​銀納米顆粒（AgNP）因其抗菌特性，廣泛應用于消費品、水體消毒劑、治療藥物以及生物醫學設備的生產，但其適用性受粒徑限制。對均質AgNP進行粒徑控制，并消除穩定劑及有機溶劑的毒性影響，在技術和效率上都存在諸多挑戰。

切向流超濾（TFU）常用于蛋白質、病毒和細胞的分離，是一項“再循環”的技術，簡單來講，就是料液通過孔徑10kD-1000kD的一系列中空纖維膜，樣品中較小的懸浮或溶解成分會與溶劑（濾液）一起通過多孔性屏障，而較大的成分被截留（回流液）。TFU既不會損壞樣品，也不需要添加額外的溶劑以去除過量的毒性試劑或副產物，所以可以認為是一種“綠色”的技術。通過TFU可對AgNP粒徑、濃度和聚集狀態起到很好的選擇性控制，且相對超速離心更加方便。

操作步驟：

按Creighton法合成4L膠乳AgNP，UV-Vis分光光度法和拉曼光譜法檢測膠乳顆粒形狀、粒徑分布、聚集狀態和純度。

KrosFlo Research 2i [KR2i] 切向流過濾系統

使用KrosFlo研發用IIi切向流超濾系統對膠乳AgNP進行粒徑篩選和濃縮,分三步操作進行：

第一步：

1) 通過軟管接頭將MasterFlex #17進樣軟管連接到蠕動泵。然后將軟管與50nm MidiKros組件連接。用扎帶緊固連接以保證密封。將監測器控制界面的軟管尺寸選為17。

2) 將泵運行方向設置為逆時針運行。

3) 將泵速降低至300ml/min以下，運行泵。泵速需根據使用的軟管進行調整。開始泵的運行速度應盡量小，以避免發生大的泄漏，但也應能足以使液流充滿整個系統。管路連接需確保能達到足夠的真空，以便從容器內吸取膠乳進入管路和過濾器，可將過濾器底部的軟管連接至軟管中部Y型接頭的頂部。

4) 將過濾器出口的軟管置于容器內，用彈簧夾夾閉軟管底部，開始泵運行。管路內形成的真空開始虹吸膠乳。

5) 當液體開始自由通過管路，停止泵運行，用軟管接頭加入管路的斷口部分，用扎帶密封。打開泵運行。

6) 檢查管路循環是否有泄漏。如果發現泄漏，調整接頭或重新扎緊扎帶以密封。確認管路密封后，可開始增加泵速，直到達到所選軟管的最佳耐受泵速。繼續過濾，直到容器瓶內的液體排空。

7) 過濾完成后，收集含有粒徑50nm及以下AgNP的濾液。也可保留回流液，以進行確認測試。

第一步TFU使用50nm過濾器（11500px2）進行粒徑篩選，去除膠乳原液中50nm及以上的AgNP和AgNP聚集體。這一步也產生了少量的濃縮，最終得到3.9L 50nm濾液。

第二步：

8) 用2%的HNO3和超純水沖洗管路，按之前的步驟安裝100kD的MidiKros過濾器。

9) 使用100kD的MidiKros組件重復步驟3）。

10) 過濾完成后，收集回流液（包括管路和過濾器內液體）。體積約為50ml。

第二步進行了較大規模的濃縮，將上一步的濾液過100kD過濾器（200cm²）。最后得到50ml回流液。

第三步：

11) 將MasterFlex #14軟管和100kD MicroKros 過濾器連接到蠕動泵，用扎帶密封所有連接。將控制界面的軟管尺寸選為14，將泵速調低為30 ml/min。

12) 開始過濾操作。檢查循環回路是否有泄漏。如果發現泄漏，調整接頭或重新扎緊扎帶以密封。

13) 確認管路密封后，調節泵速不高于90ml/min。

14) 過濾完成后，將管路和過濾器內殘余的料液排出，停止泵運行。

在第三步中，對AgNP進行了進一步的濃縮，使用表面積更小（50cm²）的100kD過濾器，將體積降為4.0ml。

3. 使用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）對膠乳AgNP中的銀含量進行定量檢測，AgNP產量基本沒有損耗。

使用透射電鏡觀察膠乳AgNP的粒徑分布，最終的100kD回流液中基本為粒徑1-20nm的無聚集AgNP。

TFU工藝流程圖。藍色方框內為采集樣品進行進一步分析的AgNP膠乳懸液。小瓶中樣品分別為A）原始膠乳樣品，B）原始膠乳經50nm過濾器（460cm²）處理后收集的50nm濾液， C）使用100kD MidiKros 過濾器（200cm²）降低體積后收集的第一次100kD回流液，D）使用100kD MicroKros 過濾器（20cm²）降低體積后收集的最終100kD回流液。100kD濾液外觀接近水。

結論：

TFU是進行膠乳AgNP粒徑篩選和濃縮的高效、“綠色”技術，且可維持極低的顆粒聚集。因為在處理過程中去除了AgNP合成所使用的化學毒性試劑及有機溶劑，并降低了AgNP的粒徑分散度，其催化特性、光電特性、生物傳感特性及納米毒性均可改善，促進了其在醫學、工業及科研領域的應用。

在實際應用中，可選擇其它規格過濾器對TFU工藝進行優化（過濾器孔徑范圍10kD-1000kD，膜表面積5.1m2-200px2，疏水性或親水性），而監測工藝壓力或適當清洗，可提高過濾器使用壽命。顆粒的電荷特性也會影響超濾工藝的進行。此外，也可根據下游應用需求，使用TFU進行緩沖液置換等操作。

但需注意的是，如果濃縮倍數過高，可能會降低膠乳懸液的穩定性和保存期限。在10℃條件下，高度濃縮的未功能化AgNP的保存期限約為一到兩周。可根據實際情況，調整制備和處理工藝參數，提高產品穩定性和保存期限。

本文內容為編者翻譯，如有不當之處，敬請諒解，詳細內容，請參考原文。

原文：Anders,C.B., et al.. Tangential Flow Ultrafiltration: A “Green” Method for the SizeSelection and Concentration of Colloidal Silver Nanoparticles. Journal ofVisualized Experiments. 2012.68.

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