यह अध्ययन एक इंटरलेबोरेटरी तुलना (आईएलसी) के लिए बेंचमार्किंग परिणाम प्रस्तुत करता है, जिसे सोने (एयू) कोलाइड फैलाव के लिए विकसित मानक ऑपरेटिंग प्रक्रिया (एसओपी) का परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विस) की विशेषता है, एच 2020 एसीएनानो परियोजना के छह भागीदारों के बीच नमूना तैयारी, माप और परिणामों के विश्लेषण के लिए।
Nanomaterials (NMs) का भौतिक-रासायनिक लक्षण वर्णन अक्सर एक विश्लेषणात्मक चुनौती है, उनके छोटे आकार (नैनोस्केल में कम से कम एक आयाम, यानी 1-100 एनएम), गतिशील प्रकृति और विविध गुणों के कारण। उसी समय, एनएम-असर वाले उत्पादों के निर्माण में सुरक्षा और गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए विश्वसनीय और दोहराने योग्य लक्षण वर्णन सर्वोपरि है। नैनोस्केल से संबंधित गुणों की विश्वसनीय माप की निगरानी और प्राप्त करने के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं, जिनमें से एक उदाहरण पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विज़) है। यह एक अच्छी तरह से स्थापित, सरल और सस्ती तकनीक है जो एनएम आकार, एकाग्रता और एकत्रीकरण राज्य के गैर-आक्रामक और तेजी से वास्तविक समय स्क्रीनिंग मूल्यांकन प्रदान करती है। इस तरह की विशेषताएं यूवी-विज़ को एक मान्य मानक ऑपरेटिंग प्रक्रिया (एसओपी) की प्रवीणता परीक्षण योजनाओं (पीटीएस) का आकलन करने के लिए एक आदर्श पद्धति बनाती हैं, जिसका उद्देश्य एक लक्षण वर्णन विधि के प्रदर्शन और पुनरुत्पादन का मूल्यांकन करना है। इस पेपर में, एच 2020 परियोजना एसीएनानो से छह भागीदार प्रयोगशालाओं के पीटीएस का मूल्यांकन एक इंटरलेबोरेटरी तुलना (आईएलसी) के माध्यम से किया गया था। विभिन्न आकारों (5-100 एनएम तक) के मानक सोने (एयू) कोलाइड निलंबन को एनएम आकार लक्षण वर्णन के लिए एक कार्यान्वयन योग्य और मजबूत प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए विभिन्न संस्थानों में यूवी-विज़ की विशेषता थी।
नैनोमटेरियल्स (एनएम) नैनोस्केल (1 से 100 एनएम) में अपने अद्वितीय गुणों के कारण लोकप्रिय हो गए हैं, जो उनके थोक समकक्षों के गुणों से भिन्न होते हैं, या तो आकार से संबंधित या क्वांटम प्रभावों (उदाहरण के लिए, मात्रा द्वारा विशिष्ट सतह क्षेत्र में वृद्धि) के साथ-साथ विशिष्ट प्रतिक्रियाशीलता, ऑप्टिकल, थर्मल, इलेक्ट्रिकल और चुंबकीय गुणों के साथ-साथ 1,2 . समाज में एनएम के संभावित अनुप्रयोग विविध और व्यापक रूप से स्वास्थ्य देखभाल, खाद्य उद्योग, सौंदर्य प्रसाधन, पेंट, कोटिंग्स और इलेक्ट्रॉनिक्स 3,4,5 जैसे क्षेत्रों से संबंधित हैं। सोने के नैनोकणों (एयूएनपी) को व्यापक रूप से नैनो टेक्नोलॉजी (जैसे, स्वास्थ्य देखभाल, सौंदर्य प्रसाधन, और इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में) में लागू किया जाता है, मुख्य रूप से उनके सरल निर्माण, आकार-निर्भर ऑप्टिकल विशेषताओं, सतह कार्यात्मकता क्षमता और भौतिक-रासायनिक गुणों के कारण, जो कई प्रमुख अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकते हैं6,7।
एनएम के संश्लेषण और लक्षण वर्णन में गुणवत्ता और पुनरुत्पादकता गुणवत्ता आश्वासन के लिए बेहद महत्वपूर्ण है, लेकिन नैनो-आधारित उत्पादों के सुरक्षित निर्माण के लिए भी, विशेष रूप से एनएम की प्रतिक्रियाशीलता के कारण, विशेष रूप से जटिल वातावरण में, जहां एनएम गुण, जैसे आकार वितरण और आकृति विज्ञान, तेजी से परिवर्तन से गुजर सकते हैं।8,9. नैनोस्केल से संबंधित गुणों की निगरानी के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, स्कैनिंग / ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम / टीईएम) एनएम की उच्च-रिज़ॉल्यूशन (उप-नैनोमीटर के नीचे) ऑप्टिकल और रचनात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकें हैं; परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) ऊर्ध्वाधर (z अक्ष) आयाम में nanoscale संकल्प प्रदान करता है; और एक्स-रे विवर्तन (XRD) NMs की परमाणु संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है; इन सभी विधियों का उपयोग केवल सूखे नमूनों (पाउडर) पर किया जा सकता है10,11. तरल मीडिया में एनएम के लक्षण वर्णन के लिए उपयुक्त तकनीकों में क्षेत्र प्रवाह फ्रैक्शनेशन (एफएफएफ) शामिल है, जो उनके आकार के आधार पर बड़े अणुओं, समुच्चय और कणों के अलगाव की अनुमति देता है; गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन (डीएलएस); और nanoparticle ट्रैकिंग विश्लेषण (NTA) – ब्राउनियन गति का उपयोग करके कणों के आकार वितरण प्रोफ़ाइल को निर्धारित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली दो विधियां – और पराबैंगनी-दृश्यस्पेक्ट्रोफोटोमेट्री (यूवी-विस), जो एनएम विशेषताओं जैसे आकार, एकत्रीकरण राज्य और अपवर्तक सूचकांक के मूल्यांकन की अनुमति देता है एक साधारण अवशोषण माप द्वारा आकार, एकत्रीकरण राज्य, और अपवर्तक सूचकांक11,12,13. यद्यपि ये सभी तकनीकें एनएम लक्षण वर्णन की अनुमति देती हैं, उनका प्रदर्शन उपकरण सेटअप, उपकरण से संबंधित मतभेदों, नमूना तैयारी के लिए जटिल पद्धति और उपयोगकर्ता की विशेषज्ञता के स्तर पर निर्भर करता है। इसके अलावा, अधिकांश तकनीकें एनएम आकार, नमूना अखंडता, या बिखरे हुए या एकत्रित कणों के बीच भेदभाव की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति नहीं देती हैं6. यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है जो एनएम आकार, एकाग्रता और एकत्रीकरण राज्य के गैर-आक्रामक और तेजी से वास्तविक समय का मूल्यांकन प्रदान करती है। इसके अतिरिक्त, यह न्यूनतम नमूना तैयारी के साथ एक सरल और सस्ती प्रक्रिया है, जो इस तकनीक को एक आवश्यक उपकरण बनाता है जो कई विषयों और बाजारों के भीतर कई प्रयोगशालाओं में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।6,12,14. यूवी-विज़ एक तरल नमूने के माध्यम से 180 और 1100 एनएम के बीच तरंग दैर्ध्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संचरण को मापकर काम करता है। यूवी और वीआईएस वर्णक्रमीय श्रेणियां पराबैंगनी (170 एनएम से 380 एनएम), दृश्यमान (380 एनएम से 780 एनएम), और निकट-अवरक्त (780 एनएम से 3300 एनएम) के लिए तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर करती हैं।4,14. नमूना सेल के माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को मापा जाता है; नमूने में प्रवेश करने वाले प्रकाश की तीव्रता को I के रूप में संदर्भित किया जाता है0, और दूसरी तरफ उभरने वाले प्रकाश की तीव्रता को I के रूप में नामित किया गया है114. बीयर-लैम्बर्ट कानून नमूना एकाग्रता सी के एक समारोह के रूप में ए (अवशोषण) के बीच संबंध को दर्शाता है, नमूना विलुप्त होने के गुणांक ε, और दो तीव्रता14. अवशोषण माप को एकल तरंग दैर्ध्य पर या एक विस्तारित वर्णक्रमीय सीमा पर एकत्र किया जा सकता है; मापा प्रकाश संचरण बियर-लैम्बर्ट कानून समीकरण का पालन करके एक absorbance माप में परिवर्तित हो जाता है। अवशोषण के लिए मानक समीकरण A = πlc है, जहां (A) किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के लिए नमूने द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा है (π) दाढ़ क्षीणन गुणांक (absorbance/(g/dm) है3) (l) वह दूरी है जो प्रकाश समाधान (सेमी) के माध्यम से तय करता है, और (c) प्रति इकाई आयतन (g/dm) की सांद्रता है3). अवशोषण की गणना एक संदर्भ नमूने की तीव्रता के बीच के अनुपात के रूप में की जाती है (I0) और अज्ञात नमूना (I), जैसा कि निम्नलिखित समीकरण में वर्णित है14:
यूवी-विस की सादगी इसे एक स्थापित माप प्रोटोकॉल 6,12,15 के पीटीएस की तुलना करने के लिए एक आदर्श तकनीक बनाती है। एक आईएलसी या पीटीएस का उद्देश्य एसओपी 15 का उपयोग करके एक विधि के प्रदर्शन और पुनरुत्पादन को सत्यापित करना है। यह, बदले में, अन्य उपयोगकर्ताओं के लिए नैनोपार्टिकल निलंबन के त्वरित लक्षण वर्णन के लिए एक मानकीकृत दृष्टिकोण प्रदान करता है।
यहां प्रस्तुत विधि की प्रवीणता, स्थिरता और विश्वसनीयता का आकलन करने के लिए, छह प्रयोगशालाओं ने क्षितिज 2020 एसीनेनो परियोजना (https://cordis.europa.eu/project/id/720952) के सदस्यों के रूप में एक आईएलसी में भाग लिया। आईएलसी में विभिन्न कण आकारों (5-100 एनएम) के मानक एयू कोलाइड फैलाव के यूवी-विज़ लक्षण वर्णन शामिल थे। सभी शामिल प्रयोगशालाओं को एक एसओपी प्रदान किया गया था ताकि एयूएनपी निलंबन, मूल्यांकन और परिणामों की रिपोर्टिंग की समान तैयारी सुनिश्चित की जा सके ताकि एनएम भौतिक-रासायनिक लक्षण वर्णन, डेटा व्याख्या और औद्योगिक और नियामक आवश्यकताओं के लिए सर्वोत्तम अभ्यास प्रोटोकॉल में सुधार में एक कार्यान्वयन योग्य और मजबूत स्तरीय दृष्टिकोण के विकास में योगदान दिया जा सके।
नैनोस्केल से संबंधित गुणों के लक्षण वर्णन के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं (उदाहरण के लिए, विश्लेषणात्मक अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन (एयूसी), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी / ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम / टीईएम), और डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (डीएलएस) 10,11)। हालांकि, इन तकनीकों में NMs12,13 के लक्षण वर्णन में प्राथमिक परिणाम प्राप्त करने के लिए UV-Vis की सादगी की कमी है। यूवी-विस एक आम साधन है, यहां तक कि इतनी अच्छी तरह से सुसज्जित प्रयोगशालाओं में भी, यह NMs6 के लक्षण वर्णन के लिए एक अपराजेय उपकरण बना रहा है। एनएम की विशेषता करते समय, लागू की जाने वाली तकनीकों की सीमाओं, शक्तियों और कमजोरियों पर विचार करना महत्वपूर्ण है। यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमीटर में, प्रकाश बीम नमूना डिब्बे से गुजरता है जिसके परिणामस्वरूप अवशोषण मूल्य होते हैं; नतीजतन, बाहरी कंपन, प्रकाश के बाहर, दूषित पदार्थ, और उपयोगकर्ता का प्रदर्शन माप और परिणाम 4,12 के साथ हस्तक्षेप कर सकता है। इसी तरह, एक अज्ञात नमूने के आकार को निर्धारित करने के लिए एक अंशांकन वक्र की साजिश करते समय, अंशांकन के निर्माण के लिए आवश्यक सभी मापों को पंजीकृत करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि लापता कारक माप और उपयोगकर्ताओं के बीच भिन्नताओं में योगदान कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, अज्ञात नमूने के समग्र Absmax माध्य में उच्च भिन्नता को बीम तीव्रता, स्थिति और उपकरण के बीच निर्भरता के कारण प्रयोगशालाओं के बीच अंतर से जोड़ा जा सकता है17,18। इसके अलावा, एक संदूषण समस्या के कारण प्रयोगशाला 5 से 100 एनएम आकार के लिए लापता डेटा, परिणामों के बीच उच्च अंतर में भी योगदान कर सकता है, क्योंकि लापता डेटा ने अंशांकन वक्र और अज्ञात एयूएनपी निलंबन के आकार की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्लॉट किए गए बहुपद समीकरण को प्रभावित किया हो सकता है। निश्चित रूप से, प्रोटोकॉल और प्रयोगशालाओं के बीच पुनरुत्पादन जटिल हो सकता है, क्योंकि कई कारक प्रयोगशाला गतिविधियों में स्थिरता की कमी में योगदान कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शोधकर्ता कभी-कभी अन्य प्रयोगशालाओं से निष्कर्षों को पुन: पेश करने में असमर्थ होते हैं, जिससे धीमी वैज्ञानिक प्रगति, बर्बाद समय, पैसा और संसाधन हो सकते हैं। एनएम के भौतिक-रासायनिक गुणों के सफल लक्षण वर्णन, विशेष रूप से आकार, सभी भाग लेने वाली प्रयोगशालाओं द्वारा एक आसान-से-निष्पादित विधि की आवश्यकता होती है, जिसे ज्यादातर एक व्यवस्थित और वैचारिक प्रतिकृति का पालन करके संबोधित किया जा सकता है, जैसे कि एसओपी का निर्माण, उपकरण प्रशिक्षण, और गलत पहचान या क्रॉस-दूषित नमूनों के उपयोग से बचना15,19।
इसी तरह, कोलाइड निलंबन की गुणवत्ता और स्थिरता भी विचार करने के लिए महत्वपूर्ण कारक हैं, क्योंकि उनके भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन से विभिन्न परिणाम हो सकते हैं। इसलिए, लंबी अवधि के लिए उनकी स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, नैनोपार्टिकल निलंबन को 4 डिग्री सेल्सियस पर अंधेरे में संग्रहीत किया जाना चाहिए। इसी तरह, शिपिंग प्रक्रिया के दौरान, एलीकोट किए गए नमूनों को ठंडा रखा जाना चाहिए, क्योंकि कमरे के तापमान पर लंबी अवधि महत्वपूर्ण एकत्रीकरण 20 का कारण बन सकती है। इसके अतिरिक्त, एनएम लक्षण वर्णन में विफलताओं को दूर करने के लिए, सहयोगी प्रयोगशालाओं के बीच मूल डेटा, प्रोटोकॉल और प्रमुख अनुसंधान सामग्री तक पहुंच प्रदान करना आवश्यक है, खासकर, जब आईएलसी 15 के माध्यम से प्रवीणता, स्थिरता और विश्वसनीयता का आकलन किया जाता है। इन कारकों को स्पष्ट और सुलभ बनाना किसी भी प्रयोगशाला या उपकरण द्वारा एक सफल एनएम लक्षण वर्णन प्राप्त करने की कुंजी है। इन पहलुओं को नजरअंदाज करने से पुनरुत्पादन, सटीकता और भ्रामक या गलत परिणामों की कमी हो सकती है15। यद्यपि यूवी-विस स्पेक्ट्रोस्कोपी को एनएम लक्षण वर्णन में सोने का मानक होने का प्रदर्शन किया गया है, लेकिन इसका कई अन्य क्षेत्रों में शोषण किया जा सकता है क्योंकि यह अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों दोनों में समाधान की विस्तारित गतिशील सीमा के मात्रात्मक निर्धारण की अनुमति देता है6,21।
इसके अलावा, यूवी-विज़ को आसानी से विभिन्न प्रकार की विशेषताओं को मापने के लिए अन्य उपकरणों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे किसी भी विश्लेषण की गुणवत्ता में सुधार होता है22। इन विशेषताओं के आधार पर, यूवी-विस का व्यापक रूप से कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है जैसे कि उच्च एकाग्रता प्रोटीन समाधानों में यूवी-विज़ स्पेक्ट्रा को मापकर बायोफार्मास्युटिकल क्षेत्र में, पर्यावरणीय नियंत्रण में जब वास्तविक समय में संदूषकों और उनके उत्पाद से संबंधित अशुद्धियों के बीच समानता की तुलना करते हैं, औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में अपशिष्ट जल रंग निर्धारण और स्वीकार्यता स्तर 22 के लिए नियमों के हिस्से के रूप में, २३ । निश्चित रूप से, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी प्रगति करती है और अधिक उन्नत विशेषताएं और अनुभव स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री में उपलब्ध हो जाते हैं, इस तकनीक का उपयोग करके मापा जा सकने वाले अनुप्रयोगों और मापदंडों का और विस्तार होगा22। उदाहरण के लिए, क्षेत्र अनुप्रयोगों में, ऑन-लाइन यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमेट्री वास्तविक समय में और विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों में कई मापदंडों की निगरानी के लिए एक मूल्यवान उपकरण है, जो ऑनलाइन सेंसर सिस्टम 22 के बीच एक असाधारण विशेषता है।
यहां वर्णित आईएलसी को एच 2020 एसीएनानो परियोजना में शामिल छह भाग लेने वाली प्रयोगशालाओं के बीच यूवी-विज़ के लिए विकसित एसओपी के परीक्षण के रूप में डिज़ाइन किया गया था। परिणामों के विश्लेषण से पता चला है कि एक आईएलसी प्रत्येक प्रतिभागी प्रयोगशाला द्वारा एनएम लक्षण वर्णन के लिए एक आंतरिक विधि में तकनीकी विश्वास की अनुमति देने के लिए मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है। एक स्थापित टेम्पलेट में डेटा संग्रह ने परिणामों की स्थिरता और तेज व्याख्या की पुष्टि की और एक अज्ञात एयूएनपी नमूने के आकार के अनुमान के लिए एक मॉडल प्रदान किया, जिसने अंशांकन वक्र में पर्याप्त बिंदुओं को शामिल करने पर परिणामों के बीच पुनरावृत्ति भी प्रदर्शित की। इसके अलावा, परिणामों ने एनएम लक्षण वर्णन के लिए यूवी-विज़ की प्रभावशीलता के साथ-साथ सर्वोत्तम अभ्यास प्रोटोकॉल के निर्माण के महत्व को मान्य किया। इस तरह के एक दृष्टिकोण आगे लागू प्रक्रिया के लिए एक अवसर प्रदान करता है पुन: प्रस्तुत करने योग्य एनएम लक्षण वर्णन प्रोटोकॉल के माध्यम से एक विधायी ढांचे के विकास के लिए योगदान विधि चयन और डेटा व्याख्या के आधार पर जो प्रत्यायन नियामकों और अनुसंधान प्रबंधन निकायों के लिए प्रासंगिक हैं।
The authors have nothing to disclose.
एसीक्यू मेक्सिको में नेशनल काउंसिल फॉर साइंस एंड टेक्नोलॉजी (CONACyT) को पीएचडी अध्ययन के वित्तपोषण के लिए धन्यवाद देना चाहता है। सभी लेखक यूरोपीय संघ क्षितिज 2020 कार्यक्रम (H2020) से अनुदान समझौते no 720952, परियोजना ACEnano (NMBP-26-2016 कॉल) के तहत समर्थन को स्वीकार करते हैं।
Absorption Ultra-Micro-cuvette, 200 µL | Hellma | 105.201-QS | |
Cary 5000 spectrophotometer (Spectrophotometer C) | Agilent | Cary 5000 | |
Gold nanoparticles 5 nm | BBI solutions | EM.GC5 | |
Gold nanoparticles 20 nm | BBI solutions | EM.GC20 | |
Gold nanoparticles 40 nm | BBI solutions | EM.GC40 | |
Gold nanoparticles 60 nm | BBI solutions | EM.GC60 | |
Gold nanoparticles 80 nm | BBI solutions | EM.GC80 | |
Gold nanoparticles 100 nm | BBI solutions | EM.GC100 | |
Agilent / HP 8453 (Spectrophotometer E) | |||
Jenway 6800 spectrophotometer (Spectrophotometer A) | Jenway | UV6800 | |
Polystyrene cuvette, 1.5 mL, micro 10 mm pathlength | Sigma | 759015 | |
Polystyrene cuvette, 3 mL (10 mm x 10 mm x 45 mm) | Sarstedt Inc | 67.742 | |
Semi-micro quartz cuvette, 1mL (1 mm x 10 mm x 45 mm) | Agilent | 6610001 | |
Ultrapure water (UPW) (18.2 MΩcm). | / | / | |
UV-1800 spectrophotometer (Spectrophotometer B) | Shimadzu | UV1800 | |
Varian Cary 50 spectrophotometer (Spectrophotometer D) | Agilent | Cary 50 |