Tangentiële Flow Ultrafiltratie: Een "groene" Methode voor de keuze uit verschillende maten en concentratie van colloïdaal zilver nanodeeltjes
Summary
Tangentiële stroming ultrafiltratie (TFU) is een recirculatie methode voor het gewicht gebaseerde scheiding van biosamples. TFU werd aangepast op maat-select (1-20 nm diameter) en zeer geconcentreerd een grote hoeveelheid polydisperse zilveren nanodeeltjes (4 L van 15,2 ug ml<sup> -1</sup> Tot 4 ml 8,539.9 ug ml<sup> -1</sup>) Met minimale aggregatie.
Abstract
Tegenwoordig worden AgNPs veel gebruikt in de vervaardiging van consumentenproducten, 1 water ontsmettingsmiddelen, 2 therapeutica, 1, 3 en biomedische apparaten 4 als gevolg van hun krachtige antimicrobiële eigenschappen. Drie-zes Deze nanodeeltjes toepassingen worden sterk beïnvloed door de AgNP grootte en aggregatietoestand . Vele problemen bestaan in de gecontroleerde vervaardiging 7 en grootte gebaseerde isolatie van 4,8 gefunctionaliseerde homogene AgNPs die vrij zijn van agressieve aftopping / stabilisatoren of organische oplosmiddelen. 7-13 beperkingen voortvloeien uit de toxiciteit van reagentia, hoge kosten of verlaagd efficiency van de AgNP synthese of isolatiemethoden (bijvoorbeeld centrifugatie, grootte-afhankelijke oplosbaarheid, size-exclusion chromatografie, enz.). 10,14-18 Daarom maken we recent aangetoond dat TFU meer controle over de grootte, de concentratie en maakt aggregatietoestand van Creighton AgNPs (300ml van 15,3 ug ml-1 tot 10 ml van 198,7 ug ml-1) dan met conventionele methoden van isolatie zoals ultracentrifugatie 19.
TFU is een recirculatie gebruikelijke methode voor het gewicht gebaseerde isoleren van eiwitten, virussen en cellen. 20,21 kort het vloeibare monster wordt door een reeks van holle vezelmembranen met poriegrootte tussen 1.000 kD tot 10 kD. Kleinere gesuspendeerd of opgelost in het monster samen door het poreuze barrière met het oplosmiddel (filtraat), terwijl de grotere bestanddelen behouden (retentaat). TFU kan worden beschouwd als een "groen"-methode omdat het geen schade toebrengt aan het monster, noch vereist extra oplosmiddel aan giftige overtollige reagentia en bijproducten te elimineren. Bovendien kan TFU worden toegepast op een grote verscheidenheid van nanodeeltjes als zowel hydrofobe als hydrofiele filters zijn.
De twee belangrijkste doelstellingen van dit onderzoek waren: 1) om te illustrerende experimentele aspecten van de TFU aanpak door middel van een uitnodiging video-ervaring en 2) om de haalbaarheid van de TFU methode voor grotere volumes van colloïdale nanodeeltjes en kleinere hoeveelheden retentaat aan te tonen. Eerste unfuctionalized AgNPs (4 L, 15,2 ug ml-1) werden gesynthetiseerd met behulp van gevestigde methode Creighton 22,23 door reductie van AgNO 3 met NaBH4. AgNP polydispersiteit werd geminimaliseerd via een 3-traps TFU met een 50 nm-filter (460 cm 2) en AgNPs AgNP-aggregaten groter dan 50 nm, gevolgd door twee 100-kD (200 cm 2 en 20 cm 2) filters verwijderen de AgNPs concentreren. Representatieve monsters werden gekarakteriseerd met transmissie-elektronenmicroscopie, UV-Vis absorptiespectrofotometrie, Raman spectroscopie, en inductief gekoppeld plasma optische emissie spectroscopie. De uiteindelijke retentaat bestond uit sterk geconcentreerde (4 ml, 8,539.9 ug ml -1) nog laag geaggregeerde en homogeneAgNPs van 1-20 nm in diameter. Dit komt overeen met een zilverconcentratie opbrengst van ongeveer 62%.
Protocol
Discussion
UV-Vis absorptie spectrofotometrie en Raman Spectroscopie van Colloïdaal AgNPs
Het is bekend dat het aantal oppervlakplasmaresonantie pieken in het absorptiespectrum van een colloïde afneemt als de symmetrie van de AgNPs toeneemt. Bovendien AgNP aggregatie leidt tot het verschijnen van breder of rood-verschoven pieken. 25,26 De aanwezigheid van een enkele scherpe symmetrische piek bij SPR 394 nm indicatief is voor kleine, bolvormige AgNPs van matige aggregatie en grootteverdeling. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De financiering van de National Science Foundation door de NUE in Engineering en het LEADER-Consortium Programma's wordt dankbaar erkend.
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).
