L'ultrafiltration à flux tangentiel: Un "Green" Méthode de sélection Taille et concentration des nanoparticules d'argent colloïdal
Summary
Ultrafiltration à flux tangentiel (AFT) est un procédé de recirculation utilisée pour la séparation en fonction du poids du échantillons biologiques. TFU a été adapté à la taille de sélection (1-20 nm de diamètre) et très concentrer une grande quantité de nanoparticules d'argent polydisperses (4 L de 15,2 mg ml<sup> -1</sup> Jusqu'à 4 ml de 8,539.9 mg ml<sup> -1</sup>) Avec agrégation minimale.
Abstract
De nos jours, AGNPS sont largement utilisés dans la fabrication de produits de consommation, 1, 2 désinfectants de l'eau thérapeutique, 1, 3 et 4 dispositifs biomédicaux en raison de leurs puissantes propriétés antimicrobiennes. 6.3 Ces applications des nanoparticules sont fortement influencées par la taille et l'état d'agrégation AGNP . De nombreux défis existent dans la fabrication contrôlée 7 et basée sur la taille de l'isolement 4,8 non fonctionnalisées, AGNPS homogènes qui sont exempts de produits chimiques agressifs plafonnement / agents stabilisants ou des solvants organiques. 7-13 Limites sortir de la toxicité des réactifs, des coûts élevés ou réduits l'efficacité des méthodes de synthèse ou l'isolement AGNP (par exemple, la centrifugation, dépendant de la taille solubilité, chromatographie d'exclusion stérique, etc.) 10,14-18 Pour y remédier, nous avons récemment montré que TFU permet un meilleur contrôle sur la taille, la concentration et état d'agrégation de Creighton AGNPS (300ml de 15,3 pg ml -1 jusqu'à 10 ml de 198,7 pg -1 ml) que les méthodes classiques de séparation telles que l'ultracentrifugation. 19
AFT est un procédé de recyclage couramment utilisé pour l'isolement en fonction du poids de protéines, de virus et de cellules. 20,21 Brièvement, l'échantillon liquide est passé à travers une série de membranes à fibres creuses avec une taille de pores comprise entre 1.000 kD à 10 kD. Petits constituants en suspension ou dissous dans l'échantillon passe à travers la barrière poreuse avec le solvant (filtrat), tandis que les constituants plus grandes sont retenues (rétentat). TFU peut être considéré comme un "vert" méthode car elle ni dommages, ni de l'échantillon nécessite un supplément de solvant pour éliminer l'excès de réactifs toxiques et sous-produits. En outre, AFT peuvent être appliqués à une grande variété de nanoparticules que les deux filtres hydrophobes et hydrophiles sont disponibles.
Les deux principaux objectifs de cette étude étaient: 1) pour illustrerles aspects expérimentaux de l'approche TFU à travers une expérience vidéo invités et 2) de démontrer la faisabilité de la méthode TFU pour les grands volumes de nanoparticules colloïdales et les petits volumes de rétentat. Tout d'abord, AGNPS unfuctionalized (4 L, 15,2 mg -1 ml) ont été synthétisés selon la méthode bien établie Creighton 22,23 par la réduction de AgNO 3 avec NaBH4. AGNP polydispersité est ensuite réduit par l'intermédiaire d'un AFT 3-étape à l'aide d'un filtre 50-nm (460 cm 2) pour enlever et AGNPS AGNP-agrégats supérieure à 50 nm, suivi par deux 100-kD (200 cm 2 et 20 cm 2) filtres de concentrer les AGNPS. Des échantillons représentatifs ont été caractérisés par microscopie électronique à transmission, la spectrophotométrie d'absorption UV-Vis, spectroscopie Raman et plasma à couplage inductif spectroscopie d'émission optique. Le rétentat final comprenait très concentré (4 ml, 8,539.9 mg -1 ml) et pourtant humble agrégée et homogèneAGNPS de 1-20 nm de diamètre. Cela correspond à un rendement concentration d'argent de l'ordre de 62%.
Protocol
Discussion
Spectrophotométrie d'absorption UV-Vis et spectroscopie Raman de AGNPS colloïdal
Il est bien connu que le nombre de pics de résonance plasmonique de surface dans le spectre d'absorption d'un colloïde diminue à mesure que la symétrie des augmentations AGNPS. En outre, AGNP agrégation conduit à l'apparition de pics plus larges ou plus décalée vers le rouge. 25,26 La présence d'un seul pic pointu et symétrique à 394 nm SPR est révélateur de petits AGNP…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le financement de la National Science Foundation à travers le NUE dans l'ingénierie et les programmes LEADER Consortium est grandement appréciée.
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).
