Sulu Medyada Nanomalzemelerin UV-Vis Spektroskopik Karakterizasyonu
25 Ekim 2021
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.
UV-Vis spektrofotometri, nanomalzemelerin boyutunu, konsantrasyonunu, toplama durumunu ve kırılma indeksini ölçmek için iyi kurulmuş, kullanımı kolay ve ucuz bir tekniktir. UV-Vis, basit emilim ölçümleri kullanılarak nanomalzeme özelliklerinin noninvaziv ve hızlı, gerçek zamanlı taranması ve değerlendirilmesinin sağlanmaktadır. UV-Vis son derece basittir.
Örnekler çok az hazırlık gerektirir ve yazılımın birkaç değişkeni vardır ve kullanımı kolaydır. Lambanın ısınması için UV-Vis spektrometresini en az 20 dakika açın. Yazılımı yükleyin ve Cihazı bağla'yı seçin Çalışma modlarını görüntüleyen mod penceresinden Spektrum Taraması seçeneğini belirleyin.
Yazılımda, Enstrüman'a tıklayın ve komut çubuğundaki Ayarlar'a gidin, Spektrum Taraması için Parametreler'i seçin ve ardından ölçüm ayarlarını yapın. Enstrüman sekmesine gidin ve Veri Modu için ABS'yi ve 1,5 yarık genişliğini seçin. Dalga Boyu Tarama sekmesine gidin ve 680 nanometre başlangıç dalga boyu, 380 nanometrenin bitiş dalga boyu ve dakikada 400 nanometre tarama hızı ayarlayın.
Parametreleri ayarladıktan sonra, iki cuvettes bir mililitre ultra saf su ile doldurun ve ışık yolunu kapatmak için referans ve örnek hücre tutucusuna yerleştirin. Cihaz kapağını kapatın ve komut çubuğundan boş seçerek boş kalibrasyonla devam edin, ardından Tamam'ı seçin. Her altın nanopartikül örneğinin 500 mikrolitrelik bir alt örneğini alın ve 500 mikrolitre ultra saf su ile bir seyreltme hazırlayın. Seyreltmeleri mililitre başına 25 mikrogramlık son konsantrasyona sahip bir mililitreli cuvettes içine yerleştirin.
Boş bir kalibrasyon çalıştırın. Boş kalibrasyondan sonra, numune hücresi tutucusundaki boş cuvettelerden birini altın nanopartikül örneğiyle değiştirin ve referans cuvette'e dokunulmadan tutun. Taramayı çalıştırmak için komut çubuğunda Başlat ölçüsünü seçin.
Her seyreltilmiş altın nanopartikül örneği ve bilinmeyen örnek için üç spektrum taraması yapın. Elektronik tablo uyumlu bir dosyadaki her ölçüm için ham deneysel verileri ayıklayın. Taramada Özellik'i seçin, komut çubuğunda Yazdır/Dışarı Aktar sekmesine gidin, Veri, Spektrum ve parametreler'i tıklatın ve Tamam'a basın. Komut çubuğunda Kaydet'i tıklatın ve verileri xls dosyası olarak kaydedin.
Okumaların her biri için maksimum emilim dalga boyunu ve lambdasını not edin ve bunları sağlanan şablona kaydedin. Verileri seçerek, grafik ekleyerek, çizimi dağıtır, eğilim çizgisi ve polinom eğrisi ekleyerek nanopartikül boyutuna karşı maksimum lambda ortalaması ile bir kalibrasyon eğrisi çizin. Kalibrasyon eğrisinin polinom denklemini eklemek için, komut çubuğundan Eğilim Çizgisi seçeneklerini ve Grafikte denklemi görüntüle'yi seçin.
Son olarak, ikinci dereceden formülün bir türetmesini kullanarak bilinmeyen maksimum lambda için ortalama değere uyacak şekilde kalibrasyon eğrisinden polinom denklemini izole ederek bilinmeyen altın nanopartikül örneğinin boyutunu hesaplayın. Altı laboratuvar arasında, maksimum dalga boyu yakın tekrarlanabilirlik gösterirken, maksimum absorbans sonuçları farklı altın nanopartikül boyutları için daha dağınık bir veri değeri yelpazesi sergiledi. Her altın nanopartikül boyutu için aralıklar ve genel araçlar burada gösterilmiştir.
Lambda max için maksimum Z-skor değeri laboratuvar üç tarafından 5 nanometre büyüklüğündeki nanopartiküller için, maksimum absorbans için en yüksek z-skoru ise laboratuvar bir tarafından 40 nanometre büyüklüğündeki nanopartiküller için bildirilmiştir. Ortakların çoğu bilinmeyen nanopartikül boyutunu 76 ila 80 nanometre olarak hesapladı ve laboratuvar beşi 109 nanometrelik aykırı daha büyük bir boyut bildirdi. Bilinmeyen boyutlar için Z puanları, laboratuvar beş tarafından bildirilen ve 2,03'lük en yüksek pozitif Z puanını gösteren tek istisna dışında, tüm laboratuvarlar için eksi 0,25 ila eksi 0,56 arasında hesaplandı.
Parametrelerin ve ayarların doğru şekilde ayarlandığından emin olun. Seyreltilmiş numuneler UV-Vis ile ölçümden önce taze olarak hazırlanmalıdır. UV-Vis, kullanıcılar örneklerini daha kapsamlı bir şekilde karakterize etmek istiyorlarsa çok çeşitli özellikleri ölçmek için TEM, DLS ve AFM gibi diğer araçlarla kolayca birleştirilebilir.
Genel Bakış
Bu çalışma, UV-Vis spektroskopisi kullanılarak altın (Au) kolloidal dispersiyonlar için standart çalışma prosedürünü (SOP) değerlendirmek amacıyla bir laboratuvarlar arası karşılaştırma (ILC) referans noktası belirlemektedir. H2020 ACEnano projesinden altı ortak; numune hazırlama, ölçüm ve sonuç analizine odaklanarak çalışmaya katılmıştır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nanomalzemeler
- Analitik Kimya
- Laboratuvarlar Arası Karşılaştırmalar
Arka Plan
- UV-Vis spektrofotometrisi, nanomalzemelerin karakterizasyonu için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir.
- Bu yöntem noninvazivdir ve numune özelliklerinin gerçek zamanlı olarak değerlendirilmesine olanak tanır.
- Basit absorbsiyon ölçümleri; boyut, konsantrasyon ve agregasyon durumu hakkında bilgiler sağlar.
- Laboratuvarlar arasında tutarlı sonuçlar elde etmek için standart çalışma prosedürleri temel öneme sahiptir.
Çalışmanın Amacı
- Altın kolloid dispersiyonları için standart çalışma prosedürünün (SOP) birden fazla laboratuvar arasında kıyaslanması.
- UV-Vis ölçümlerinin tekrarlanabilirliğinin ve güvenilirliğinin değerlendirilmesi.
- Sonuçların analiz edilmesi ve nanoparçacık boyut ölçümlerindeki tutarsızlıkların belirlenmesi.
Kullanılan Yöntemler
- Altın nanoparçacık örneklerinin ve dilüsyonlarının hazırlanması.
- UV-Vis spektrometresinin kalibrasyonu ve kör ölçümler.
- Her bir örnek için birden fazla spektrum taramasının gerçekleştirilmesi.
- Nanoparçacık boyutlarını belirlemek için veri çıkarımı ve analizi.
Temel Sonuçlar
- Laboratuvarlar genelinde maksimum dalga boyu ölçümlerinde yüksek tekrarlanabilirlik.
- Farklı nanoparçacık boyutları için maksimum absorbans sonuçlarındaki değişkenlik.
- Laboratuvarların çoğu, bilinmeyen nanoparçacık boyutlarını 76 ile 80 nanometre arasında tahmin etmiştir.
- Beşinci laboratuvar, 109 nanometrelik uç bir boyut değeri bildirmiştir.
Sonuçlar
- Çalışma, UV-Vis ölçümleri için standartlaştırılmış prosedürlerin önemini vurgulamaktadır.
- Absorbans verilerindeki tutarsızlıklar, daha fazla inceleme yapılması gerektiğini göstermektedir.
- Laboratuvarlar arası iş birliği, ölçüm doğruluğunu ve güvenilirliğini artırabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Sektör Uygunluğu
UV-Vis spektroskopisi, nanomalzeme boyutunun, konsantrasyonunun ve agregasyon durumunun hızlı ve non-invaziv şekilde taranmasına olanak tanıyarak nanotıp geliştirmedeki erken aşama fizikokimyasal karakterizasyonu destekler. Standartlaştırılmış protokoller, laboratuvarlar arası tekrarlanabilirliği artırarak preklinik nanomalzeme değerlendirmesindeki değişkenliği azaltır. Bu durum, öncü aday seçimindeki öngörü güvenilirliğini artırır ve biyolojik sistemlerdeki tutarsız nanomalzeme davranışlarıyla ilişkili riskleri azaltır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Biyolojik etkileşimleri ve hedef bağlanmasını etkileyen nanomalzeme fizikokimyasal özelliklerinin incelenmesine olanak tanır.
- Operasyonel Değer: İleri değerlendirme için nanomalzeme adaylarını önceliklendirmek amacıyla hızlı ve düşük maliyetli bir ilk değerlendirme sağlar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Kalibrasyon eğrileri ve boyut-konsantrasyon ilişkileri oluşturmaya uygun kantitatif absorbsiyon verileri üretir.
- Operasyonel Değer: Tutarlı ölçümler için tanımlanmış dalga boyu aralıkları, tarama hızları ve yarık genişlikleri aracılığıyla analiz standardizasyonunu destekler.
- Stratejik Değer: Agregasyonu ve stabiliteyi gerçek zamanlı izlemeye olanak tanıyarak yüksek kapasiteli tarama hazırlığını kolaylaştırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Nanomalzeme özelliklerini preklinik etkinlik ve toksisite sonuçlarıyla ilişkilendirmek için kritik olan tekrarlanabilir boyut ve agregasyon metrikleri sağlar.
- Operasyonel Değer: SOP'lere uyulduğunda laboratuvarlar arası veri karşılaştırmasına olanak tanıyarak çok merkezli preklinik çalışmaları destekler.
İş Akışı ve Pipeline Entegrasyonu
UV-Vis karakterizasyonu, özellikle kapsamlı bir profilleme için TEM veya DLS gibi ortogonal tekniklerle entegre edildiğinde, başlangıç nanomalzeme sentezinden preklinik değerlendirmeye kadar uzanan keşif sürekliliğine uygundur.
- Keşif Biyolojisi: Boyutun ve agregasyonun hücresel alımı ve hedef bağlanmasını nasıl etkilediğine dair hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Bileşik inkübasyonu sırasında nanomalzeme stabilitesi hakkında hızlı ve gerçek zamanlı geri bildirim sağlayarak analiz hazırlığına imkan tanır.
- Analitikler: Kalibrasyon eğrileri aracılığıyla boyut tahmini ve agregasyon durumu hakkında bilgi veren lambda max ve absorbans çıktıları sunar.
- Translasyonel Araştırma: Formülasyon ve depolama koşulları boyunca nanomalzeme özelliklerini takip etmek için standartlaştırılmış bir yöntem sunarak preklinik süreklilikle bağlantı kurar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Keşif ve geliştirme aşamaları boyunca nanomalzeme kalite kontrolü için ölçeklenebilir ve yeniden kullanılabilir bir yetkinliği temsil eder.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Yetersiz karakterize edilmiş örneklerden kaynaklanan mekanistik belirsizliği azaltarak, nanomalzeme davranışına yönelik öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Laboratuvarlar ve projeler arasında standardizasyonu, tekrarlanabilirliği ve ölenebilirliği teşvik eder.
- Stratejik Değer: Geliştirme sürecinin erken aşamalarında güvenilir fizikokimyasal veriler sağlayarak devam/durdur kararlarını iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Tutarlı boyut ve agregasyon profillerine dayalı, riske göre ayarlanmış önceliklendirmeye olanak tanır.
Uygulama Hususları
- Uygun numune hazırlama ve cihaz kalibrasyonunun sağlanması için spektrofotometri ve nanomalzeme kullanımı konusunda uzmanlık gerektirir.
- Stabil bir ışık kaynağına ve dalga boyu doğruluğuna bağlıdır; bu durum düzenli cihaz ısıtma ve bakımı gerektirir.
- Karşılaştırılabilirliği sağlamak için dilüsyon faktörleri, küvet seçimi ve veri dışa aktarma formatlarına ilişkin Standart Operasyon Prosedürleri (SOP) konusunda ekipler arası mutabakat gereklidir.
- 5 nm altındaki nanomalzemelerin veya ön purifikasyon yapılmamış karmaşık biyolojik matrislerin tespitindeki kısıtlamalar dikkate alınmalıdır.
- Yalnızca UV-Vis'in yetersiz kaldığı durumlarda, tam fizikokimyasal karakterizasyon için tamamlayıcı tekniklerle (örneğin, TEM, DLS) entegrasyondan fayda sağlanır.
