Tangentialfiltrering Ultrafiltrering: En "grønn" Metode for valg av bildestørrelse og konsentrasjon av kolloidalt sølv Nanopartikler
Summary
Tangentialfiltrering ultrafiltrasjon (TFU) er en resirkulerings fremgangsmåte som brukes for vektbasert separasjon av biosamples. TFU ble tilpasset størrelse velger (1-20 nm diameter) og svært konsentrere et stort volum av polydisperse sølv nanopartikler (4 L på 15,2 mikrogram ml<sup> -1</sup> Ned til 4 ml 8,539.9 ug ml<sup> -1</sup>) Med minimal aggregering.
Abstract
I dag er AgNPs mye brukt i produksjon av forbrukerprodukter, en vann desinfeksjonsmidler, 2 terapi, 1, 3 og biomedisinske enheter 4 på grunn av sine kraftige antimikrobielle egenskaper. 3-6 Disse nanopartiklene programmer er sterkt påvirket av AgNP størrelse og aggregering stat . Mange utfordringer finnes i den kontrollerte fabrikasjon 7 og størrelse-isolering 4,8 av unfunctionalized, homogene AgNPs som er fri fra kjemisk aggressive tildekking / stabiliseringsmidler eller organiske løsningsmidler. Dukke 7-13 Begrensninger fra giftigheten av reagenser, høye kostnader eller forminskes effektiviteten av AgNP syntese eller isolering metoder (f.eks, sentrifugering, størrelse-avhengig løselighet, størrelse-uttrekk kromatografi, etc.). 10,14-18 å overvinne dette, vi nylig viste at TFU tillater større kontroll over størrelsen, konsentrasjonen og aggregering delstaten Creighton AgNPs (300ml 15,3 ug ml -1 ned til 10 ml 198,7 ug ml -1) enn konvensjonelle metoder for isolasjon som ultrasentrifugering. 19
TFU er en resirkuleringslinje metode som vanligvis brukes for vektbasert isolering av proteiner, virus og celler. 20,21 korthet blir væskeprøven passert gjennom en serie av hulfiber membraner med porestørrelse som spenner fra 1,000 kD til 10 kD. Mindre suspenderte eller oppløste bestanddeler i prøven vil passere gjennom den porøse barrieren sammen med løsningsmidlet (filtratet), mens de større bestanddeler beholdes (retentat). TFU kan betraktes som en "grønn" metode som det verken skader prøven heller krever ekstra løsemiddel for å fjerne giftige overflødig reagenser og biprodukter. Videre kan TFU påføres et stort utvalg av nanopartikler som både hydrofobe og hydrofile filtre er tilgjengelige.
De to viktigste målene for denne studien var: 1) å illustrerede eksperimentelle aspekter av TFU tilnærming gjennom en invitert bildeopplevelse og 2) for å demonstrere gjennomførbarheten av TFU metoden for større volumer av kollodiale nanopartikler og mindre volum av retentat. Først unfuctionalized AgNPs (4 L, 15,2 mikrogram ml -1) ble syntetisert ved hjelp av veletablerte Creighton metode 22,23 ved reduksjon av Agno 3 med NaBH 4. AgNP polydispersitet ble deretter minimert via en 3-trinns TFU hjelp av en 50-nm filter (460 cm 2) for å fjerne og AgNPs AgNP-aggregater større enn 50 nm, etterfulgt av to 100-kD (200 cm 2 og 20 cm 2) filtre å konsentrere AgNPs. Representative prøver ble karakterisert ved hjelp transmisjonselektronmikroskopi, UV-Vis absorpsjon spektrofotometri, Raman spektroskopi, og induktivt koplet plasma emisjonsspektrometrisk. Den endelige retentat besto av høykonsentrert (4 ml, 8,539.9 ug ml -1) ennå ydmyk aggregert og homogenAgNPs av 1-20 nm i diameter. Dette tilsvarer til en sølv konsentrasjon utbytte på ca 62%.
Protocol
Discussion
UV-Vis Absorption Spektrofotometri og Raman spektroskopi av kolloidale AgNPs
Det er vel kjent at antall overflate-plasmonresonans topper i absorbsjonsspektrum av en kolloid minker som symmetri AgNPs øker. I tillegg fører AgNP aggregering til utseendet av bredere eller rød-forskjøvet toppene. 25,26 Tilstedeværelsen av en enkelt, skarpt og symmetriske SPR topp på 394 nm er indikativ for små, sfæriske AgNPs av moderat aggregeres og størrelsesfordeling.
<p class="jove_conten…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Midler fra National Science Foundation gjennom NUE i ingeniørfag og leder Consortium programmer er takknemlig anerkjent.
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).
