Ultrafiltracja nanocząstek
- Oczyszczanie i produkcja nanocząstek
- Techniki ultrafiltracji w separacji, oczyszczaniu i zatężaniu nanocząstek
- Wybór membran do zastosowań nanocząstek
- Wnioski
- Produkty powiązane
- References
Oczyszczanie i produkcja nanocząstek
Cząstki wielkości nano (NPs) stały się ważnymi systemami do bioobrazowania, biosensingu, ukierunkowanego dostarczania leków i kontrolowanego uwalniania środków terapeutycznych. Skuteczne zbieranie i przygotowywanie nanocząstek ma kluczowe znaczenie w produkcji nanomateriałów. Ultrafiltracja (UF) była szeroko stosowana w przygotowywaniu i oczyszczaniu nanocząstek po syntezie (Rysunek 1).1 Historycznie filtracja była przeprowadzana przy użyciu ciśnieniowych urządzeń ultrafiltracyjnych (pUF). Wprowadzenie technik ultrafiltracji odśrodkowej (cUF) umożliwiło pracę z mniejszymi objętościami w przygotowywaniu i oczyszczaniu nanocząstek.
Rysunek 1.Zastosowania ultrafiltracji w przygotowywaniu i oczyszczaniu nanocząstek.
Nanocząstki mogą być wytwarzane z materiałów organicznych lub nieorganicznych, polimerów i metali. Taka funkcjonalizacja powierzchni nadaje określone funkcje biologiczne i zwiększa biokompatybilność do zastosowań biologicznych.2 Nanocząstki magnetyczne, kropki kwantowe, nanocząstki metali, nanocząstki krzemionki i nanocząstki polimerowe mają znaczenie biomedyczne.3 Wiele nanocząstek nie może być używanych bezpośrednio po wytworzeniu. Preparaty z matrycą wodną mogą zawierać niezwiązany lek, który wymaga usunięcia. Biomolekuły, chemikalia i inne zanieczyszczenia z lizatów, płynów ustrojowych, surowicy, buforów, mediów i innych odczynników mogą wymagać dalszego oddzielenia. Niektóre z nich mają szkodliwy wpływ na otaczające je środowisko biologiczne.3 Niezbędne są niezawodne metody zatężania, wzbogacania, przemywania i oczyszczania nanocząstek.
Techniki ultrafiltracji w separacji, oczyszczaniu i zatężaniu nanocząstek
Urządzenia do ultrafiltracji odśrodkowej mogą być stosowane do oczyszczania, przemywania i zatężania nanocząstek w zależności od ich wielkości. Urządzenia do ultrafiltracji odśrodkowej Amicon® Ultra i Centricon® Plus, a także system oczyszczania Amicon® Pro, który umożliwia jednoczesne mycie i zatężanie, mogą być używane do:
- Rozdzielania i oczyszczania nanocząstek
- Stężania nanocząstek
- Wzbogacanie nanocząstek
- Odsalanie
- Wymiana buforów
- Oczyszczanie po funkcjonalizacji
- Usuwanie obficie występujących białek
W przypadku ultrafiltracji ciśnieniowej (pUF) większych objętości próbek, mieszane kuwety Amicon® można stosować w połączeniu z odpowiednią membraną Ultracel® filtration disc. Amicon® stirred cells zapewniają łagodną metodę ultrafiltracji.
Po wstępnej filtracji, nanocząstki mogą być dalej odwirowywane w celu przemycia i wymiany buforu lub ponownie zatężone. Zatrzymane lub przechodzące substancje rozpuszczone mogą być gromadzone i analizowane w celu określenia czystości nanocząstek, skuteczności enkapsulacji, wiązania i stężenia leku.
Membrane Selection for Nanoparticle Applications
Separacja i stężenie cząsteczek podczas ultrafiltracji opiera się na wykluczeniu wielkości. Zdecydowana większość biomolekuł ma masę cząsteczkową mniejszą niż 500 000 Da, a nanocząsteczki doskonale pasują do tej kategorii. Urządzenia do ultrafiltracji odśrodkowej Amicon® Ultra, urządzenia do ultrafiltracji odśrodkowej Centricon® Plus dla większych objętości oraz systemy oczyszczania Amicon® Systemy oczyszczania Pro do jednoczesnego płukania i zatężania mają określone nominalne limity masy cząsteczkowej (NMWL) zdefiniowane przez ich membranę filtracyjną, wskazujące granicę wielkości cząstek, przy której zatrzymywane jest 90% cząstek stałych. Te systemy filtrujące są oferowane z membranami o NMWL 3,000, 10,000, 30,000, 50,000 i 100,000 Da. Wybór odpowiedniego rozmiaru porów membrany dla określonego rozmiaru nanocząstek i zastosowania może być mylący, o czym świadczy przegląd opublikowanych artykułów (Rysunek 2).
Rysunek 2.Porównanie opublikowanych rozmiarów membran według typu nanocząstek. Rozmiar porów membrany powinien być wybrany w oparciu zarówno o rozmiar nanocząstek, jak i zastosowanie (np. oczyszczanie ze złożonej próbki, zatężanie, wymiana buforu, odsalanie).
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze metody ultrafiltracji i wielkości porów membrany:
- Rozmiar nanocząstek: Rozmiar można oszacować na podstawie opublikowanych źródeł lub za pomocą technik pomiarowych, takich jak mikroskopia, dyfrakcja laserowa i dynamiczne rozpraszanie światła.
- Rozmiar kluczowych celów separacji w roztworze: Rozmiar białek, przeciwciał, leków, substancji chemicznych i innych cząstek, które muszą zostać rozdzielone, będzie miał wpływ na wybór rozmiaru membrany.
- Objętość próbki: Objętości przetwarzania od ≤0,5 ml do 70 ml są kompatybilne z urządzeniami do ultrafiltracji odśrodkowej (cUF). Większe objętości mogą korzystać z urządzeń do ultrafiltracji ciśnieniowej (pUF).
Aby zatrzymać nanocząsteczki, masa cząsteczkowa membrany filtracyjnej musi być mniejsza niż nanocząsteczka (~ 2 razy mniejsza niż masa cząsteczkowa nanocząsteczki), ale wystarczająco duża, aby umożliwić filtrowanie mniejszych składników.
Wnioski
Ultrafiltracja odśrodkowa (cUF) i ciśnieniowa (pUF) odgrywają ważną rolę w oczyszczaniu i przygotowywaniu nanocząstek. Zastosowania ultrafiltracji nanocząstek obejmują separację, zatężanie, wymianę buforu, monitorowanie leków oraz usuwanie barwników, enzymów i niezwiązanych składników z preparatów nanocząstek. W wielu publikacjach przywoływano przydatność urządzeń do ultrafiltracji odśrodkowej Amicon® i Centricon® oraz komórek mieszanych Amicon® do ultrafiltracji ciśnieniowej w oczyszczaniu i zatężaniu nanocząstek i makromolekuł. Ponieważ zanieczyszczenia mogą być jonowe, molekularne lub cząsteczkowe, optymalny wybór filtra może mieć znaczący wpływ na wydajność, powtarzalność wyników i jakość filtratu. Jednostki filtrujące Amicon® i Centricon® zawierają membranę filtracyjną z regenerowanej celulozy Ultracel® której złożona struktura usuwa z próbki zanieczyszczenia, które mogą wpływać na krytyczne oznaczenia biologiczne i chemiczne, dalszą analizę i wydajność testu. Techniki ultrafiltracji wykonują etapy separacji, oczyszczania i wzbogacania preparatów nanocząstek na skalę laboratoryjną. Zarówno ultrafiltracja odśrodkowa (cUF), jak i ultrafiltracja ciśnieniowa (pUF) zapewniają szybkie, proste i wydajne sposoby oddzielania nanomateriałów od mniejszych składników i płynu przechodzącego do filtratu. Skład fizyczny, rozmiar i kształt są ważnymi atrybutami, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze filtra. Portfolio Amicon® oferuje szereg ultrafiltracyjnych urządzeń membranowych do oczyszczania i produkcji nanocząstek.
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?