Ultrafiltração de nanopartículas
- Purificação e produção de nanopartículas
- Técnicas de ultrafiltração na separação, purificação e concentração de nanopartículas
- Seleção da membrana para aplicações do nanopartículas
- Conclusões
- Produtos relacionados
- Referências
Purificação e produção de nanopartículas
As partículas nano-dimensionadas (NPS) evoluíram para sistemas importantes para a bioimagem, o biossensoriamento, a entrega direcionada da droga, e a liberação controlada de agentes terapêuticos. A coleta e a preparação eficientes de nanopartículas são críticas na fabricação do nanomaterial. A ultrafiltração (UF) tem sido amplamente utilizada na preparação e purificação de nanopartículas após a síntese (Figura 1).1 Historicamente, a filtração foi realizada usando dispositivos de ultrafiltração pressurizados (PUF). A introdução de técnicas de ultrafiltração centrífuga (CUF) permitiu a capacidade de trabalhar com volumes menores na preparação e purificação de nanopartículas.
Figura 1.Aplicações de ultrafiltração na preparação e purificação de nanopartículas.
As nanopartículas podem ser fabricadas com materiais orgânicos ou inorgânicos, polímeros e metais. Tal funcionalização superficial confere biofunções específicas e aumenta a biocompatibilidade para aplicação biológica.2 As nanopartículas magnéticas, pontos quânticos, nanopartículas de metal, nanopartículas de sílica e nanopartículas poliméricas têm importância biomédica.3 Muitas nanopartículas não podem ser usadas diretamente após a fabricação. Formulações de matriz aquosa podem conter droga não ligada que requer remoção. Biomoléculas, produtos químicos e outros contaminantes de lisados, fluidos corporais, soro, tampões, meios, e outros reagentes podem precisar ser separados ainda mais. Alguns apresentam efeitos nocivos ao seu ambiente biológico circundante.3 Métodos confiáveis para concentrar, enriquecer, lavar e purificar nanopartículas são essenciais.
Técnicas de ultrafiltração na separação, purificação e concentração de nanopartículas
Os dispositivos de ultrafiltração centrífugos podem ser usados para purificar, lavar e concentrar nanopartículas com base no tamanho. As unidades Amicon® Ultra e Centricon® Plus centrifugal ultrafiltration, bem como Amicon® Pro purification system, que permite a lavagem e concentração simultâneas, podem ser utilizadas para:
- Separação e purificação de nanopartículas
- Concentração de nanopartículas
- Enriquecimento de nanopartículas
- Dessalinização
- Troca de tampão
- Limpeza pós-funcionalização
- Depleção de proteínas abundantes
Para ultrafiltração à base de pressão (PUF) de volumes de amostras maiores, Amicon® stirred cells podem ser utilizadas em combinação com uma Ultracel® filtration disc membrane apropriada. As Amicon® stirred cells podem ser autoclavadas para esterilização.
Após a filtração primária, as nanopartículas podem ser centrifugadas ainda mais para lavagem e troca do tampão, ou reconcentradas. Solutos retidos ou passando podem ser coletados e analisados para determinar a pureza de nanopartículas, a eficiência da encapsulação, a ligação, e a concentração da droga.
Seleção da membrana para aplicações do nanopartículas
A separação e a concentração de moléculas durante a ultrafiltração são baseadas na exclusão do tamanho. A grande maioria das biomoléculas tem um peso molecular inferior a 500.000 Da, e nanopartículas se encaixam muito bem nesta categoria. Unidades Amicon® Ultra centrifugal ultrafiltration, unidades Centricon® Plus centrifugal ultrafiltration para volumes maiores, e Amicon® Pro purification systems para lavagem e concentração simultâneas especificaram limites de peso molecular nominal (NMWL) definidos pela sua membrana filtrante, indicando um corte de tamanho de partícula em que >90% das partículas são mantidas. Esses sistemas de filtragem são oferecidos com NMWLs de membrana de 3.000, 10.000, 30.000, 50.000 e 100.000 Da. A seleção de um tamanho apropriado do poro da membrana para um tamanho e aplicação específicas de nanopartículas pode ser confusa, como evidenciado por um levantamento de artigos publicados (Figura 2).
Figura 2.Comparação de tamanhos publicados da membrana pelo tipo do nanopartículas. O tamanho do poro da membrana deve ser selecionado com base no tamanho e na aplicação de nanopartículas (por exemplo, purificação da amostra complexa, concentração, troca do tampão, dessalinização).
Fatores a serem considerados ao selecionar um método de ultrafiltração e tamanho dos poros da membrana:
- Tamanho da nanopartícula: O tamanho pode ser estimado a partir de fontes publicadas, ou por técnicas de medição, como microscopia, difração a laser e dispersão de luz dinâmica.
- Tamanho dos alvos de separação chave na solução: O tamanho de proteínas, anticorpos, drogas, produtos químicos e outras partículas que precisam ser separadas afetará a seleção do tamanho da membrana.
- Volume da amostra: Volumes de processamento que variam de ≤0,5 mL a 70 mL são compatíveis com dispositivos de ultrafiltração centrífuga (CUF). Volumes maiores podem se beneficiar com o uso de dispositivos de ultrafiltração pressurizada (PUF).
Para reter nanopartículas, o corte de peso molecular da membrana do filtro precisa ser menor do que a nanopartícula (2 vezes menor do que o peso molecular da nanopartícula), mas grande o suficiente para permitir que componentes menores sejam filtrados.
Conclusões
A ultrafiltração centrífuga (CUF) e a ultrafiltração de pressão (PUF) desempenham um papel importante na purificação e preparação de nanopartículas. Aplicações para ultrafiltração de nanopartículas incluem separação, concentração, troca de tampão, monitoramento de drogas e remoção de corantes, enzimas e componentes não ligados de preparações de nanopartículas. Muitas publicações citaram a utilidade dos dispositivos de Amicon® e Centricon® centrifugal ultrafiltration, bem como Amicon® stirred cells para ultrafiltração por pressão, na purificação e concentração de nanopartículas e macromoleculares. Como as impurezas podem ser iônicas, moleculares ou particuladas, a escolha ideal do filtro pode fazer uma diferença significativa nos rendimentos, resultados reprodutíveis e qualidade do filtrado. As unidades Amicon® e Centricon® filter contêm uma Ultracel® regenerated cellulose filter membrane, cuja estrutura complexa remove impurezas de uma amostra que pode afetar determinações biológicas e químicas críticas, análise a jusante e desempenho do ensaio. As técnicas de ultrafiltração realizam as etapas de separação, limpeza e enriquecimento para preparações de nanopartículas em escala laboratorial. Tanto os processos de ultrafiltração centrífuga (CUF) quanto de ultrafiltração por pressão (PUF) fornecem maneiras rápidas, simples e eficientes de separar nanomaterial de constituintes menores e fluidos que passam para o filtrado. Composição física, tamanho e forma são atributos importantes que precisam ser considerados na seleção de filtros. O Amicon® portfolio oferece uma variedade de dispositivos de membrana de ultrafiltração para purificação e produção de nanopartículas.
Referências
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