden yoksundur. UV-Vis, çok iyi donanımlı olmayan laboratuvarlarda bile yaygın bir araçtır ve NMs6'nın karakterizasyonu için rakipsiz bir araçtır. NM'leri karakterize ederken, uygulanacak tekniklerin sınırlamalarını, güçlü yönlerini ve zayıflıklarını göz önünde bulundurmak önemlidir. UV-Vis spektrometresinde, ışık demeti numune bölmesinden geçerek emilim değerlerine neden olur; sonuç olarak, harici titreşimler, dış ışık, kirleticiler ve kullanıcının performansı ölçüme ve sonuçlara müdahale edebilir4,12. Benzer şekilde, bilinmeyen bir numunenin boyutunu belirlemek için bir kalibrasyon eğrisi çizerken, eksik faktörler ölçümler ve kullanıcılar arasındaki değişimlere katkıda bulunabileceğinden, kalibrasyonu oluşturmak için gereken tüm ölçümleri kaydetmek önemlidir.

Örneğin, bilinmeyen numunenin genel Absmax ortalamasındaki yüksek varyasyon, ışın yoğunluğu, konumu ve cihazın kendisi arasındaki bağımlılık nedeniyle laboratuvarlar arasındaki farklılıklarla bağlantılı olabilir17,18. Ayrıca, bir kontaminasyon sorunu nedeniyle laboratuvar 5'ten 100 nm boyutu için eksik veriler, kalibrasyon eğrisini ve bilinmeyen AuNP süspansiyonunun boyutunu hesaplamak için kullanılan çizilmiş polinom denklemini etkilemiş olabileceğinden, sonuçlar arasındaki yüksek farklılıklara da katkıda bulunabilir. Elbette, protokoller ve laboratuvarlar arasındaki tekrarlanabilirlik karmaşık olabilir, çünkü birçok faktör laboratuvar faaliyetlerinde tutarlılık eksikliğine katkıda bulunabilir, bu da araştırmacıların zaman zaman diğer laboratuvarlardan gelen bulguları yeniden üretememesine neden olur ve bu da daha yavaş bilimsel ilerlemeye, boşa harcanan zamana, paraya ve kaynaklara yol açabilir19. NM'lerin fizikokimyasal özelliklerinin, özellikle de boyutun başarılı bir şekilde nitelendirilmesi, tüm katılımcı laboratuvarlar tarafından yürütülmesi kolay bir yöntem gerektirir, bu yöntem çoğunlukla bir SÇP oluşturulması, enstrüman eğitimi ve yanlış tanımlanmış veya çapraz kontamine numunelerin kullanımından kaçınmak gibi sistematik ve kavramsal bir çoğaltmayı izleyerek ele alınabilir15,19.

Benzer şekilde, kolloidi süspansiyonunun kalitesi ve stabilitesi de göz önünde bulundurulacak önemli faktörlerdir, çünkü fizikokimyasal özelliklerindeki değişiklikler farklı sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle, daha uzun süre stabilitelerini sağlamak için nanopartikül süspansiyonları karanlıkta 4 °C'de saklanmalıdır. Aynı şekilde, nakliye işlemi sırasında, oda sıcaklığındaki uzun süreler önemli toplamalara yol açabileceği için aliquoted numuneler soğuk tutulmalıdır20. Ayrıca, NM karakterizasyonundaki hataların üstesinden gelmek için, özellikle bir ILC15 aracılığıyla yeterliliği, tutarlılığı ve güvenilirliği değerlendirirken, işbirliği yapan laboratuvarlar arasındaki orijinal verilere, protokollere ve temel araştırma materyallerine erişim sağlamak gerekir. Bu faktörlerin açık ve erişilebilir hale getirilmesi, herhangi bir laboratuvar veya ekipman tarafından başarılı bir NM karakterizasyonu elde etmenin anahtarıdır. Bu yönleri göz ardı etmek tekrarlanabilirlik, doğruluk ve yanıltıcı veya hatalı sonuçlar eksikliğine neden olabilir15. UV-Vis spektroskopisinin NM karakterizasyonunda altın standart olduğu gösterilmiş olsa da, hem inorganik hem de organik bileşiklerde genişletilmiş dinamik çözüm yelpazesinin nicel olarak belirlenmesine izin verdiği için diğer birçok alanda kullanılabilir6,21.

Ayrıca, UV-Vis, çok çeşitli özellikleri ölçmek için diğer araçlarla kolayca birleştirilebilir, böylece herhangi bir analizin kalitesini artırabilir22. Bu özelliklere dayanarak, UV-Vis, yüksek konsantrasyonlu protein çözeltilerinde UV-Vis spektrumlarını ölçerek biyofarmasötik alanda, kirleticiler ile ürünle ilgili safsızlıkları arasındaki benzerlikleri gerçek zamanlı olarak karşılaştırırken çevre kontrolünde, endüstriyel atık su arıtma tesislerinde atık su renk belirleme ve kabul edilebilirlik seviyesine yönelik düzenlemelerin bir parçası olarak yaygın olarak kullanılmaktadır22, 23. Elbette, teknoloji ilerledikçe ve spektrofotometride daha gelişmiş özellikler ve deneyimler kullanılabilir hale geldikçe, bu teknik kullanılarak ölçülebilecek uygulamaların ve parametrelerin daha da genişletilmesi gerçekleşecektir22. Örneğin, saha uygulamalarında, çevrimiçi UV-Vis spektrometresi, çevrimiçi sensör sistemleri arasında olağanüstü bir özellik olan çok sayıda parametreyi gerçek zamanlı olarak ve çeşitli sıvı türlerinde izlemek için değerli bir araçtır22.

Burada açıklanan ILC, H2020 ACEnano projesinde yer alan altı katılımcı laboratuvar arasında UV-Vis için geliştirilen SÇP'nin bir testi olarak tasarlanmıştır. Sonuçların analizi, bir ILC'nin her katılımcı laboratuvar tarafından NM karakterizasyonu için dahili bir yönteme teknik güven sağlamak için değerli bilgiler sağladığını göstermiştir. Yerleşik bir şablonda veri toplama, sonuçların tutarlılığını ve daha hızlı yorumlanmasını doğruladı ve bilinmeyen bir AuNP örneğinin boyutunun tahmin edilmesi için bir model sağladı ve kalibrasyon eğrisinde yeterli nokta dahil edildiğinde sonuçlar arasında tekrarlanabilirlik gösterdi. Ayrıca, sonuçlar NM karakterizasyonu için UV-Vis'in etkinliğini ve en iyi uygulama protokollerinin oluşturulmasının önemini doğruladı. Böyle bir yaklaşım, akreditasyon düzenleyicileri ve araştırma yönetim kuruluşları için geçerli olan yöntem seçimi ve veri yorumlamaya dayalı tekrarlanabilir NM karakterizasyon protokolleri yoluyla uygulanan prosedürün bir yasama çerçevesinin geliştirilmesine katkıda bulunma fırsatı sağlar.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar rakip çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ACQ, Doktora çalışmalarını finanse eden Meksika'daki Ulusal Bilim ve Teknoloji Konseyi'ne (CONACyT) teşekkür eder. Tüm yazarlar, No 720952 hibe anlaşması, ACEnano projesi (NMBP-26-2016'yi arayın) kapsamında Avrupa Birliği Horizon 2020 Programı'ndan (H2020) destek kabul etmektedir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Absorpsiyon Ultra-Mikro küvet, 200 & LHellma105.201-QS
Cary 5000 spektrofotometre (Spektrofotometre C)AgilentCary 5000
Altın nanopartiküller 5 nmBBI çözeltileriEM. GC5
Altın nanopartiküller 20 nmBBI çözeltileriEM. GC20
Altın nanopartiküller 40 nmBBI çözeltileriEM. GC40
Altın nanopartiküller 60 nmBBI çözümleriEM. GC60
Altın nanopartiküller 80 nmBBI çözeltileriEM. GC80
Altın nanopartiküller 100 nmBBI çözeltileriEM. GC100
Agilent / HP 8453 (Spektrofotometre E)
Jenway 6800 spektrofotometre (Spektrofotometre A)JenwayUV6800
Polistiren küvet, 1,5 mL, mikro 10 mm yol uzunluğuSigma759015
Polistiren küvet, 3 mL (10 mm x 10 mm x 45 mm)Sarstedt Inc67.742
Yarı mikro kuvars küvet, 1 mL (1 mm x 10 mm x 45 mm)Agilent6610001
Ultra saf su (UPW) (18,2 MΩ cm). 
UV-1800 spektrofotometre (Spektrofotometre B)ShimadzuUV1800
Varian Cary 50 spektrofotometre (Spektrofotometre D)AgilentCary 50

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rauscher, H., Rasmussen, K., Sokull-Klüttgen, B. Regulatory aspects of nanomaterials in the EU. Chemie Ingenieur Technik. 89 (3), 224-231 (2017).
  2. Hassellöv, M., Kaegi, R. Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology. Lead, J. R., Smith, E. , Blackwell Publishing Ltd. 211-266 (2009).
  3. Shafiq, M., Anjum, S., Hano, C., Anjum, I., Abbasi, B. H. An overview of the applications of nanomaterials and nanodevices in the food industry. Foods. 9 (2), (2020).
  4. Venkatachalam, S. Spectroscopy of Polymer Nanocomposites. Thomas, D., Rouxel, D., Ponnamma, D. , 130-157 (2016).
  5. Bharmoria, P., Ventura, S. Nanomaterials for healthcare, energy and environment. Bhat, A. H., et al. , Springer. Singapore. 1-29 (2019).
  6. Amendola, V., Meneghetti, M. Size evaluation of gold nanoparticles by UV-vis spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (11), 4277-4285 (2009).
  7. Yeh, Y. C., Creran, B., Rotello, V. M. Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale. 4 (6), 1871-1880 (2012).
  8. European Commission. Analytical and Characterisation Excellence in nanomaterial risk assessment: A tiered approach. , Available from: https://cordis.europa.eu/project/id/720952 (2019).
  9. Ikhmayies, S. J. Characterization of nanomaterials. The Journal of Operations Management. 66 (1), 28-29 (2014).
  10. Mourdikoudis, S., Pallares, R. M., Thanh, N. T. K. Characterization techniques for nanoparticles: comparison and complementarity upon studying nanoparticle properties. Nanoscale. 10 (27), 12871-12934 (2018).
  11. Mayeen, A., Shaji, L. K., Nair, A. K., Kalarikkal, N. Characterization of Nanomaterials. Bhagyaraj, S. M., Oluwafemi, O. S., Kalarikkal, A. K., Thomas, S. , Woodhead Publishing. 335-364 (2018).
  12. Tomaszewska, E., et al. Detection limits of DLS and UV-Vis spectroscopy in characterization of polydisperse nanoparticles colloids. Journal of Nanomaterials. 2013, 10(2013).
  13. Singer, A., Barakat, Z., Mohapatra, S., Mohapatra, S. S., et al. Nanocarriers for Drug Delivery. Mohapatra, S. S., et al. , Elsevier. 395-419 (2019).
  14. Perkampus, H. H. UV-VIS spectroscopy and its applications. , Springer-Verlag. (1992).
  15. Delčev, S., Zaimović-Uzunović, N., Basić, H. Participation of accredited laboratories in proficiency testing schemes and interlaboratory comparisons. Key Engineering Materials. 637, (2015).
  16. Hayes, A. Financial ratios: Z-Scores values. , Available from: https://www.investopedia.com/terms/z/zscope.asp (2020).
  17. Oliveira, O. N., Li, L., Kumar, J., Tripathy, S. K. Photoreactive Organic Thin Films. Sekkat, Z., Knoll, W. , Academic Press. 429(2002).
  18. Sakhno, O., Goldenberg, L. M., Wegener, M., Stumpe, J. Deep surface relief grating in azobenzene-containing materials using a low-intensity 532 nm laser. Optical Materials: X. 1, 100006(2019).
  19. Six factors affecting reproducibility in life science research and how to handle them. ATCC. , Available from: https://www.nature.com/articles/d42473-019-00004-y#ref-CR16 (2020).
  20. Balasubramanian, S. K., et al. Characterization, purification, and stability of gold nanoparticles. Biomaterials. 31 (34), 9023-9030 (2010).
  21. Łobiński, R., Marczenko, Z. Recent advances in ultraviolet-visible spectrophotometry. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 23 (1-2), 55-111 (1992).
  22. Ojeda, C. B., Rojas, F. S. Process analytical chemistry: applications of ultraviolet/visible spectrometry in environmental analysis: an overview. Applied Spectroscopy Reviews. 44 (3), 245-265 (2009).
  23. Rolinger, L., Rüdt, M., Hubbuch, J. A critical review of recent trends, and a future perspective of optical spectroscopy as PAT in biopharmaceutical downstream processing. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 412 (9), 2047-2064 (2020).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

UV Vis SpektroskopisiNanomalzeme KarakterizasyonuAlt n Nanopar ac k AnaliziDalga Boyu Tarama ProtokolK r Kalibrasyon Prosed rSpektrum Tarama AyarlarK vet Haz rlama Y ntemiSeyreltilmi Numune Haz rlamaVeri karma S reciKalibrasyon E risi Analizi

İlgili makaleler