Teğet Akış Ultrafiltrasyon: Kolloidal Gümüş Nanopartiküllerin Boyutu Seçme ve Konsantrasyon için "Yeşil" Yöntemi
Summary
Teğet Akış ultrafiltrasyon (TFU) biosamples ağırlığı bazlı ayrılması için kullanılan bir devridaim yöntemi. TFU boyutu-select (1-20 nm çapında) uyarlanmış ve yüksek polidispers gümüş nanopartikülleri büyük bir hacmi (15.2 mikrogram ml 4 L konsantre edildi<sup> -1</sup8,539.9 mikrogram ml> 4 aşağı ml<sup> -1</sup>) Minimal agregasyonu ile.
Abstract
Günümüzde yaygın olarak bunların AGNPS güçlü antimikrobiyel özellikleri nedeniyle tüketici ürünleri, 1 su dezenfektanlar, 2 Therapeutics, 1, 3 ve 4 Biyomedikal cihazların üretiminde kullanılmaktadır. 3-6 Bu nanoparçacık uygulamalar kuvvetle AgNP boyut ve toplama durum tarafından etkilenmektedir . Birçok zorluklar kontrollü imalat 7 ve kapaklama / ajanlar veya organik çözücüler stabilize agresif kimyasal arınmış unfunctionalized, homojen AGNPS büyüklüğü tabanlı yalıtım 4,8 var. 7-13 Sınırlamalar, reaktiflerin toksisitesi yüksek maliyetler ortaya veya azaltılmış AgNP sentez veya izolasyon yöntemleri (örneğin, santrifüj, boyut bağımlı çözünürlük, boyut dışlama kromatografisi vb) verimlilik. 10,14-18 Bunun üstesinden gelmek için, son zamanlarda TFU büyükse, konsantrasyonu üzerinde kontrol ve izin gösterdi Creighton AGNPS (300 agregasyonu devletBöyle Ultrasantrifügasyon gibi izolasyon geleneksel yöntemlere kıyasla 198.7 mg ml -1) 15.3 mg ml -1 ml aşağı 10 ml. 19
TFU genellikle proteinler, virüslerin ve hücrelerin ağırlık temelli izolasyon için kullanılan bir devridaim yöntemi. Kısaca 20,21, sıvı numune kD 1.000 ila 10 kD arasında değişen gözenek büyüklüğüne sahip içi boş elyaf membran bir dizi geçirilir. Büyük bileşenlerin (retentat) aynen korunurken örnek küçük askıya veya çözünmüş bileşenler (süzüntü) çözücü ile birlikte gözenekli bariyer geçecek. TFU o ne zarar örnek olarak "yeşil" bir yöntem olarak kabul veya zehirli aşırı ayıraç ve yan ortadan kaldırmak için ek çözücü gerektirir olabilir. Her ikisi de hidrofobik ve hidrofilik filtreler bulunmaktadır Dahası, TFU nanoparçacıklar büyük bir çeşitlilik için uygulanabilir.
Bu çalışmanın iki temel amacı vardı: 1) göstermek içinBir davet video deneyimi ve 2 ile TFU yaklaşımın deneysel yönlerini) kolloidal nanopartiküller ve retentat daha küçük hacimli büyük hacimler için TFU yöntemin uygulanabilirliğini göstermek için. İlk olarak, unfuctionalized AGNPS (4 L, 15.2 ug ml-1) NaBH4 ile AgNO 3 azaltılması ile iyi kurulmuş Creighton 22,23 yöntem kullanılarak sentezlendi. AgNP polidispersite sonra iki 100-kD (200 cm 2 ve 20 cm 2) Filtreleri takip AGNPS ve AgNP-agrega daha büyük 50 nm, kaldırmak için bir 50-nm filtresi (460 cm 2) kullanılarak bir 3-adım TFU yoluyla minimize edildi AGNPS konsantre. Örnek örnekleri transmisyon elektron mikroskobu, UV-Vis absorpsiyon spektrofotometresi, Raman spektroskopisi ve indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi ile karakterize edildi. Nihai retentat yüksek konsantrasyonlu (4 mi, 8,539.9 mg ml-1) henüz birleştirilmiş ve homojen aşağı oluşuyorduÇapı 1-20 nm AGNPS. Bu, yaklaşık% 62 arasında bir konsantrasyonda gümüş verim karşılık gelir.
Protocol
Discussion
UV-Vis Absorbsiyon Spektrometresi ve Kolloidal AGNPS Raman Spektroskopisi
Bu, iyi bir kolloid absorbsiyon spektrumunu, yüzey plazmon rezonans tepe sayı AGNPS artar simetri olarak azalttığı bilinmektedir. Ayrıca, daha geniş veya daha AgNP toplama kırmızı-kaydırılmış zirveleri görünüme neden olur. 25,26 394 nm 'de bir tek, keskin ve simetrik SPR tepe varlığı orta toplama ve boyut dağılımının küçük, yuvarlak AGNPS göstergesidir.
<p class="jove_conten…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Mühendislik ve LEADER Konsorsiyum Programları NUE yoluyla Ulusal Bilim Vakfı Fon minnetle kabul edilmektedir.
Materials
| 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-OES | Varian Inc. |
Table 1. Specific reagents and equipment.
References
- Savage, N., Diallo, M. S. Nanomaterials and Water Purification: Opportunities and Challenges. Journal of Nanoparticle Research. 7, 331-342 (2005).
- Jain, J. Silver Nanoparticles in Therapeutics: Development of an Antimicrobial Gel Formulation for Topical Use. Mol. Pharmaceutics. 6, 1388-1401 (2009).
- Dal Lago, V., Franca, d. O., de, A. G., Kobarg, J., Borba Cardoso, M. Size-selective silver nanoparticles: future of biomedical devices with enhanced bactericidal properties. J. Mater. Chem. 21, 12267-12273 (2011).
- Panacek, A. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. J. Phys. Chem. B. 110, 16248-16253 (2006).
- Elechiguerra, J. Interaction of silver nanoparticles with HIV-1. Journal of Nanobiotechnology. 3, 6 (2005).
- Jana, N. R., Sau, T. K., Pal, T. Growing Small Silver Particle as Redox Catalyst. J. Phys. Chem. B. 103, 115-121 (1999).
- Tolaymat, T. M. An evidence-based environmental perspective of manufactured silver nanoparticle in syntheses and applications: A systematic review and critical appraisal of peer-reviewed scientific papers. Sci. Total Environ. 408, 999-1006 (2010).
- Willets, K. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) for probing internal cellular structure and dynamics. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 394, 85-94 (2009).
- Novak, J. P., Nickerson, C., Franzen, S., Feldheim, D. L. Purification of Molecularly Bridged Metal Nanoparticle Arrays by Centrifugation and Size Exclusion Chromatography. Anal. Chem. 73, 5758-5761 (2001).
- Hossain, M. K., Kitahama, Y., Huang, G. G., Han, X., Ozaki, Y. Surface-enhanced Raman scattering: realization of localized surface plasmon resonance using unique substrates and methods. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 394, 1747-1760 (2009).
- Henglein, A., Giersig, M. Formation of Colloidal Silver Nanoparticles: Capping Action of Citrate. J. Phys. Chem. B. 103, 9533-9539 (1999).
- Sapsford, K. E., Tyner, K. M., Dair, B. J., Deschamps, J. R., Medintz, I. L. Analyzing Nanomaterial Bioconjugates: A Review of Current and Emerging Purification and Characterization Techniques. Anal. Chem. 83, 4453-4488 (2011).
- Al-Somali, A., Krueger, K. M., Falkner, J. C., Colvin, V. L. Recycling Size Exclusion Chromatography for the Analysis and Separation of Nanocrystalline Gold. Anal. Chem. 76, 5903-5910 (2004).
- Hanauer, M., Pierrat, S., Zins, I., Lotz, A., Sonnichsen, C. Separation of Nanoparticles by Gel Electrophoresis According to Size and Shape. Nano Lett. 7, 2881-2885 (2007).
- Sweeney, S. F., Woehrle, G. H., Hutchison, J. E. Rapid Purification and Size Separation of Gold Nanoparticles via Diafiltration. J. Am. Chem. Soc. 128, 3190-3197 (2006).
- Clarke, N. Z., Waters, C., Johnson, K. A., Satherley, J., Schiffrin, D. J. Size-Dependent Solubility of Thiol-Derivatized Gold Nanoparticles in Supercritical Ethane. Langmuir. 17, 6048-6050 (2001).
- Schaaff, T. G. Isolation of Smaller Nanocrystal Au Molecules: Robust Quantum Effects in Optical Spectra. J Phys Chem B. 101, 7885-7891 (1997).
- Trefry, J. C. Size Selection and Concentration of Silver Nanoparticles by Tangential Flow Ultrafiltration for SERS-Based Biosensors. J. Am. Chem. Soc. 132, 10970-10972 (2010).
- Bhattacharjee, S., Bhattacharjee, C., Datta, S. Studies on the fractionation of & beta-lactoglobulin from casein whey using ultrafiltration and ion-exchange membrane chromatography. J. Membr. Sci. 275, 141-150 (2006).
- Eppler, A., Weigandt, M., Schulze, S., Hanefeld, A., Bunjes, H. Comparison of different protein concentration techniques within preformulation development. Int. J. Pharm. 421, 120-129 (2011).
- Creighton, J. A., Blatchford, C. G., Albrecht, M. G. Plasma resonance enhancement of Raman scattering by pyridine adsorbed on silver or gold sol particles of size comparable to the excitation wavelength. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2, 790-798 (1979).
- Pavel, I. E. Estimating the Analytical and Surface Enhancement Factors in Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS): A Novel Physical Chemistry and Nanotechnology Laboratory Experiment. J. Chem. Educ. , (2011).
- Rasband, W. S. . ImageJ. , (1997).
- Kelly, K. L., Coronado, E., Zhao, L. L., Schatz, G. C. The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment. J. Phys. Chem. B. 107, 668-677 (2003).
- Śileikaitċ, A., Prosyčevas, I., Puišo, J., Juraitis, A., Guobienċ, A. Analysis of Silver Nanoparticles Produced by Chemical Reduction of Silver Salt Solution. Mater. Sci. (Medziagotyra). 12, 287-291 (2006).
- Lewis, L. N. Chemical catalysis by colloids and clusters. Chem. Rev. 93, 2693-2730 (1993).
- Li, Y., Wu, Y., Ong, B. S. Facile Synthesis of Silver Nanoparticles Useful for Fabrication of High-Conductivity Elements for Printed Electronics. J. Am. Chem. Soc. 127, 3266-3267 (2005).
- Sun, Y., Xia, Y. Shape-Controlled Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles. Science. 298, 2176-2179 (2002).
- Han, X., Zhao, B., Ozaki, Y. Surface-enhanced Raman scattering for protein detection. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 394, 1719-1727 (2009).
- Pavel, I. Label-Free SERS Detection of Small Proteins Modified to Act as Bifunctional Linkers. J. Phys. Chem. C. 112, 4880-4883 (2008).
- Ladner, D. A., Steele, M., Weir, A., Hristovski, K., Westerhoff, P. Functionalized nanoparticle interactions with polymeric membranes. J. Hazard. Mater. , (2011).
