Ultrafiltration זרימה משיק: שיטה "ירוקה" לבחירת הגודל והריכוז של חלקיקי כסף Colloidal
Summary
ultrafiltration זרימה המשיק (טפו) הוא שיטה המשמשת לסחרור הפרדת משקל המבוססת של biosamples. טפו הותאם לגודל נבחר (1-20 קוטר ננומטר) ומאוד להתרכז בהיקף גדול של חלקיקי polydisperse כסף (4 ליטר המ"ל 15.2 מיקרוגרם<sup> -1</sup> עד 4 מ"ל של מיקרוגרם מיליליטר 8,539.9<sup> -1</sup>) עם צבירה מינימאלית.
Abstract
כיום, AgNPs נמצאים בשימוש נרחב בייצור של מוצרים צריכים, חומרי חיטוי מים 1, 2 רפויים, 1, 3 והתקנים ביו 4 בשל המאפיינים מיקרוביאלית החזקים שלהם. 3-6 יישומי nanoparticle אלה מושפעים מאוד על ידי גודל AgNP ומצב צבירה . אתגרים רבים קיימים בייצור המבוקר 7 ובידוד גודל מבוסס 4,8 של AgNPs unfunctionalized, הומוגניות, שהנם חופשיים מבחינה כימית אגרסיבי מכסה / ייצוב סוכנים או ממסים אורגניים. 7-13 מגבלות לצאת מהרעילות של חומרים כימיים, עלויות גבוהות או מופחתות יעילות של שיטות סינתזה או בידוד AgNP (למשל, צנטריפוגה מסיסות גודל תלוי, כרומטוגרפיה, גודל-הדרה, וכו '). 10,14-18 כדי להתגבר על זה, לאחרונה הראה כי טפו מאפשר שליטה רבה יותר על הגודל, הריכוז ו צבירת מצב של קרייטון AgNPs (300מ"ל של 15.3 מיקרוגרם מ"ל -1 עד 10 מ"ל של 198.7 מיקרוגרם מ"ל -1) מאשר בשיטות מקובלות של בידוד כגון ultracentrifugation 19.
טפו הוא שיטה נפוצה לסחרור בידוד משקל המבוסס של חלבונים, וירוסים ותאים. 20,21 בקצרה, מדגם הנוזל עובר דרך סדרה של ממברנות סיבים החלולות עם גודל נקבובי הנע בין 1000 עד 10 KD KD. מרכיבים מושעים או מומסים קטנים יותר במדגם יעברו דרך המחסום הנקבובי יחד עם הממס (תסנין), בעוד שהמרכיבים הגדולים יותר נשמרים (retentate). טפו עשוי להיחשב שיטה "ירוקה", כפי שאין הוא פוגע במדגם ולא דורש תוספת ממס לחסל ריאגנטים עודפים רעילים ותוצרי לוואי. יתר על כן, טפו יכול להיות מיושם על מגוון גדול של חלקיקים כשני המסננים הידרופובי והידרופילי זמינים.
שתי המטרות העיקריות של מחקר זה היו: 1) כדי להמחישההיבטים הניסיוניים של גישת טפו באמצעות חוויה מוזמנת וידאו ו2) להוכיח את כדאיותה של שיטת טפו לנפחים גדולים יותר של חלקיקי colloidal ונפחים קטנים יותר של retentate. AgNPs ראשית, unfuctionalized (4 ליטר, 15.2 מיקרוגרם -1 מ"ל) היה מסונתז תוך שימוש בשיטת קרייטון 22,23 המבוססת היטב על ידי ההפחתה של 3 אגנו עם NaBH 4. AgNP polydispersity היה אז ממוזער דרך טף 3-צעד באמצעות 50-nm סינון (460 סנטימטר 2) כדי להסיר AgNPs וAgNP-אגרגטים גדולים יותר מ 50 ננומטר, ואחריו שני 100-KD (200 סנטימטר 2 ו 20 סנטימטר 2) מסננים לרכז את AgNPs. מדגמים מייצגים אופיינו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים, ספקטרופוטומטריה ספיגת UV-Vis, ספקטרוסקופיית ראמאן, ומצמידי אינדוקטיבי פלזמת ספקטרוסקופיה פליטה האופטית. Retentate הסופי מורכב מריכוז גבוה (4 מ"ל, 8,539.9 מיקרוגרם מיליליטר -1) עדיין נחות מצטבר והומוגניתAgNPs של 1-20 ננומטר בקוטר. זה מתאים לתשואת ריכוז כסף של כ 62%.
Protocol
Discussion
Spectrophotometry הקליטה UV-VIS וראמאן ספקטרוסקופיה של AgNPs קולואידיות
העובדה ידועה היא כי מספר פסגות תהודת plasmon פני ספקטרום הספיגה של קולואיד פוחת ככל הסימטריה של עליות AgNPs. בנוסף, AgNP הצבירה מובילה להופעתו של פסגות רחבות יותר או אדום וסט. 25,2…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון מהקרן הלאומית למדע דרך NUE בהנדסה ואת תוכניות Consortium המנהיג הוא בברכה.
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).
