Teğet Akış Ultrafiltrasyon: Kolloidal Gümüş Nanopartiküllerin Boyutu Seçme ve Konsantrasyon için "Yeşil" Yöntemi

Bu prosedürün genel amacı, daha büyük hacimli kolloidal nanoparçacıklar ve daha küçük hacimli Tate için teğetsel akış ultrafiltrasyon yönteminin uygulanabilirliğini göstermektir. İlk olarak dört litre sitrat kolloidal gümüş nanoparçacık sentezleyin. UV-Vis absorbsiyon spektrofotometrisi kullanarak yüzey plazmon rezonansını belirleyip kolloidin kalitesini doğrulayın.

Ardından, bu kolloidi boyutlandırmak, seçmek ve dört mililitre su içerisinde konsantre etmek için teğetsel akışlı ultrafiltrasyon kullanın. Daha sonra, indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi ile orijinal kolloiddeki ve ultrafiltrasyon sürecinin temsilci örneklerindeki gümüş miktarını belirleyin. Son olarak, görüntü işleme ile birlikte transmisyon elektron mikroskopisi uygulayın.

Orijinal kolloid ve final ultrafiltrasyondaki gümüş nanoparçacıkların boyut dağılımını göstermek için Image J yazılımı kullanılır. I-C-P-O-E-S kullanarak nanomalzeme miktar belirlemeye yeni başlayan kişilerin, cam malzemelerin her türlü eser metal kontaminasyonundan arındırılmış olduğundan emin olmak için kritik öneme sahip olan cam temizleme prosedürlerini öğrenmeleri gerekecektir. Ayrıca kolloidal örneklerin uygun şekilde sindirilmesi ve I-C-P-O-E-S kalibrasyon standartlarının hazırlanması için gereken süre de önemlidir.

Boyut dışlama kromatografisi, fraksiyonel kristalizasyon ve jel elektroforezi gibi diğer yöntemlerin aksine, bu yöntem agregasyon, sentez reaktiflerinin toksisitesi, istenmeyen kaplamalar, yüksek maliyet ve/veya düşük verimlilik gibi sorunlardan kaçınmaktadır. Colorado Suen nanopartiküllerinin sentezini ve bunların görünür-yakın kızılötesi spektral fotometre ile I-C-P-O-E-S kullanılarak karakterizasyonunu, laboratuvarımdan araştırma öğrencileri olan Austin Williams, Joshua Baker ve Catherine Anders gösterecekler. Merhaba, ben Dr. Woolley; teğetsel akış filtrasyonunu ben gerçekleştireceğim ve Jackie Cisco da elektron mikroskobisini yapacak. Tüm cam malzemeler titizlikle temizlenmelidir; detaylar beraberindeki metinde açıklanmıştır.

10 °C'de soğutulmuş otoklav suyu kullanarak, 300 mililitre iki milimolar sodyum borhidrür çözeltisi ve 100 mililitre bir milimolar gümüş nitrat çözeltisi hazırlayın. Ardından, sodyum borhidrür çözeltisinin 300 mililitresini, içinde manyetik karıştırıcı bulunan 500 mililitrelik bir Erlenmeyer reaksiyon balonuna ekleyin. Gümüş oksidasyonunu önlemek için balonu alüminyum folyo ile sarın ve buz üzerinde karıştırın.

25 mililitrelik bir büreti hazırlamak için önce büreti tam bir kolon ultrapure su ile, ardından tam bir kolon gümüş nitrat ile durulayın. Daha sonra büreti alüminyum folyo ile sarın ve gümüş nitrat çözeltisiyle doldurun. Karanlık bir odada, sodyum veya hidrit çözeltisine 50 mililitre gümüş nitrat çözeltisi ekleyin.

Işık maruziyetini en aza indirmek için düzeneğin orta bölümünü bir folyo çadır ile kapatın. Bu süre boyunca buz banyosunu periyodik olarak yenileyin. Kolloidal çözeltiyi buz üzerinde 45 ila 50 dakika daha karıştırmaya devam edin.

Gümüş nanoparçacıkların oluşumu, gümüş nanoparçacıkların yüzey plazmon rezonans maksimumuna özgü olan, renksizden altın sarısına doğru gerçekleşen renk değişimi ile belirtilir. Elde edilen kolloidi soğutun. Bir mililitrelik tek kullanımlık Q-cuvete, Creighton kolloidi ve ultrapure suyu 1:10 hacim oranında doldurun. Boş baz çizgisi düzeltmesi için başka bir Q-cuvete ultrapure su doldurun.

Her iki kuvetin dışını bir Kim wipe ile silin. Spektrofotometreyi, Y minimumu -0,5'ten Y maksimumu 1,0'a kadar absorbans moduna ayarlayın. Ayrıca, X tarama penceresini 200 ile 800 nanometre arasına ayarlayın ve baz hattı düzeltmeli hızlı bir tarama hızı seçin.

Suyla doldurulmuş Q vet'i cihaza yerleştirin ve bir baz hat taraması gerçekleştirin. Sıfır olmayan bir baz hat kontrolü elde edilene kadar gerekirse işlemi tekrarlayın. Boş Q.Vet'i numune Q vet ile değiştirin ve kolloidal numunenin UV vis absorbsiyon spektrumunu toplamak için bir absorbans taraması başlatın.

17 master flex besleme borusunu beraberindeki metinde açıklandığı şekilde peristaltik pompaya bağlayın, DIR düğmesini kullanarak saat yönünün tersine pompa yönünü seçin ve mod düğmesinin INT konumunda olduğunu doğrulayın. Pompa hızını dakikada 300 mililitrenin altına ayarlayın. Ardından, filtrasyon döngüsünde vakum oluşturarak sistemi hazırlayın.

Sıvı sistem içinde serbestçe akmaya başladığında, pompayı kapatın, tüp eklemindeki portu kapatın ve klempi çıkarın. Pompayı tekrar açın ve tüp devresinde sızıntı olup olmadığını kontrol edin. Şimdi, pompa akış hızını tüp boyutuna göre artırın.

Rezervuar şişesindeki sıvı neredeyse tükenene kadar filtrasyona devam edin ve ardından pompayı kapatın, pompa hızını düşürün ve filtrasyon döngüsünden tate'yi toplayın. Tate, 50 nanometreden büyük nano parçacıklardan oluşur. Ardından, 50 nanometreden küçük nano parçacıklardan oluşan filtratı toplayın.

Tate daha ileri analizler için saklanabilir ve filtrat bir sonraki adımda kullanılır. Ardından, 20 nanometreden daha küçük çaplı nanopartiküller seçilir. Tüpü, ultrapure su içinde %2'lik nitrik asit ile durulayın.

Filtrasyon işlemini 100 kilodaltonluk bir CROs filtresi ile tekrarlayın. Filtrasyon döngüsünden reteni toplayın. Örnek, daha küçük olan 100 KD mikrofiltre ve daha küçük boyutlu 14 numara hortum kullanılarak; hazırlama ve filtrasyon adımları için 30 ml ve 90 ml'lik daha düşük pompa hızlarıyla daha fazla konsantre edilebilir.

Bu yöntem, gümüş nanopartikül hazırlama sürecindeki saflaştırma basamakları boyunca gümüş miktarını belirlemek için tasarlanmıştır. Numunelerde gümüş sızıntısını önlemek için düşük yoğunluklu polipropilen kaplar kullanın. İlk olarak numuneleri derişik nitrik asit ile kimyasal olarak sindirin.

Sekiz standart kullanarak bir gümüş kalibrasyon eğrisi de hazırlayın. Şimdi I-C-P-O-E-S cihazında gümüş için dalga boyu, radyo frekans gücü, plazma akışı, yardımcı akış ve nebulizatör basıncı parametrelerini ayarlayın. Ayrıca cihazı, her örneği 10 saniyelik bir tekrar süresiyle üç paralel ölçüm yapacak şekilde ayarlayın.

15 saniyelik ölçüm stabilizasyon süresi ve 30 saniyelik numune alım gecikmesi arasında kullanın. Ayrıca, potansiyel çapraz kontaminasyonu azaltmak için her numune arasında bir metod boşluğu (blank) eklediğinizden emin olun. Şimdi, numuneleri yükleyin ve 100 kilodalton tate numunesini ultrapure su ile seyrelterek ölçün.

Şimdi, orijinal kolloidden 20 µL ve seyreltilmiş 100 kDa tate örneğinden 20 µL'yi 300 mesh form bar kaplı altın gridler üzerine damlatın. Gridlerin havada kuruması için bekleyin. Gümüş nanoparçacıkları görüntülemek için TEM cihazının hızlandırıcı potansiyelini 70 kV'a ayarlayın; yüksek çözünürlüklü kamera ile elektron mikrografları yakalayın ve bunları etiketli görüntü dosyaları (TIFF) formatında kaydedin.

Dört litrelik kret ve kolloidal gümüş nanoparçacık hazırlama işleminde, nihai kolloid karakteristik altın sarısı bir renge sahipti. Bu kolloidin UV-vis absorbsiyon spektrumu, 394 nanometrede tipik, keskin ve simetrik bir yüzey plazmon piki göstermiştir. Orijinal kret kolloidinin ve nihai 100 kilodalton Tate'in Raman spektrumu yalnızca üç titreşim modu sergilemiştir.

Suda 1.640'daki bükülme modu ile simetrik ve asimetrik gerilme modları. Gümüş nanoparçacıkların boyut seçimi ve konsantrasyonu için uygulanan üç aşamalı teğetsel akış ultrafiltrasyon işlemi, nihayetinde dört mililitrelik 100 kilodaltonluk bir retentat sağlamıştır. Sentez yan ürünlerinin ve fazla reaktiflerin çoğu su çözücüsü aracılığıyla uzaklaştırılmıştır.

Gümüş miktarı daha sonra I-C-P-O-E-S kalibrasyon eğrisi kullanılarak belirlendi. Burada, gerçek verim 15,4 parts per million olan tipik teorik verime çok yakındır. Kretin reaksiyonu için, gümüş nanoparçacıklarının aşırı konsantrasyonu, orijinal kolloid için altın ve sarıdan nihai 100 kilodalton tate için koyu kahverengiye doğru dramatik bir renk değişimiyle yansıtıldı; I-C-P-O-E-S ölçümleri görsel gözlemleri doğruladı ve nihai 100 kilodalton tate için gümüş konsantrasyonunu ortaya çıkardı.

Orijinal kretin kolloidi ve nihai 100 kilodalton tate'in bu TEM mikrografları, agregasyon oluşmamış durumdaki gümüş nanoparçacıkların, daha açık gri bir arka plan üzerinde siyah yuvarlak alanlar olarak göründüğünü göstermektedir. Bu TEM boyut histogramları, orijinal kreon gümüş nanoparçacıkları ve nihai 100 kilodalton ate için yaklaşık 800 gümüş nanoparçacığın analiz edilmesiyle oluşturulmuştur. Bu videoyu izledikten sonra, gümüş nanoparçacıkların konsantrasyonu ve boyut seçimi için teğetsel akış filtrasyonunun nasıl gerçekleştirileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

Çeşitli hacimler, minimum agregasyonla konsantre edilebilir. Ayrıca nanopartiküllerin nasıl karakterize edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Uzmanlaşıldığında, bu teknik altı saat veya daha kısa sürede gerçekleştirilebilir.

Bu prosedürü uygularken, yüksek konsantrasyonlu kolloidal süspansiyonların soğutma işlemi uygulansa bile sınırlı bir ömre sahip olacağını unutmamak önemlidir. Bu kısıtlama; dikkatli araştırma, planlama ve hazırlık yoluyla yönetilebilir. I-C-P-U-S analizi için gerçekleştirilen kimyasal sindirme işlemi sırasında sıcak nitrik asit reaktifi ile çalışırken, işlemin tehlikeli olabileceğini unutmayın; bu prosedürü gerçekleştirirken kimyasal çeker ocak kullanmak veya uygun koruyucu ekipman giymek gibi gerekli önlemler alınmalıdır.