Nanorészecske ultraszűrés

A szakasz áttekintése

• Nanorészecskék tisztítása és előállítása
• .Ultraszűrési technikák a nanorészecskék elválasztásában, tisztításában és koncentrálásában
• Membránok kiválasztása nanorészecske-alkalmazásokhoz
• Conclusions
• Related Products

Nanorészecskék tisztítása és előállítása

A nanoméretű részecskék (NP-k) a bioképalkotás, a bioszenzorozás, a célzott gyógyszeradagolás és a terápiás szerek szabályozott felszabadítása szempontjából fontos rendszerekké fejlődtek. A nanorészecskék hatékony gyűjtése és előállítása kritikus fontosságú a nanoanyagok gyártásában. Az ultraszűrést (UF) széles körben alkalmazták a nanorészecskék szintézis utáni előállítására és tisztítására (1. ábra).¹ A szűrést történelmileg nyomás alatti ultraszűrő berendezésekkel (pUF) végezték. A centrifugális ultraszűrési technikák (cUF) bevezetése lehetővé tette, hogy a nanorészecskék előállítása és tisztítása során kisebb térfogatokkal lehessen dolgozni.

1. ábra. Az ultraszűrés alkalmazása a nanorészecskék előállításában és tisztításában.

A nanorészecskéket szerves vagy szervetlen anyagokból, polimerekből és fémekből lehet előállítani. Az ilyen felületi funkcionalizálás specifikus biofunkciókat kölcsönöz és fokozza a biológiai kompatibilitást a biológiai alkalmazáshoz.² A mágneses nanorészecskék, kvantumpontok, fém nanorészecskék, szilika nanorészecskék és polimer nanorészecskék biomedicinális jelentőséggel bírnak.³ Sok nanorészecske nem használható közvetlenül a gyártás után. A vizes mátrixú készítmények tartalmazhatnak nem kötött hatóanyagot, amelyet el kell távolítani. A lizátokból, testfolyadékokból, szérumokból, pufferekből, médiumokból és egyéb reagensekből származó biomolekulák, vegyi anyagok és egyéb szennyeződések további elkülönítésre szorulhatnak. Néhányuk káros hatást gyakorol a környező biológiai környezetre.³ A nanorészecskék koncentrálásának, dúsításának, mosásának és tisztításának megbízható módszerei elengedhetetlenek.

Ultraszűrési technikák a nanorészecskék elválasztásában, tisztításában és koncentrálásában

A centrifugális ultraszűrőberendezések a nanorészecskék méret szerinti tisztítására, mosására és koncentrálására használhatók. Az Amicon^® Ultra és Centricon^® Plus centrifugális ultraszűrő berendezések, valamint az Amicon^® Pro tisztítórendszer, amely lehetővé teszi az egyidejű mosást és koncentrálást, felhasználható:

• Nanorészecskék elválasztása és tisztítása
• Nanorészecskék koncentrálása
• Nanorészecskék dúsítása
• Sótalanítás
• Puffercsere
• Funkcionalizálás utáni tisztítás
li>A bőséges fehérjék eltávolítása

Nagyobb mintamennyiségek nyomásalapú ultraszűrésére (pUF) az Amicon^® keverőcellák megfelelő Ultracel^® szűrőkorong membránnal kombinálva használhatók. Az Amicon^® kevert cellák kíméletes ultraszűrési módszert biztosítanak.

A primer szűrést követően a nanorészecskék tovább centrifugálhatók mosás és puffercsere céljából, vagy újrakoncentrálhatók. A visszatartott vagy áthaladó oldott anyagok összegyűjthetők és elemezhetők a nanorészecskék tisztaságának, a kapszulázás hatékonyságának, a kötődésnek és a gyógyszerkoncentrációnak a meghatározásához.

Membrán kiválasztása nanorészecske-alkalmazásokhoz

A molekulák ultraszűrés során történő elválasztása és koncentrálása a méretkizáráson alapul. A biomolekulák nagy többségének molekulatömege 500 000 Da-nál kisebb, és a nanorészecskék jól illeszkednek ebbe a kategóriába. Az Amicon^® Ultra centrifugális ultraszűrő egységek, a Centricon^® Plus centrifugális ultraszűrő egységek nagyobb térfogatokhoz, valamint az Amicon^® Pro tisztítórendszerek egyidejű mosáshoz és koncentráláshoz a szűrőmembránjuk által meghatározott névleges molekulatömeghatárokkal (NMWL) rendelkeznek, amelyek egy olyan részecskeméret-határértéket jeleznek, ahol >a részecskék 90%-a visszatartásra kerül. Ezeket a szűrőrendszereket 3000, 10 000, 30 000, 50 000 és 100 000 Da membrán NMWL-értékekkel kínálják. A megfelelő membránpórusméret kiválasztása egy adott nanorészecskemérethez és alkalmazáshoz zavaró lehet, amint azt a közzétett cikkek áttekintése is mutatja (2. ábra).

2. ábra. A közzétett membránméretek összehasonlítása nanorészecske-típusonként. A membrán pórusméretét mind a nanorészecskeméret, mind az alkalmazás (pl. tisztítás komplex mintából, koncentrálás, puffercsere, sótalanítás) alapján kell kiválasztani.

Az ultraszűrési módszer és a membrán pórusméretének kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők:

1. Nanorészecskeméret: A méret megbecsülhető a közzétett forrásokból, vagy olyan mérési technikákkal, mint a mikroszkópia, a lézerdiffrakció és a dinamikus fényszórás.
2. A fő elválasztási célpontok mérete az oldatban: Az elválasztandó fehérjék, antitestek, gyógyszerek, vegyi anyagok és egyéb részecskék mérete befolyásolja a membránméret kiválasztását.
3. Mintatérfogat: A ≤0,5 ml-től 70 ml-ig terjedő feldolgozási térfogatok kompatibilisek a centrifugális ultraszűrő (cUF) eszközökkel. Nagyobb térfogatoknál előnyös lehet a nyomás alatti ultraszűrő (pUF) eszközök használata.

A nanorészecskék visszatartásához a szűrőmembrán molekulatömegének határértékének kisebbnek kell lennie, mint a nanorészecskének (~2-szer kisebbnek, mint a nanorészecske molekulatömege), de elég nagynak ahhoz, hogy a kisebb komponenseket átszűrje.

1. táblázat. Az ultraszűrő membrán NMWL kiválasztása a nanorészecskeméret alapján.

Nominális pórusméret (nm)	Javasolt UF névleges visszatartó méret tartomány
	átmérő (nm)		Molekulatömeg (Da)
Minimum	Maximum	Minimum	Maximum	Maximum
3,000	0.3	1	1.5	6,000	20,000	20,000
5,000	0.5	2	3	10,000	30,000	30,000	30,000
10,000	1	3		9	20,000	90,000
30,000	3	9	15	60,000	180,000
50,000	5	15	30	100,000	100,000	300,000
100,000	10	30	10	30	90	200,000	900,000

Következtetések

A centrifugális ultraszűrés (cUF) és a nyomásos ultraszűrés (pUF) fontos szerepet játszik a nanorészecskék tisztításában és előállításában. A nanorészecskék ultraszűrésének alkalmazásai közé tartozik az elválasztás, koncentrálás, puffercsere, gyógyszer-monitorozás, valamint a színezékek, enzimek és nem kötött komponensek eltávolítása a nanorészecske-készítményekből. Számos publikáció idézi az Amicon^® és Centricon^® centrifugális ultraszűrő berendezések, valamint az Amicon^® kevert cellák nyomásos ultraszűrésre való hasznosságát a nanorészecskék és makromolekulák tisztításában és koncentrálásában. Mivel a szennyeződések lehetnek ionosak, molekulárisak vagy részecskék, az optimális szűrőválasztás jelentős különbséget jelenthet a hozam, a reprodukálható eredmények és a szűrlet minősége szempontjából. Az Amicon^® és Centricon^® szűrőegységek Ultracel^® regenerált cellulóz szűrőmembránt tartalmaznak, amelynek összetett szerkezete eltávolítja a mintából azokat a szennyeződéseket, amelyek befolyásolhatják a kritikus biológiai és kémiai meghatározásokat, a későbbi elemzéseket és a vizsgálatok teljesítményét. Az ultraszűrési technikák elvégzik a laboratóriumi méretű nanorészecske-készítmények elválasztási, tisztítási és dúsítási lépéseit. Mind a centrifugális ultraszűrési (cUF), mind a nyomásos ultraszűrési (pUF) eljárások gyors, egyszerű és hatékony módot biztosítanak a nanoanyagok elkülönítésére a kisebb alkotóelemektől és a szűrletbe jutó folyadéktól. A fizikai összetétel, a méret és az alak fontos jellemzők, amelyeket figyelembe kell venni a szűrő kiválasztásakor. Az Amicon^® portfólió a nanorészecskék tisztítására és előállítására szolgáló ultraszűrő membráneszközök széles választékát kínálja.

Hivatkozások

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