JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

Асимметричный поток поля потока фракции для размера золотых наночастиц в подвеске

Published: September 11, 2020
doi:
10.3791/61757
, , , ,
1Research & Development,Postnova Analytics GmbH

Summary

Этот протокол описывает использование асимметричного потока поле потока фракции в сочетании с УФ-визави обнаружения для определения размера неизвестного образца наночастиц золота.

Abstract

Размер частиц, возможно, является наиболее важным физико-химическим параметром, связанным с понятием наночастицы. Точное знание размера и размера распределения наночастиц имеет первостепенное значение для различных применений. Диапазон размеров также имеет важное значение, так как он определяет наиболее “активный” компонент дозы наночастиц.

Асимметричная фракция потока (AF4) является мощным методом для размера частиц в суспензии в диапазоне размеров примерно 1-1000 нм. Существует несколько способов получения информации о размерах из эксперимента AF4. Помимо соединения AF4 онлайн с чувствительными к размеру детекторами, основанными на принципах рассеяния света Multi-Angle или dynamic Light Scattering, существует также возможность соотнести размер выборки с ее временем удержания с помощью устоявшегося теоретического подхода (теория FFF) или путем сравнения его со временем удержания четко определенных стандартов размера частиц (внешняя калибровка размера).

Здесь мы описываем разработку и внутренние проверки стандартной операционной процедуры (SOP) для размера неизвестного образца наночастиц золота AF4 в сочетании с УФ-визави обнаружения с использованием внешнего размера калибровки с золотыми стандартами наночастиц в диапазоне размеров 20-100 нм. Эта процедура содержит подробное описание разработанного рабочего процесса, включая подготовку образца, установку прибора AF4 и квалификацию, разработку метода AF4 и фракционирование неизвестного образца наночастиц золота, а также корреляцию полученных результатов с установленной калибровкой внешнего размера. Описанный здесь SOP в конечном итоге был успешно проверен в рамках межлабораторного исследования сравнения, подчеркивая отличную надежность и надежность AF4 для размера наночастиц образцов в подвеске.

Introduction

Золотые наночастицы (AuNP) в виде коллоидного золота были частью человеческой культуры задолго до того, как появилось понимание того, что такое наночастицы, и до того, как термин «наночастица» попал в современную научную лексику. Без четкого знания их наномасштабный внешний вид, приостановлено AuNP уже были использованы для медицинских и других целей в древнем Китае, Аравии и Индии в V-VI вековдо н.э. 1, а также древние римляне воспользовались их рубиново-красный цвет лихо пятно их керамики в Lycurgus Кубок выставке вБританском музее 2. В западном мире, на протяжении веков от средневековья до современной эпохи, приостановлено AuNP были преимущественно использованы в качестве красителей для стекла и эмали (Purpleкассиуса) 3, а также для лечения различных заболеваний (Potable Gold), особенносифилис 4.

Тем не менее, все эти исследования были в первую очередь сосредоточены на применении приостановлено AuNP и это было до Майкла Фарадея в 1857 году ввести первый рациональный подход к исследованию их формирования, их характер, а такжеих свойства 5. Хотя Фарадей уже знал, что эти AuNP должны иметь очень мельчайшие размеры, он не был до развития электронной микроскопии, когда явная информация об ихраспределении размера была доступна 6,7 , в конечномитогепозволяет корреляции между размером и другими свойствами AuNP.

В настоящее время, благодаря их довольно простой и простой синтез, замечательные оптические свойства (поверхностный плазмонный резонанс), хорошая химическая стабильность и, следовательно, незначительные токсичности, а также их высокая универсальность с точки зрения имеющихся размеров и поверхностных модификаций, AuNP нашли широкое применение втаких областях, как наноэлектроника 8,диагностика 9, рактерапии 10,или доставки лекарств 11. Очевидно, что для этих приложений, точное знание размера и размера распределения применяется AuNP является одним из основных предварительныхусловий для обеспечения оптимальной эффективности 12 и существует значительный спрос на надежные и надежные инструменты для определения этого важного физико-химического параметра. Сегодня существует множество аналитических методов, способных размер auNP в подвеске в том числе, например, УФ-виз спектроскопии (UV-vis)13, Динамический свет рассеяния (DLS)14 или одной частицы индуктивно-связанные плазмы масс-спектрометрии (spICP-MS)15 с поля потока фракции (FFF) является ключевымигроком в этой области 16,17,18,19,20.

Первый концептуально в 1966 году J. Calvin Giddings21, FFF включает в себя семейство elution основе методов фракционирования, где разделение происходит в тонкой, ленты, как канал без стационарнойфазы 22,23. В FFF разделение индуцируется взаимодействием образца с внешним силовым полем, которое действует перпендикулярно направлению потока ламинарного канала, в котором образец транспортируется вниз по течению обычно к соответствующим линейным детекторам. Среди связанных fFF-методов наиболее широко используемым подтипом 24 стала асимметричная фракция потока (AF4), где второй поток (перекрестный поток) выступает в качествесилового поля. В AF4 дно канала (накопительная стена) оснащено полуфильтрируемой ультрафильтрационной мембраной, которая способна удерживать образец, одновременно позволяя поперечному потоку проходить через мембрану и покидать канал через дополнительную розетку. Таким образом, поперечный поток может подтолкнуть образец к стене накопления, тем самым противодействуя его диффузионно-индуцированному потоку (браунианское движение). в результате равновесия полевых и диффузионных потоков; меньшие компоненты выборки, выставленные на более высокие диффузионные коэффициенты, выравниваются ближе к центру канала, в то время как более крупные компоненты выборки, выставленные на более низкие коэффициенты диффузии, находятся ближе к стене накопления. Из-за параболического профиля потока внутри канала, меньшие компоненты выборки, таким образом, транспортируются в более быстрых laminae потока канала и elute перед более крупными составляющими выборки. Использование параметра удержания FFF и уравнений диффузии Стокса-Эйнштейна, времени элюции и, соответственно, объема элюции образца в AF4 может быть непосредственно переведено в его гидродинамическийразмер 22. Здесь описанное поведение elution ссылается к нормальному режиму elution и обычно действительно для AF4 внутри ряд размера частицы между приблизительно 1-500 nm (иногда up to 2000 nm в зависимости от свойств частицы и параметров фракции) тогда как steric-hyperlayer elution обычно происходит над этимпорогом размера 25.

Существует три общих способа получения информации о размерах после разделения FFF. Так как FFF является модульным инструментом, он может быть объединен вниз по течению с несколькими детекторами, такими как чувствительные к размеру детекторы рассеяния света на основе принципа многоугольного рассеяния света (MALS)26,27, Динамическое рассеяние света (DLS)28,29, или даже сочетание обоих, чтобы получить дополнительнуюинформацию о форме 30,31. Однако, поскольку поведение удержания образца в канале FFF, как правило, регулируется четко определенными физическими силами, размер также может быть рассчитан с помощью математического подхода (теория FFF), где простой детектор концентрации (например, детектор УФ-виз) достаточно, чтобы указать наличие elutingобразца 32,33.

В качестве третьего варианта, мы здесь сообщаем о применениивнешнего размера калибровки 34,35 сиспользованием четко определенных стандартов AuNP в диапазоне размеров 20-100 нм для размера неизвестного образца наночастиц золота в подвеске с использованием AF4 в сочетании с УФ-визави обнаружения. Эта простая экспериментальная установка была выбрана специально, чтобы позволить как можно больше лабораторий присоединиться к международному межлабораторного сравнения (ILC), которое позже было выполнено в рамках проекта Европейского союза Horizon 2020 ACEnano на основе протокола, представленного здесь.

Protocol

1. Настройка системы AF4 Соберите картридж AF4 и соедините все аппаратные компоненты системы AF4 и детектор УФ-визави(Таблица материалов)в соответствии с инструкциями, приведенными в руководстве производителя. Установите все необходимые пакеты программного обеспечения для управления, сбора данных, обработки и оценки в соответствии с инструкциями, инструкциями, данными в руководстве производителя. Убедитесь, что установлены все необходимые сигнальные соединения между системой AF4 и детектором УФ-визави. Убедитесь, что установленные соединения AF4-UV-vis плотны и без утечек путем промывки установки с ультрапурной водой (UPW) в течение 15 минут (скорость потока наконечника 1мл-мин -1, скорость потока фокусировки 1 мл-1, и скорость перекрестного потока 1,5мл-мин -1). Для этого откройте программное обеспечение управления AF4 и введите скорость потока в соответствующие панели на правой верхней стороне посадочной страницы. При необходимости затяните соответствующие разъемы (фитинги) и повторите процедуру до тех пор, пока не будут наблюдаться утечки.ПРИМЕЧАНИЕ: Внутреннее давление системы во время всех измерений должно контролироваться и должно быть в пределах от 4 до 12 бар. В случае, если давление выше или ниже, задняя пресс-трубки должна быть скорректирована. Кроме того, тенденция давления канала должна быть постоянной в течение всего времени измерения.ПРИМЕЧАНИЕ: Если имеется печь канала, установите ее температуру до 25 градусов по Цельсию, чтобы обеспечить сопоставимые условия измерения во всех экспериментах AF4. 2. Подготовка решений и приостановок для квалификации системы AF4-UV-vis и анализа проб Решение для очистки Добавьте 8 г твердого гидроксида натрия (NaOH) и 2 г додекилового сульфата натрия (SDS) в 1 л UPW и перемешайте раствор до полного растворения. Элуент Добавьте 500 л фильтрованной смеси сурфактанта в 2 л фильтрованного и дегазации UPW для получения элюента (0,025% (v/v), рН около 9,4).ПРИМЕЧАНИЕ: Подробное описание соединений смеси сурфактанта дается в таблице 1 (также Таблица материалов). Произвольный стандарт размера AuNP для определения массового восстановления Vortex произвольного auNP размер стандарта (50мг-л -1) в течение 2 мин и разбавить его 1:4 с UPW, чтобы получить окончательную концентрацию массы 12,5мг-л -1. Vortex в течение дополнительных 2 минут после разбавления гомогенизировать полученную подвеску.ВНИМАНИЕ: Необходимые меры предосторожности и подходящее защитное оборудование необходимы при работе с химическими веществами, особенно гранулами NaOH.ПРИМЕЧАНИЕ: Как правило, рекомендуется де-газ и фильтровать все необходимые решения (за исключением очистки раствора) с помощью мембранного фильтра 0,1 мкм (гидрофильные PVDF или аналогичные), чтобы обеспечить низкий фон частиц во время AF4-UV-виз-экспериментов. Это может быть установлено либо выделенным блоком фильтрации вакуума, либо с помощью шприц-фильтров. 3. Квалификация системы AF4-UV-vis Используйте настройки программного обеспечения, описанные в шаге 1.4, чтобы промыть систему с решением для очистки в течение 30 минут (Скорость потока Совет1 mL-min -1, Скорость потока фокусировки 1mL-min -1, и скорость перекрестного потока 1.5mL-min -1). Измените соответствующие eluent бутылку и промыть систему с UPW в течение 20 минут (Тип скорости потока 1мл-мин -1, Фокус скорость потока 1мл-мин -1, и скорость перекрестного потока 1,5 мл-мин -1). Замените соответствующие фильтры inline насоса. Откройте картридж AF4 и замените мембрану AF4. Соборьте картридж AF4 и подключите его к системе AF4-UV-vis. Промыть очищенную систему AF4-UV-vis с элюентом в течение не менее 30 минут, чтобы уравночные мембраны и стабилизировать систему (Тип потока скорость 1мл-мин -1, Скорость потока фокусировки 1мл-мин -1, и скорость перекрестного потока 1,5мл-мин -1). Проверьте возможные утечки снова (см. шаг 1.4). Квалифицируют систему AF4-UV-vis, определяя массовое восстановление и изменение времени удержания с помощью произвольного стандарта размера AuNP. Выполните прямую инъекцию без применения силы разделения. Создайте новый файл измерения, открыв файл | Новые | Запуск в программном обеспечении управления AF4. Определите описание выборки и измерения, а также объем инъекций и имя образца в вкладке Run. Условия измерения отображаются в таблице 2. Установите параметры измерения во второй вкладке FFF метод в соответствии с таблицей 2. Нажмите на кнопку Run, чтобы начать измерение. Выполните фракционый запуск с применением силы разделения (перекрестный поток). Определите метод фракциотации, описанный в предыдущем разделе, используя условия фракции, указанные в таблице 3. Нажмите на кнопку Run, чтобы начать измерение. Выполните измерение в четыре раза.ПРИМЕЧАНИЕ: Первый запуск направлен на кондиционирование системы (т.е. мембраны AF4) и будет исключен из окончательной оценки результатов квалификации системы.ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется сохранить все генерируемые файлы запуска, открыв файл | Сохранить в программном обеспечении управления AF4. Рассмотрим AF4-UV-виз-системы квалифицированных, если массовое восстановление в размере 80% и изменение времени удержания Lt;2% получено для произвольного стандарта размера AuNP. При использовании автоамплеера в качестве системы впрыска заполните бутылку автоамплеера для мытья иглы тем же раствором, который прокачивается через систему AF4-UV-vis (например, решение для очистки, UPW или соответствующий элюент), чтобы обеспечить оптимальные условия работы. При изменении элюента, как правило, рекомендуется следить за повторной эквилибрации AF4-системы путем мониторинга УФ-визави-детектор сигнала до тех пор, пока его базовый остается стабильным на постоянном уровне. 4. Анализ образцов AF4-UV-vis Подготовь все стандарты размера AuNP для калибровки внешнего размера путем вихревого соответствующего подвески AuNP (20 нм, 40 нм, 80 нм, 100 нм, каждые 50 мг. L-1) в течение 2 мин и разбавить его 1:4 с UPW, чтобы получить окончательную концентрацию массы 12,5мг-л -1. Vortex в течение еще 2 минут после разбавления гомогенизировать полученные суспензии. Подготовь неизвестную выборку AuNP для анализа, применяя ту же процедуру, что и для стандартов калибровки, описанных в шаге 4.1. Выполните измерение прямого впрыска всех стандартов размера AuNP с помощью метода AF4, отображаемого в таблице 2. Для этого введите соответствующие значения, обобщенные в таблице 2, в программное обеспечение производителя в соответствующих положениях для определения параметров разделения и выборки и нажмите кнопку Run, чтобы начать эксперимент. Фракционировать каждый стандарт размера AuNP индивидуально с помощью метода AF4, отображаемого в таблице 3, для создания функции калибровки внешнего размера. Введите соответствующие значения, обобщенные в таблице 3, в программное обеспечение производителя на соответствующих позициях. Метод фракциотации определяется шагом фокусировки, несколькими шагами элюции и шагом полоскания. После настройки метода нажмите кнопку Run, чтобы начать эксперимент. Выполните прямое измерение впрыска неизвестного образца AuNP с помощью метода AF4, отображаемого в таблице 2. Выполните фракциацию неизвестного образца AuNP, проведя метод AF4, перечисленный в таблице 3. Проведение всех измерений, упомянутых в разделе 3 и 4, в три случае, если не указано иное для обеспечения значимых и статистически значимых результатов. Перед использованием храните подвески на50 мг/л -1 AuNP при 4-8 градусах Цельсия. Разбавленные подвески AuNP идеально подготовлены в течение 30 минут до применения.ПРИМЕЧАНИЕ: Вихри, как правило, достаточно, и не ультразвук подвески не требуется. Для обеспечения корреляции времени хранения неизвестной выборки AuNP со временем удержания, полученным для стандартов размера AuNP, измерьте все образцы с использованием одного и того же метода AF4.ПРИМЕЧАНИЕ: Для обеспечения постоянных и действительных условий разделения включите/повторите этап фракционации, описанный в разделе квалификации системы (см. шаг 3.6.2) после определенного числа выборочных измерений (например, 10 измерений). Кроме того, давление системы записи и УФ-визави детектор базовой стабильности. Они должны оставаться стабильными и постоянными вдоль полного AF4-UV-виз перспективе.ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно, заменить ультрафильтрационной мембраны, когда УФ-визави детектор (или Multi Angle Light Scattering (MALS) детектор, если таковые имеются) показывает повышенный уровень шума или определенные критерии квалификации системы, такие как восстановление, образец пиковой формы, или повторяемость пропущены (или AF4-UV-виз-система была подвергнута тщательной процедуре очистки). В условиях, описанных здесь, квалифицированная система AF4-UV-vis обычно стабильна для по крайней мере 50 измерений с использованием той же мембраны; однако число возможных последовательных измерений, отличаемых определенными критериями качества, может существенно различаться в зависимости от выборки, выборочных матриц и состава элюента. 5. Оценка данных Выполните расчет массового восстановления с помощью программного обеспечения для оценки данных, предоставляемого производителем системы AF4-UV-vis, или анализа электронных таблиц после экспорта всех необходимых необработанных данных (т.е. УФ-виз пиковой области) из соответствующего программного обеспечения для сбора данных в соответствии с инструкциями, инструкциями, представленными в руководстве производителя. Рассчитайте восстановление массы AuNP, сравнив области под соответствующими пиками УФ-визави измерения фракционирования(фракционирование)и измерения прямого впрыска(прямой впрыск)с использованием следующего уравнения:ПРИМЕЧАНИЕ: Во время измерения прямой инъекции не применяется сила разделения, и поэтому потенциальное взаимодействие аналитного вида со стеной накопления может быть проигнорировано. Область под соответствующим УФ-пиком может быть непосредственно коррелирована с массой AuNP с использованием закона Beer-Lambert, предполагая, что ни один другой вид в образце не поглощается на соответствующей длине волны и/или i) elutes в другое время удержания при условиях фракционации ii) удаляется через мембрану AF4. Импорт DAT. файлы, полученные как от прямого впрыска и фракционации перспективе. Выберите след детектора UV-vis во вкладке Обзор. Определите регион интереса (ROI) и базовый уровень сигнала и базового представления для всех измерений. Вставьте калибровку прямого впрыска через insert. Выберите все прямые впрыски в представлении Direct Injection Calibration Settings и введите коэффициент УФ-вымирания.ПРИМЕЧАНИЕ: Важно использовать один и тот же коэффициент УФ-виз вымирания как для калибровки, так и для измерения фракционации. Установите калибровочную линию с использованием области под следом сигнала UV-vis в пределах рентабельности инвестиций и впрыскиваемого количества, рассчитанного из введенной концентрации и объема впрыска. Полученная калибровка будет показана в отдельном окне функции калибровки прямых инъекций. Назначить функцию калибровки соответствующим измерениям фракционации.ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждого стандарта размера калибровки и неизвестного образца AuNP необходимо установить отдельную функцию калибровки из-за размера зависимого УФ-излучения поглощения AuNP. Этот недостаток детектора UV-vis можно обойти с помощью детектора, чувствительного к массе, такого как ICP-MS. Выполните анализ, вставив расчет количественных результатов, и результаты будут отображаться в таблице справа в качестве значений концентрации и вводимого количества. Рассчитайте изменение времени хранения с помощью программного обеспечения для оценки данных, предоставляемого производителем системы AF4, или анализа электронных таблиц после экспорта всех необходимых необработанных данных (т.е. времени хранения стандартов калибровки AuNP в соответствующих пиковых максимах УФ-виз и соответствующих недействительных времени) из соответствующего программного обеспечения для сбора данных в соответствии с инструкциями, инструкциями, представленными в руководстве производителя. Откройте окно Overview для отображения соответствующих УФ-следов для всех импортированных измерений. Пиковое обнаружение будет выполняться автоматически; отрегулируйте пиковые параметры обнаружения в наборе инструментов обработки сигналов для оптимизации производительности. Извлекайте соответствующие пиковые максимы, пройдите через все файлы измерений. Рассчитайте относительное стандартное отклонение для всех измерений, используя следующее уравнение:Расчет также может быть выполнен с помощью соответствующего программного обеспечения электронной таблицы. Выполняйте определение размера с помощью программного обеспечения для оценки данных, предоставляемого производителем, или анализа электронных таблиц после экспорта всех необходимых необработанных данных (время хранения на UV-vis пиковый максимум аналитического и соответствующего времени пустоты) из соответствующего программного обеспечения для сбора данных в соответствии с инструкциями, данными, инструкциями, приведенной в руководстве производителя. Функция калибровки внешнего размера может быть установлена путем построения времени корректирования времени удержания пустоты (чистое время удержания, см. таблицу 5) стандартовразмера AuNP (20 нм, 40 нм, 80 нм, 100 нм) по отношению к их гидродинамическим размерам, полученным в результате ранее выполненных измерений DLS (см. таблицу 4).ПРИМЕЧАНИЕ: Измерения DLS должны проводиться идеально в тот же день, что и соответствующие измерения фракционочных данных для обеспечения сопоставимых свойств выборки. После импорта .dat файлов все измерения отображаются во вкладке Обзор. Выберите сигнал детектора UV-vis из списка детекторов, который отображается под окном наложения. Определите рентабельность инвестиций и базовый уровень для каждого измерения, который может быть скорректирован в представлении сигнала и базового уровня. Используйте набор инструментов обработки сигналов справа для сглаживания шумных сигналов. Используйте параметры обработки назначений для других функций запусков, чтобы параметры были выделены для других измерений, соответственно сигналов. Выберите калибровку размера частиц из вкладки Вставка. Выберите все калибровочные трассы, нажав на соответствующее измерение в таблице Select References for Calibration в правом верхнем направлении. Все выбранные измерения будут отображаться в таблице ниже. Введите гидродинамический радиус для всех измерений калибровки, которые указаны в таблице 4. Функция будет отображаться в калибровке размера частицы – Функция окна и уравнение будет показано также.ПРИМЕЧАНИЕ: Коэффициент корреляции (R2)установленной функции калибровки размера должен быть ≥0.990. Назначьте функцию калибровки измерениям неизвестной выборки AuNP, выбрав соответствующие фракционирования в списке избранных запусков для назначения. Отображение результатов путем открытия расчета распределения размера частиц во вкладке вставки. Ранее созданная калибровка размера частиц будет указана как калибровка для неизвестных измерений образца AuNP, которая отображается в правильных настройках окна. Рассчитанный размер будет показан в окне распределения размера, помеченном до максимального максимума. Выберите средние сигналы для флажка образца, чтобы усредить все измерения одного образца и перечислить результат в максимальной метке пика. Кроме того, навеяйте линию калибровки над фрактограммой, выбрав чекбокс кривой калибровки Show. Совокупный размер дистрибутива доступен путем выбора накопительной флажки распределения Show.ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании программного обеспечения производителя для оценки данных рекомендуется добавить все результаты в отчет, который может быть получен путем нажатия на отчет внутри вкладки Insert. Кнопка Отчета добавляет все результаты, таблицы и диаграммы к документу. В соответствии с вкладкой Отчет настройки отчета могут быть изменены путем открытия настройки Отчета в разделе Документ.

Representative Results

Во-первых, стандарты размера AuNP были дробированы AF4 и обнаружены УФ-виз измерения абсорбционности AuNP на длине волны 532 нм (поверхностный плазмоновый резонанс AuNP). Наложение полученных фрактограмм представлено на рисунке 1. Время удержания каждого AuNP в соответствующем максимуме УФ-визави, полученном в результате тройного измерения, перечислено в таблице 5. Относительное стандартное отклонение всех времен удержания было ниже 1,1% при уменьшении дисперсии измерений с увеличением размера. В целом была достигнута отличная повторяемость. Применялась постоянная сила разъединения, что привело к линейной взаимосвязи времени элюции и гидродинамических размеров. Линия калибровки внешнего размера была установлена путем построения указанного гидродинамического радиуса на фоне времени пустоты, скорректированного времени элюции (время хранения сети). Линейный регрессионный анализ привел к линейной функции калибровки с перехватом -3,373 нм ± 1,716 нм и наклоном b – 1,209нм -мин -1 ± 0,055нм -1. Линейное поведение элюции было подтверждено коэффициентом корреляции в квадрате R2 из 0,9958. Соответствующая функция калибровки визуально отображается на рисунке 2. Вторая часть касалась анализа неизвестной выборки AuNP. Три алицита выборки были подготовлены в соответствии с процедурой, описанной в разделе протокола(раздел 4.2). Каждая из трех алицитов была исследована в три раза с использованием того же метода фракционизации AF4, который также применялся для стандартов размера AuNP. Все девять АФ4-УФ-визави фрактограмм, которые были получены из неизвестной выборки AuNP представлены на рисунке 3 и их соответствующие оценки суммируются в таблице 6. Относительно стандартное отклонение соответствующих времен удержания было значительно низким и колебалось от 0,1% до 0,5%. Используя функцию калибровки размера частиц, полученную в результате фракционирования стандартов размера AuNP и соотнося ее с полученным временем удержания неизвестного образца AuNP на максимуме пика УФ-виз, можно было бы рассчитать общий средний гидродинамический радиус 29,4 нм ± 0,2 нм. Кроме того, было получено разумное массовое восстановление 83,1% ± 1,2%, что свидетельствует об отсутствие значительной агломерации или растворении образца AuNP или значительной асорпции частиц на поверхности мембраны. На рисунке 4 отображается полученное распределение размера частиц со всеми девятью следами УФ-сигнала, усреднения, подчеркивающие отличную надежность применяемого метода AF4. Рисунок 1: АФ4-УФ-визави фрактограммы, полученные в результате тройного анализа четырех отдельных стандартов калибровки размера AuNP с нормализованной интенсивности сигнала и применяется постоянная скорость перекрестного потока (черная линия). Пик пустоты выделен серым цветом около 5,9 мин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 2: Получена функция калибровки внешнего размера, включая бары ошибок, полученные из соответствующих стандартных отклонений измерений DLS(таблица 4)и отклонений в полученном времени удержания AF4(таблица 5), после построения указанного гидродинамического радиуса против времени удержания каждого отдельного стандарта калибровки размера AuNP на его соответствующем пиковом максимуме. Функция линейной калибровки со стандартными ошибками в виде y a bx с -3,373 нм ± 1,716 нм и b 1,209 нм-1 ± 0,055 нм-1 была рассчитана на основе линейного регрессивного анализа. Был определен квадратный коэффициент корреляции с R2 и 0.9958, указывающий на линейную связь. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 3: AF4-UV-vis фрактограммы тройного измерения трех алицитов, отображающих неизвестный AuNP. Применяемая постоянная скорость перекрестного потока в течение времени измерения иллюстрируется как черная линия. Пик пустоты около 5,9 мин выделен серым цветом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 4: Наложение полученного среднего распределения размера частиц (красного) неизвестного образца AuNP и прикладной линейной функции калибровки (пунктирная линия). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Компонент CAS-Нет Вес (%) Вода 7732-18-5 88.8 9-Octadecenoic кислоты (я)-, соединение с 2,2′,2′-nitrilotris(этанол) (1:1) 2717-15-9 3.8 Карбонат натрия 497-19-8 2.7 Алкоголь, C12-14-вторичный, этиксилированный 84133-50-6 1.8 Тетрасодий ЭДТА 64-02-8 1.4 Полиэтиленгликоль 25322-68-3 0.9 Олеат натрия 143-19-1 0.5 Бикарбонат натрия 144-55-8 0.1 Таблица 1: Список компонентов смеси сурфактанта, используемой для приготовления элюента (см. также Таблицу материалов). Параметры AF4-UV-vis Единицы Значение Толщина Спейсера Мкм 350 Скорость потока детектора мл мин-1 0.5 Скорость перекрестного потока мл мин-1 0 (постоянная в течение 8 мин) Скорость потока фокусировки мл мин-1 0 Время задержки / время стабилизации Мин 0 Скорость потока инъекций мл мин-1 0.5 Переходное время Мин 0 Время инъекций Мин 0.1 Элюционный шаг Мин 8 Время шага полоскания Мин 0.1 Скорость потока шага полоскания мл мин-1 0.1 Объем инъекций Мкл 10 Концентрация образцов мг L-1 12.5 Тип мембраны Регенерированная целлюлоза Мембрана молекулярного веса отрезания Kda 10 Элуент 0,025% (v/v) сурфактантная смесь УФ-визави длина волны Нм 532 Чувствительность УФ-виз – 0.001 Таблица 2: Резюме параметров метода фракционации AF4-UV-vis для выполнения прямого запуска впрыска без применения силы разделения. Параметры AF4-UV-vis Единицы Значение Толщина Спейсера Мкм 350 Скорость потока детектора мл мин-1 0.5 Скорость перекрестного потока мл мин-1 1 (60 мин константа, 10 мин линейный) Скорость потока фокусировки мл мин-1 1.3 Время задержки / время стабилизации Мин 2 Скорость потока инъекций мл мин-1 0.2 Переходное время Мин 0.2 Время инъекций Мин 5 Элюционный шаг Мин 70 (60 мин константа, 10 мин линейный) Шаг полоскания Мин 9 Скорость потока шага полоскания мл мин-1 0.5 Объем инъекций Мкл 50 Концентрация образцов мг L-1 12.5 Тип мембраны Регенерированная целлюлоза Мембрана молекулярного веса отрезания Kda 10 Элуент 0,025% (v/v) сурфактантная смесь УФ-визави длина волны Нм 532 Чувствительность УФ-виз – 0.001 Таблица 3: Резюме параметров метода фракции AF4-UV-vis для выполнения фракционования с применением перекрестного потока в качестве силы разделения. Стандарт калибровки Капинг агент Средний размер (TEM) (нм) CV (средний размер TEM) (%) Потенциал Зета (mV) SD (потенциал зеты) (mV) Гидродинамический радиус (DLS) (нм) SD (гидродинамический радиус) (нм) Pdi SD (PDI) AuNP 20 нм Цитрат 20.1 ≤ 8 -48.9 1.5 10.95 0.12 0.082 0.009 AuNP 40 нм Цитрат 40.8 ≤ 8 -30.4 1.0 20.30 0.13 0.127 0.006 AuNP 80 нм Цитрат 79.2 ≤ 8 -51.5 1.3 38.85 0.23 0.138 0.013 AuNP 100 нм Цитрат 102.2 ≤ 8 -50.9 0.9 52.30 0.37 0.078 0.009 Таблица 4: Резюме физико-химических параметров применяемых стандартов калибровки AuNP, включая укупорки агента, средний размер TEM, потенциал Зеты, определяемый в родной подвеске, а также гидродинамический радиус DLS и индекс полидисперсности (PDI), определяемый в элюенте. Стандарт калибровки Запустить Время удержания на пиковом максимуме (мин) Чистое время удержания на пиковом максимуме (мин) Среднее чистое время удержания (мин) SD (%) (чистое время удержания) SD (мин) (чистое время удержания) AuNP 20 нм 1 17.368 11.468 11.56 1.02 0.12 2 17.409 11.509 3 17.589 11.689 AuNP 40 нм 1 25.316 19.416 19.49 0.68 0.13 2 25.32 19.42 3 25.548 19.648 AuNP 80 нм 1 42.095 36.195 36.29 0.23 0.08 2 42.219 36.319 3 42.257 36.357 AuNP 100 нм 1 50.975 45.075 45.06 0.07 0.03 2 50.924 45.024 3 50.986 45.086 Таблица 5: Время удержания стандартов калибровки AuNP на соответствующем максимуме УФ-Vis, полученном из соответствующих AF4-UV-vis fractograms с использованием метода, описанного в таблице 3. Алицит Запустить Максимальное время удержания (мин) Среднее время удержания на пиковом максимуме (мин) Чистое время удержания на пиковом максимуме (мин) SD (%) время удержания Гидродинамический радиус (нм) Восстановление (%) 1 1 32.689 32.70 26.789 0.07 29.03 85.34 2 32.687 26.787 3 32.719 26.819 2 1 32.989 33.08 27.089 0.37 29.49 81.73 2 33.073 27.173 3 33.187 27.287 3 1 33.053 33.14 27.153 0.49 29.56 82.14 2 33.071 27.171 3 33.291 27.391 Таблица 6: Резюме времени удержания на соответствующем максимуме пика UV-Vis, гидродинамический радиус, рассчитанный на основе калибровкивнешнего размера (рисунок 2) и скоростьвосстановления неизвестной выборки AuNP, полученной на основе анализа AF4-UV-vis.

Discussion

Гидродинамический размер неизвестного AuNP был точно оценен AF4 в сочетании с детектором УФ-визави с использованием четко определенных стандартов размера AuNP в диапазоне от 20 нм до 100 нм. Разработанный метод AF4 был оптимизирован с использованием постоянного профиля перекрестного потока для установления линейной взаимосвязи между измеренным временем удержания и размером AuNP, что позволило просто определить размер на основе линейного регрессивного анализа. Особое внимание было также сосредоточено на достижении достаточно высоких показателей восстановления, указывающих на отсутствие значительных потерь выборки во время фракционирования, и что разработанный метод АФ4, включая применяемый элюент и мембрану, хорошо соответствовал всем дробируемым образцам АУНП.

Разработка метода, возможно, является наиболее важным шагом в AF4 и несколько параметров, в том числе размеры канала, параметры потока, а также элюент, мембрана, высота пространства, и даже образцы свойства должны быть приняты во внимание для того, чтобы улучшить фракционирование в течение данного окна elution времени. Цель этого пункта состоит в том, чтобы направлять читателя через критические шаги, которые были оптимизированы, чтобы успешно определить размер неизвестного образца AuNP, обсуждаемого здесь. Для более подробного описания того, как вообще разработать метод AF4, читатель относится к разделу AF4 ‘ISO/TS21362:2018 – Nanotechnologies – Анализ нано-объектов с использованием асимметричного потока и центробежной фракционации потока поля’25. При более внимательном рассмотрении прикладных условий фракционной доли, данных в таблице 3,первым важным шагом является введение и расслабление образца AuNP в канале AF4. Этот шаг регулируется потоком впрыска, потоком фокусировки и перекрестным потоком, взаимодействие которого заставляет образец находить близко к поверхности мембраны и концентрировать его в узкой полосе возле порта впрыска канала AF4, в основном определяя отправную точку фракционирования. Достаточное расслабление выборки является обязательным, поскольку на этом этапе выборочных компонентов различных размеров находятся на разных высотах канала AF4, обеспечивая тем самым основу для успешной фракционной размера. Неполное расслабление выборки обычно видно по увеличенной области пика пустоты в результате неустановимых (т.е. неразвимых) компонентов выборки. Этот эффект можно смягчить за счет увеличения времени инъекций и/или применяемой скорости перекрестного потока. Тем не менее, оба параметра нуждаются в тщательной оптимизации, особенно для образцов, которые подвержены агломерации и асторции на мембране AF4, и могут контролироваться соответствующими темпами восстановления, полученными для различных параметровнастройки 36,37. Прикладное время впрыска в 5 мин вместе с перекрестной скоростью потока 1,0мл-мин -1 выявили скорость восстановления для всех образцов AuNP и незначительную площадь пика пустоты, указывая на почти оптимальные условия релаксации. После достаточного ослабления образца AuNP поток фокусировки был остановлен, и был начат пробный транспорт по длине канала AF4 к соответствующему детектору УФ-визави, что представляет собой второй критический шаг. Для обеспечения достаточно высокой мощности фракционации в разумные сроки анализа применяется постоянная скорость перекрестного потока 1,0 мл-1 в течение 30-50 минут (в зависимости от соответствующего стандарта размера auNP), за которой следует 10-минутный линейный распад поперечного потока при скорости потока детектора 0,5 млмин -1. Использование постоянного профиля перекрестного потока при разделении всех стандартов размера AuNP выявило линейную связь между временем удержания и размером AuNP после FFF-теории22,что позволило определить размер неизвестной выборки AuNP с помощью простого линейного регрессивного анализа. Тем не менее, профили, кроме постоянного перекрестного потока, также были использованы для размера наночастиц, что в конечном итоге приводит к нелинейной взаимосвязи между временем удержания иразмером частиц 38,39. Кроме того, определение размера в AF4 с использованием четко определенных стандартов размера не ограничивается AuNP, но также может быть применено к наночастицы с другими размерами и элементарный состав (например,серебро 38,40 или кремнеземананочастицы 41,42). Кроме того, при работе с разбавленными образцами, ICP-MS является высокочувствительным элементарным детектором, который может быть соединен с AF4, добавляя к универсальности этого аналитического подхода для размера большого разнообразия наночастиц в подвеске.

Несмотря на широкое применение, калибровка внешних размеров с использованием четко определенных стандартов размера в AF4 имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать при использовании его для точного размера неизвестных образцов. Прежде всего, она в значительной степени зависит от применения сопоставимых условий при фракциотации соответствующих стандартов размера и фактической выборки. Поэтому в случае, представленном здесь, обязательно, чтобы стандарты размера AuNP, а также неизвестная выборка AuNP были дробированы с использованием того же метода AF4, а также одного и того же элюента и одной и той же мембраны, что делает этот подход совершенно негибким. Кроме того, не имея под рукой детекторов, чувствительных к размеру, например рассеяния света (MALS и DLS), трудно определить, работает ли соответствующий метод AF4 с использованием стандартов размера достаточно хорошо или нет. Это особенно верно для неизвестных образцов, которые демонстрируют очень широкие распределения размеров, где остается неясным, все ли компоненты выборки следуют нормальной модели elution: фракционирование от меньших до больших частиц, или же большие компоненты выборки уже elute в стерико-гиперслойном режиме тем самым потенциально совместно с меньшими компонентамиобразца 43,44. Кроме того, хотя FFF-теория подчеркивает, что AF4 отделяется исключительно на основе различий в гидродинамических размеров с частицами считаются точечные массы без каких-либовзаимодействий с окружающей средой 22, реальность рассказывает другую историю с частицами частиц и частиц-мембран взаимодействия (например, электростатическое притяжение / отвращение или ван-дер-Ваалы притяжения) может играть значительную роль ипотенциальноможет ввести измеримые смещенияв размерах определения через внешний размер. Поэтому рекомендуется использовать стандарты размера, которые идеально соответствуют составу и свойствам поверхности (потенциал Зета) частицыинтереса 40,42 или, если они недоступны, по крайней мере, использовать хорошо охарактеризованные стандарты размера частиц (например, полистироловые частицы латекса) и тщательно оценить их сопоставимость с частицами, представляющимиинтерес,особенно с точки зрения их поверхности зета потенциал в соответствующей среде, в которой анализ должен быть проведен41,47.

Универсальность AF4 часто считается его наибольшей силой, так как он предлагает диапазон приложений, который выходит за рамки большинства других распространенных методовразмера в этой области 22,48,49. В то же время, из-за связанной с ним предположительно сложности, он также может рассматриваться как его наиболее значительный недостаток, особенно в отношении быстрых и якобы простых в использовании методов размеров, таких как DLS, анализ слежения за наночастицами или одной частицы ICP-MS. Тем не менее, если рассматривать AF4 в перспективе с помощью этих популярных методов размеров, становится ясно, что все методы имеют свои плюсы и минусы, но все они способствуют более всестороннему пониманию физико-химической природы наночастиц и поэтому должны рассматриваться как взаимодополняющие, а не конкурентоспособные.

Стандартная операционная процедура (SOP), представленная здесь, подчеркивает отличную применимость AF4-UV-vis с калибровкой внешнего размера для калибровки неизвестного образца AuNP в подвеске и в конечном итоге была применена в качестве рекомендуемого руководства для анализа AF4 неизвестной выборки AuNP в рамках международного межлабораторного сравнения (ILC), которое было проведено в рамках проекта Horizon 2020, ACEnano (результат этого проекта). Таким образом, этот протокол дополняет обнадеживающие и текущие международные усилия по проверке и стандартизации методологий AF425,50,51,52, что подтверждает многообещающий потенциал AF4 в области характеристики наночастиц.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить весь консорциум ACEnano за плодотворные обсуждения на всех этапах подготовки представленного здесь протокола. Авторы также высоко оценивают финансирование программы Европейского союза Horizon 2020 (H2020) в рамках грантового соглашения No 720952 в рамках проекта ACEnano.

Materials

0.1 µm Membrane Filters (hydrophilic PVDF) Postnova Analytics GmbH Z-FIL-TEF-002 Used for filtration of aqueous solutions
0.22 µm PVDF Syringe Filter (d = 33 mm) Merck Millipore Durapore Millex Used for filtration of NovaChem100
Adjustable Volume Pipettes (1000 µL) Eppendorf AG Research Plus Used to prepare diluted AuNP suspensions
AF4 cartridge Postnova Analytics GmbH AF2000 MF – AF4 Analytical Channel Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
AF4 Membrane – Regenerated Cellulose (10 kDa MWCO) Postnova Analytics GmbH Z-AF4-MEM-612-10KD Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Analytical Balance (0.1 mg precision) Sartorius ENTRIS124I-1S Used to weigh SDS and NaOH pellets for preparation of cleaning solution
Autosampler Postnova Analytics GmbH PN5300 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Channel Oven Postnova Analytics GmbH PN4020 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Crossflow Module Postnova Analytics GmbH AF2000 MF Control Module Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Disposable Pipette Tips (1000 µL) Eppendorf AG ep T.I.P.S Used to prepare diluted AuNP suspensions
Flasks (e.g. 2 liter volume) neoLab 1-0199 Used for eluent storage
Focus Pump Postnova Analytics GmbH PN1131 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Glass Vials (e.g. 1.5 mL volume) Postnova Analytics GmbH VIA-002 Used for sample storage
Gold Nanoparticle Size Standards (20 nm, 40 nm, 80 nm, 100 nm) Postnova Analytics GmbH NovaCal Gold 50 mg L-1 each, used to establish the size calibration function
Magnetic Stirrer IKA VIBRAX-VXR Used to accelerate dissolution of SDS and NaOH pellets in UPW
Personal Computer (PC) Dell Technologies / Unit to control AF4 runs, record and evaluate collected data, for necessary hardware and software requirements the reader is referred to the Postnova AF2000 manual
Personal protection gear (gloves, lab coat, glasses etc.) / / In accordance with respective laboratory’s safety rules for working with chemicals including engineered nanomaterials
Screw Top for Glass Vials (e.g. 1.5 mL volume) Postnova Analytics GmbH Z-VIA-09150868 Used for sample storage
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), ≥99 %, Blotting Grade Carl Roth GmbH & Co KG 2326.1 Used for the preparation of the cleaning solution
Sodium Hydroxide (NaOH) Pellets, ≥98 %, p.a Carl Roth GmbH & Co KG 6771.1 Used for the preparation of the cleaning solution
Software Package for Control and Data Acquisition Postnova Analytics GmbH NovaFFF AF2000 Software Software for performing Af4 runs and data aquisition, for necessary hardware and software requirements the reader is referred to the Postnova AF2000 manual
Software Package for Data Evaluation Postnova Analytics GmbH NovaAnalysis Software Software for AF4 data evaluation, for necessary hardware and software requirements the reader is referred to the Postnova NovaAnalysis manual
Software Package for final Data Processing OriginLab Corporation Origin 2019 Used for final data processing
Solvent Degasser Postnova Analytics GmbH PN7520 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Solvent Selector Postnova Analytics GmbH PN7310 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Solvent Organizer Postnova Analytics GmbH PN7140 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Surfactant Mixture Postnova Analytics GmbH NovaChem100 Mixture of different surfactants and salts used for eluent preparation
Tip Pump Postnova Analytics GmbH PN1130 Component of the AF2000 MF – MultiFlow FFF setup, which is described as AF4-system in the manuscript
Unknown AuNP sample BBI Solutions EM.GC60 60 nm AuNP sample used for size determination via size calibration function
UV-vis Detector Postnova Analytics GmbH PN3211 UV-vis detector For downstream coupling with the AF4 system
Vacuum Filtration Unit Postnova Analytics GmbH Eluent Filtration System Used to ensure low particle backgrounds and removal of dissolved air in the used eluents to ensure optimum AF4 fractionation conditions
Vortex IKA Vortex Genie 2 Used for homogenization of diluted AuNP suspensions
Water Purification System Merck Millipore Milli-Q Integral 5 Used to generate ultrapure water (UPW, 18.2 MΩcm resistivity) for preparation of cleaning solution, eluents and dilution of AuNP suspensions
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dykman, L. A., Khlebtsov, N. G. Gold nanoparticles in biology and medicine: recent advances and prospects. Acta Naturae. 3 (2), 34-55 (2011).
  2. Wagner, F. E., et al. Before striking gold in gold-ruby glass. Nature. 407 (6805), 691-692 (2000).
  3. Hunt, L. B. The true story of Purple of Cassius. Gold Bulletin. 9 (4), 134-139 (1976).
  4. Higby, G. J. Gold in medicine. Gold Bulletin. 15 (4), 130-140 (1982).
  5. Faraday, M. X. The Bakerian Lecture. -Experimental relations of gold (and other metals) to light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 147, 145-181 (1857).
  6. Borries, B. v., Kausche, G. A. Übermikroskopische Bestimmung der Form und Größenverteilung von Goldkolloiden. Kolloid-Zeitschrift. 90 (2), 132-141 (1940).
  7. Turkevich, J., Hillier, J. Electron Microscopy of Colloidal Systems. Analytical Chemistry. 21 (4), 475-485 (1949).
  8. Homberger, M., Simon, U. On the application potential of gold nanoparticles in nanoelectronics and biomedicine. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 368 (1915), 1405-1453 (2010).
  9. Cordeiro, M., Ferreira Carlos, F., Pedrosa, P., Lopez, A., Baptista, P. V. Gold Nanoparticles for Diagnostics: Advances towards Points of Care. Diagnostics. 6 (4), 43 (2016).
  10. Vines, J. B., Yoon, J. H., Ryu, N. E., Lim, D. J., Park, H. Gold Nanoparticles for Photothermal Cancer Therapy. Frontiers in Chemistry. 7, 167 (2019).
  11. Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Therapeutic Delivery. 3 (4), 457-478 (2012).
  12. Safh, B. P., Antosh, M. Effect of size on gold nanoparticles in radiation therapy: Uptake and survival effects. Journal of Nanomedicine. 2 (1), 1013-1020 (2019).
  13. Haiss, W., Thanh, N. T. K., Aveyard, J., Fernig, D. G. Determination of size and concentration of gold nanoparticles from UV-Vis spectra. Analytical Chemistry. 79 (11), 4215-4221 (2007).
  14. Zheng, T., Bott, S., Huo, Q. Techniques for accurate sizing of gold nanoparticles using dynamic light scattering with particular application to chemical and biological sensing based on aggregate formation. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (33), 21585-21594 (2016).
  15. Liu, J., Murphy, K. E., MacCuspie, R. I., Winchester, M. R. Capabilities of single particle inductively coupled plasma mass spectrometry for the size measurement of nanoparticles: a case study on gold nanoparticles. Analytical Chemistry. 86 (7), 3405-3414 (2014).
  16. Contado, C., Argazzi, R. Size sorting of citrate reduced gold nanoparticles by sedimentation field-flow fractionation. Journal of Chromatography. A. 1216 (52), 9088-9098 (2009).
  17. Calzolai, L., Gilliland, D., Garcìa, C. P., Rossi, F. Separation and characterization of gold nanoparticle mixtures by flow-field-flow fractionation. Journal of Chromatography. A. 1218 (27), 4234-4239 (2011).
  18. Schmidt, B., et al. Quantitative characterization of gold nanoparticles by field-flow fractionation coupled online with light scattering detection and inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical Chemistry. 83 (7), 2461-2468 (2011).
  19. Mekprayoon, S., Siripinyanond, A. Performance evaluation of flow field-flow fractionation and electrothermal atomic absorption spectrometry for size characterization of gold nanoparticles. Journal of Chromatography. A. , (2019).
  20. López-Sanz, S., Rodríguez Fariñas, N., Zougagh, M., Rios, A., Rodriguez Martín-Doimeadios, R. C. C. AF4-ICP-MS as a powerful tool for the separation of gold nanorods and nanospheres. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. , (2020).
  21. Giddings, C. J. A new separation concept based on a coupling of concentration and flow nonuniformities. Separation Science. 1 (1), 123-125 (1966).
  22. Schimpf, M. E., Caldwell, K., Giddings, J. C. . Field-flow fractionation handbook. , (2000).
  23. Contado, C. Field flow fractionation techniques to explore the “nano-world”. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 409 (10), 2501-2518 (2017).
  24. Wahlund, K. G., Giddings, J. C. Properties of an asymmetrical flow field-flow fractionation channel having one permeable wall. Analytical Chemistry. 59 (9), 1332-1339 (1987).
  25. ISO. ISO /TS 21362:2018 Nanotechnologies – of nano-objects using asymmetrical-flow and centrifugal field-flow fractionation. ISO. , (2018).
  26. Gogos, A., Kaegi, R., Zenobi, R., Bucheli, T. D. Capabilities of asymmetric flow field-flow fractionation coupled to multi-angle light scattering to detect carbon nanotubes in soot and soil. Environmental Science: Nano. 6 (1), 584-594 (2014).
  27. Müller, D., et al. Integration of inverse supercritical fluid extraction and miniaturized asymmetrical flow field-flow fractionation for the rapid analysis of nanoparticles in sunscreens. Analytical Chemistry. 90 (5), 3189-3195 (2018).
  28. Capomaccio, R., et al. Gold nanoparticles increases UV and thermal stability of human serum albumin. Biointerphases. 11 (4), (2016).
  29. Levak, M., et al. Effect of protein corona on silver nanoparticle stabilization and ion release kinetics in artificial seawater. Environmental Science & Technology. 51 (3), 1259-1266 (2017).
  30. Mehn, D., et al. Larger or more? Nanoparticle characterisation methods for recognition of dimers. RSC Advances. 7 (44), 27747-27754 (2017).
  31. Sogne, V., Meier, F., Klein, T., Contado, C. Investigation of zinc oxide particles in cosmetic products by means of centrifugal and asymmetrical flow field-flow fractionation. Journal of Chromatography. A. 1515, 196-208 (2017).
  32. Cumberland, S. A., Lead, J. R. Particle size distributions of silver nanoparticles at environmentally relevant conditions. Journal of Chromatography. A. 1216 (52), 9099-9105 (2009).
  33. de Carsalade du pont, V., et al. Asymmetric field flow fractionation applied to the nanoparticles characterization: Study of the parameters governing the retention in the channel. International Congress of Metrology. , (2019).
  34. Loeschner, K., et al. Optimization and evaluation of asymmetric flow field-flow fractionation of silver nanoparticles. Journal of Chromatography. A. 1272, 116-125 (2013).
  35. Mudalige, T. K., Qu, H., Linder, S. W. An improved methodology of asymmetric flow field flow fractionation hyphenated with inductively coupled mass spectrometry for the determination of size distribution of gold nanoparticles in dietary supplements. Journal of Chromatography. A. 1420, 92-97 (2015).
  36. Dubascoux, S., Von Der Kammer, F., Le Hécho, I., Gautier, M. P., Lespes, G. Optimisation of asymmetrical flow field flow fractionation for environmental nanoparticles separation. Journal of Chromatography. A. 1206 (2), 160-165 (2008).
  37. Hagendorfer, H., et al. Application of an asymmetric flow field flow fractionation multi-detector approach for metallic engineered nanoparticle characterization – and limitations demonstrated on Au nanoparticles. Analytica Chimica Acta. 706 (2), 367-378 (2011).
  38. Geiss, O., Cascio, C., Gilliland, D., Franchini, F., Barrero-Moreno, J. Size and mass determination of silver nanoparticles in an aqueous matrix using asymmetric flow field flow fractionation coupled to inductively coupled plasma mass spectrometer and ultraviolet-visible detectors. Journal of Chromatography. A. 1321, 100-108 (2013).
  39. Makselon, J., Siebers, N., Meier, F., Vereecken, H., Klumpp, E. Role of rain intensity and soil colloids in the retention of surfactant-stabilized silver nanoparticles in soil. Environmental Pollution. 238, 1027-1034 (2018).
  40. Bolea, E., Jiménez-Lamana, J., Laborda, F., Castillo, J. R. Size characterization and quantification of silver nanoparticles by asymmetric flow field-flow fractionation coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 401 (9), 2723-2732 (2011).
  41. Barahona, F., et al. Simultaneous determination of size and quantification of silica nanoparticles by asymmetric flow field-flow fractionation coupled to ICPMS using silica nanoparticles standards. Analytical Chemistry. 87 (5), 3039-3047 (2015).
  42. Aureli, F., D’Amato, M., Raggi, A., Cubadda, F. Quantitative characterization of silica nanoparticles by asymmetric flow field flow fractionation coupled with online multiangle light scattering and ICP-MS/MS detection. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 30, 1266-1273 (2015).
  43. Myers, M. N., Giddings, J. C. Properties of the transition from normal to steric field-flow fractionation. Analytical Chemistry. 54 (13), 2284-2289 (1982).
  44. Giddings, J. C. Retention (steric) inversion in field-flow fractionation: practical implications in particle size, density and shape analysis. Analyst. 118 (12), 1487-1494 (1993).
  45. Wahlund, K. G. Flow field-flow fractionation: Critical overview. Journal of Chromatography. A. 1287, 97-112 (2013).
  46. Bendixen, N. L., Adlhart, S., Lattuada, C., Ulrich, A. Membrane-particle interactions in an asymmetric flow field flow fractionation channel studied with titanium dioxide nanoparticles. Journal of Chromatography A. 1334, 92-100 (2014).
  47. Qu, H., Quevedo, I. R., Linder, S. W., Fong, A., Mudalige, T. K. Importance of material matching in the calibration of asymmetric flow field-flow fractionation: material specificity and nanoparticle surface coating effects on retention time. Journal of Nanoparticle Research. 18 (10), 292 (2016).
  48. Giddings, J. C. Field-flow fractionation: analysis of macromolecular, colloidal, and particulate materials. Science. 260 (5113), 1456-1465 (1993).
  49. Cascio, C., Gilliland, D., Rossi, F., Calzolai, L., Contado, C. Critical experimental evaluation of key methods to detect, size and quantify nanoparticulate silver. Analytical Chemistry. 86 (24), 12143-12151 (2014).
  50. Caputo, F., et al. Measuring particle size distribution by asymmetric flow field flow fractionation: a powerful method for the pre-clinical characterisation of lipid-based nanoparticles. Molecular Pharmaceutics. 16 (2), 756-767 (2019).
  51. Parot, J., Caputo, F., Mehn, D., Hackley, V. A., Calzolai, L. Physical characterization of liposomal drug formulations using multi-detector asymmetrical-flow field flow fractionation. Journal of Controlled Release: Official Journal of the Controlled Release Society. 320, 495-510 (2020).
  52. ASTM. ASTM WK68060 – New Test Method for Analysis of Liposomal Drug Formulations using Multidetector Asymmetrical-Flow Field-Flow Fractionation (AF4). ASTM. , (2019).

Tags

Asymmetrical Flow Field-flow FractionationAF4Gold NanoparticlesSize DistributionSuspensionExternal Size CalibrationNanoparticle Size StandardsUV-vis DetectionSample PreparationSystem QualificationFractionation Method Parameters

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Drexel, R., Sogne, V., Dinkel, M., Meier, F., Klein, T. Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation for Sizing of Gold Nanoparticles in Suspension. J. Vis. Exp. (163), e61757, doi:10.3791/61757 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image