나노입자 Ultrafiltration
나노입자 정제 및 생산
나노 크기 입자(NP)는 바이오이미징, 바이오센싱, 표적 약물 전달, 치료제의 방출 제어를 위한 중요한 시스템으로 발전하였습니다. 나노입자를 효율적으로 포집하고 준비하는 것은 나노물질 제조에서 매우 중요합니다. Ultrafiltration(UF)는 합성 후 나노입자의 준비 및 정제에 널리 사용되어 왔습니다(그림 1).1 과거에는 가압 Ultrafiltration 장치(pUF)를 사용하여 여과를 수행하였습니다. 원심분리 Ultrafiltration(cUF) 기술의 도입으로 나노입자 준비 및 정제 시 소량으로 작업할 수 있게 되었습니다.
그림 1.나노입자 준비 및 정제에서 Ultrafiltration의 적용.
나노입자는 유기 또는 무기 재료, 폴리머, 금속으로 제작될 수 있습니다. 그러한 표면 기능화는 특정한 생체 기능을 전달하고 생물학적 응용분야에서 생체적합성을 강화합니다.2 자성 나노입자, 양자점, 금속 나노입자, 실리카 나노입자, 고분자 나노입자는 생물의학적으로 중요합니다.3 많은 나노입자들은 제조 후 바로 사용될 수 없습니다. 수성 매트릭스 제제에는 제거가 필요한 결합되지 않은 약물이 포함되어 있을 수 있습니다. 생체분자, 화학물질 그리고 용해물, 체액, 혈청, 버퍼, 배지, 기타 시약에서 나오는 기타 오염물질을 추가로 분리할 필요가 있을 수 있습니다. 어떤 것들은 주변의 생물학적 환경에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.3 나노입자를 농축, 강화, 세척, 정제하는 신뢰성 있는 방법이 필수입니다.
나노입자 분리, 정제, 농축에서의 Ultrafiltration 기술
원심분리 Ultrafiltration 장치는 크기에 기반하여 나노입자를 정제, 세척, 농축할 수 있습니다. 세척과 농축을 동시에 수행할 수 있는 Amicon® Pro 정제 시스템뿐만 아니라 Amicon® Ultra 및 Centricon® Plus 원심분리 Ultrafiltration 기기도 다음의 경우에 사용할 수 있습니다.
- 나노입자 분리 및 정제
- 나노입자 농축
- 나노입자 강화
- 탈염
- 버퍼 교환
- 기능화 후 정화
- 풍부 단백질의 고갈
부피가 더 큰 시료의 가압 Ultrafiltration(pUF)를 위해 Amicon® Stirred Cell을 적절한 Ultracel® 여과 디스크 멤브레인과 조합하여 사용할 수 있습니다. Amicon® Stirred Cell은 완만하게 Ultrafiltration를 수행하는 방법을 제공합니다.
일차 여과 후에 나노입자는 세척과 버퍼 교환 또는 재농축을 위해 추가적인 원심분리를 할 수 있습니다. 잔류하거나 통과한 용질을 포집 및 분석하여 나노입자의 순도, 피막형성 효율, 결합, 약물 농도를 측정할 수 있습니다.
나노입자 응용분야를 위한 멤브레인 선택
Ultrafiltration 동안 분자의 분리 및 농축은 크기 배제를 기반으로 합니다. 대부분의 생체분자는 분자량이 500,000Da 미만이며, 나노입자는 이 범주에 잘 들어맞습니다. Amicon® Ultra 원심분리 Ultrafiltration 기기, 더 큰 부피를 위한 Centricon® Plus 원심분리 Ultrafiltration 기기, 세척과 농축을 동시에 수행하기 위한 Amicon® Pro 정제 시스템은 기기들의 필터 멤브레인에 따라 공칭 분자량 한계(NMWL)에 특화되었으며, 90%가 넘는 미립자가 잔류하는 입자 크기 컷오프를 나타냅니다. 이러한 필터 시스템은 3,000, 10,000, 30,000, 50,000, 100,000Da의 멤브레인 NMWL로 제공됩니다. 간행된 논문의 연구에서 입증된 바와 같이 특정한 나노입자 크기 및 응용분야를 위한 적절한 멤브레인 공극 크기를 선택하는 것은 혼란스러울 수 있습니다(그림 2).
그림 2.나노입자 유형별로 발표된 멤브레인 크기의 비교. 멤브레인 공극 크기는 나노입자 크기 및 응용분야 모두를 근거로 하여 선택되어야 합니다(예: 복잡한 시료의 정제, 농축, 버퍼 교환, 탈염).
Ultrafiltration 방법 및 멤브레인 공극 크기 선택 시 고려해야 할 요소:
- 나노입자 크기: 크기는 간행된 자료 출처 또는 현미경, 레이저 회절, 동적 광산란과 같은 측정 기술로 추정될 수 있습니다.
- 용액 내 핵심 분리 대상의 크기: 분리해야 하는 단백질, 항체, 약물, 화학물질, 기타 입자의 크기는 멤브레인 크기 선택에 영향을 미칩니다.
- 시료 부피: 0.5mL 이하에서 70mL까지 범위의 공정 부피는 원심분리 Ultrafiltration(cUF) 장치에 적합합니다. 더 큰 부피는 가압 Ultrafiltration(pUF) 장치를 사용하는 것이 유용합니다.
나노입자를 잔류시키려면 필터 멤브레인의 분자량 컷오프가 나노입자보다 작아야 하지만(나노입자의 분자량보다 약 2배 더 작아야 함), 더 작은 구성 성분이 필터를 통과할 만큼 충분히 커야 합니다.
결론
원심분리 Ultrafiltration(cUF)와 가압 Ultrafiltration (pUF)는 나노입자 정제 및 준비에 중요한 역할을 합니다. 나노입자의 Ultrafiltration를 위한 응용분야에는 분리, 농축, 버퍼 교환, 약물 모니터링 그리고 나노입자 준비에서 염료, 효소, 결합하지 않은 구성 성분을 제거하는 것이 포함됩니다. 많은 간행물에서 나노입자와 거대분자 정제 및 농축에서 가압 Ultrafiltration용 Amicon® Stirred Cell뿐만 아니라 Amicon® 및 Centricon® 원심분리 Ultrafiltration 기기를 인용하였습니다. 불순물에는 이온, 분자 또는 미립자가 있을 수 있으므로 최적의 필터 선택에 따라 수확, 재현성 있는 결과, 여과액 품질에 상당한 차이가 생길 수 있습니다. Amicon® 및 Centricon® 필터 기기에는 Ultracel® 재생 셀룰로오스 필터 멤브레인이 포함되어 있으며 이 복잡한 구조는 생물학적 및 화학적 측정, 다운스트림 분석, 분석 성능에 중대한 영향을 미칠 수 있는 불순물을 시료에서 제거합니다. Ultrafiltration기술은 실험실 규모의 나노입자 준비를 위한 분리, 정화, 강화 단계를 수행합니다. 원심분리 Ultrafiltration(cUF)와 가압 Ultrafiltration(pUF) 공정 모두 여과액 내로 통과하는 더 작은 성분 및 액체에서 나노 물질을 빠르고 간단하며 효율적으로 분리하는 방법을 제공합니다. 물리적 조성, 크기, 형태는 필터 선택에서 고려해야 하는 중요한 속성입니다. Amicon® 포트폴리오는 나노입자 정제 및 생산을 위한 다수의 Ultrafiltration 멤브레인 장치를 제공합니다.
참고문헌
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