Przejdź do zawartości
MilliporeSigma

Ultrafiltracja nanocząstek

Zastosowania ultrafiltracji 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
  • .Wzbogacania nanocząsteczek
  • Odsalania
  • Wymiany buforów
  • Oczyszczania 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).

Porównanie opublikowanych rozmiarów membran według typu nanocząstek.

Rysunek 2.Porównanie opublikowanych rozmiarów membran według typu nanocząstek. Rozmiar porów membrany powinien być dobrany 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:

  1. Rozmiar nanocząstek: Rozmiar można oszacować na podstawie opublikowanych źródeł lub za pomocą technik pomiarowych, takich jak mikroskopia, dyfrakcja laserowa i dynamiczne rozpraszanie światła.
  2. 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.
  3. 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.

cUF lub UF Membrane NMWL (Da)Nominalna wielkość porów (nm)Zalecany nominalny zakres wielkości zatrzymywania UF
Średnica (nm)Masa cząsteczkowa (Da)
MinimumMaksimumMinimumMaksimum
3,0000.311.56,00020,000
5,0000.52310,00030,000
10,00013920,00090,000
30,000391560,000180,000
50,00051530100,000300,000
100,000103090200,000900,000
Tabela 1.Wybór membrany ultrafiltracyjnej NMWL na podstawie wielkości nanocząstek.

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.

Powiązane produkty:
Loading

Referencje

1.
Fang RH, Aryal S, Hu CJ, Zhang L. 2010. Quick Synthesis of Lipid?Polymer Hybrid Nanoparticles with Low Polydispersity Using a Single-Step Sonication Method. Langmuir. 26(22):16958-16962. https://doi.org/10.1021/la103576a
2.
Reddy LH, Arias JL, Nicolas J, Couvreur P. 2012. Magnetic Nanoparticles: Design and Characterization, Toxicity and Biocompatibility, Pharmaceutical and Biomedical Applications. Chem. Rev.. 112(11):5818-5878. https://doi.org/10.1021/cr300068p
3.
Weingart J, Vabbilisetty P, Sun X. 2013. Membrane mimetic surface functionalization of nanoparticles: Methods and applications. Advances in Colloid and Interface Science. 197-19868-84. https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.04.003
Zaloguj się, aby kontynuować

Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.

Nie masz konta użytkownika?