Ultrafiltración de nanopartículas
- Purificación y producción de nanopartículas
- Técnicas de ultrafiltración en separación, purificación y concentración de nanopartículas
- Selección de membrana para aplicaciones de nanopartículas
- Conclusiones
- Productos relacionados
- Referencias bibliográficas
Purificación y producción de nanopartículas
Las partículas de tamaño nano (NP) han evolucionado hasta convertirse en sistemas importantes para obtención de bioimágenes, biodetección, administración dirigida de medicamentos y liberación controlada de agentes terapéuticos. La recolección y la preparación eficientes de las nanopartículas son fundamentales en la fabricación de nanomateriales. La ultrafiltración (UF) ha sido ampliamente utilizada en la preparación y la purificación de las nanopartículas después de la síntesis (Figura 1).1 Históricamente la filtración se realizaba utilizando dispositivos de ultrafiltración presurizada (pUF). La introducción de las técnicas de ultrafiltración centrífuga (cUF) permitió trabajar con volúmenes más pequeños en la preparación y la purificación de nanopartículas.
Figura 1.Aplicaciones de ultrafiltración en la preparación y la purificación de nanopartículas.
Las nanopartículas se pueden fabricar con materiales orgánicos o inorgánicos, polímeros y metales. Dicha funcionalización de superficie imparte biofunciones específicas y mejora la biocompatibilidad para aplicaciones biológicas.2 Las nanopartículas magnéticas, los puntos cuánticos, las nanopartículas metálicas, las nanopartículas de sílice y las nanopartículas poliméricas tienen importancia biomédica.3 Muchas nanopartículas no se pueden utilizar directamente después de su fabricación. Las formulaciones de matriz acuosa pueden contener fármacos no ligados que deben eliminarse. Biomoléculas, productos químicos y otros contaminantes procedentes de lisados, líquidos corporales, suero, disoluciones tampón, medios y otros reactivos quizás tengan que separarse más. Algunos plantean efectos nocivos a su entorno biológico circundante.3 Es esencial disponer de métodos fiables para concentrar, enriquecer, lavar y purificar nanopartículas.
Técnicas de ultrafiltración en separación, purificación y concentración de nanopartículas
Se pueden utilizar dispositivos de ultrafiltración en centrífuga para purificar, lavar y concentrar nanopartículas en función del tamaño. Las unidades de ultrafiltración en centrífuga Amicon® Ultra y Centricon® Plus, así como el sistema de purificación Amicon® Pro, que permite el lavado y la concentración simultáneos, pueden utilizarse para:
- Separación y purificación de nanopartículas
- Concentración de nanopartículas
- Enriquecimiento de nanopartículas
- Desalado
- Cambio de disoluciones tampón
- Limpieza posfuncionalización
- Disminución de proteínas abundantes
Para la ultrafiltración por presión (pUF) de volúmenes de muestra más grandes, pueden utilizarse las unidades Amicon® con agitación en combinación con un disco de membrana de filtración Ultracel® adecuada. Las unidades Amicon® con agitación proporcionan un método suave de ultrafiltración.
Después de la filtración primaria, las nanopartículas pueden centrifugarse aún más para lavarlas y cambiar la disolución tampón, o pueden volver a concentrarse. Los solutos retenidos o los que hayan pasado pueden recogerse y analizarse para determinar la pureza de las nanopartículas, la eficiencia de encapsulación, la adsorción y la concentración del fármaco.
Selección de membrana para aplicaciones con nanopartículas
La separación y la concentración de moléculas durante la ultrafiltración se basa en la exclusión por tamaño. La gran mayoría de las biomoléculas tiene un peso molecular inferior a 500 000 Da, y las nanopartículas encajan bien en esta categoría. Las unidades de ultrafiltración en centrífuga Amicon® Ultra, las unidades de ultrafiltración en centrífuga Centricon® Plus para volúmenes más grandes y los sistemas de purificación Amicon® Pro para lavado y concentración simultáneos han especificado límites de peso molecular nominal (NMWL) definidos por su membrana de filtración, lo que indica un corte de tamaño de partícula donde se retiene >90 % de las partículas. Estos sistemas de filtración se ofrecen con NMWL de membrana de 3 000, 10 000, 30 000, 50 000 y 100 000 Da. La selección de un tamaño de poro de membrana adecuado para un tamaño de nanopartícula específico y su aplicación puede ser confusa, como en demuestra en un análisis de artículos publicados (Figura 2).
Figura 2.Comparación de tamaños de membrana por tipo de nanopartículas publicados. El tamaño de poro de la membrana debe seleccionarse en función del tamaño de la nanopartícula y la aplicación (por ejemplo, purificación de muestras complejas, concentración, cambio de tampones, desalación).
Factores que deben considerarse al seleccionar un método de ultrafiltración y el tamaño de poro de la membrana:
- Tamaño de la nanopartícula: el tamaño puede calcularse a partir de las fuentes publicadas o mediante técnicas de medición como la microscopia, la difracción láser y la dispersión dinámica de la luz.
- Tamaño de los principales objetivos de separación en la disolución: el tamaño de las proteínas, anticuerpos, fármacos, productos químicos y otras partículas que deben separarse afectará a la selección del tamaño de la membrana.
- Volumen de la muestra: volúmenes de procesamiento que oscilan entre ≤0,5 ml y 70 ml son compatibles con las unidades de ultrafiltración en centrífuga (cUF). Volúmenes mayores pueden beneficiarse del uso de unidades de ultrafiltración presurizada (pUF).
Para retener nanopartículas, el corte de peso molecular de la membrana de filtración debe ser menor que el de la nanopartícula (~2 veces más pequeño que el peso molecular de la nanopartícula), pero lo suficientemente grande como para permitir la filtración de los componentes más pequeños.
Conclusiones
La ultrafiltración en centrífuga (cUF) y la ultrafiltración a presión (pUF) desempeñan un papel importante en la purificación y la preparación de nanopartículas. Las aplicaciones de la ultrafiltración de nanopartículas son la separación, la concentración, el cambio de disoluciones tampón, el control de los medicamentos y la eliminación de colorantes, enzimas y componentes no unidos de las preparaciones de nanopartículas. Muchas publicaciones han citado la utilidad de las unidades de ultrafiltración en centrífuga Amicon® y Centricon®, así como las unidades Amicon® con agitación para la ultrafiltración a presión, en la purificación y la concentración de nanopartículas y macromoléculas. Dado que las impurezas pueden ser iónicas, moleculares o particuladas, la elección óptima del filtro puede marcar una diferencia significativa en los rendimientos, los resultados reproducibles y la calidad del filtrado. Las unidades de filtración Amicon® y Centricon® contienen una membrana de filtración de celulosa regenerada Ultracel®, cuya estructura compleja elimina las impurezas de una muestra que pueden afectar a las determinaciones biológicas y químicas cruciales, a análisis posteriores y al rendimiento del ensayo. Las técnicas de ultrafiltración realizan los pasos de separación, limpieza y enriquecimiento para preparaciones de nanopartículas a escala de laboratorio. Los procesos de ultrafiltración centrífuga (cUF) y de ultrafiltración a presión (pUF) proporcionan formas rápidas, sencillas y eficientes de separar el nanomaterial de los constituyentes más pequeños y el líquido que pasa al filtrado. La composición física, el tamaño y la forma son atributos importantes que deben tenerse en cuenta en la selección de los filtros. La cartera de productos Amicon® ofrece una serie de unidades de membrana de ultrafiltración para la purificación y la producción de nanopartículas.
Referencias bibliográficas
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