纳米颗粒超滤

• 纳米颗粒纯化和生产
• 纳米颗粒分离、纯化和浓缩的超滤技术
• 纳米颗粒应用的滤膜选择
• 结论
• 相关产品
• 参考文献

纳米颗粒纯化和生产

近年来，纳米颗粒(Nano-sized particle, NP)在生物成像、生物传感、靶向药物递送、药物控释应用中发挥越来越重要的作用。就纳米材料的生产而言，高效的纳米颗粒收集和制备尤为重要。超滤(Ultrafiltration, UF)技术广泛用于纳米颗粒合成后的制备和纯化（图1）。¹过去一直采用加压超滤装置(pUF)，之后引入的离心超滤(cUF)适合小体积的纳米颗粒制备和纯化。

纳米颗粒可采用有机/无机材料、聚合物和金属制造。通过表面改性赋予纳米颗粒特定的生物学功能并增强生物相容性，以便用于生物学用途。²磁性纳米颗粒、量子点、金属纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、聚合纳米颗粒可用于生物医学应用。³制得的纳米颗粒很多不能直接使用。其水相基质中可能含有需要去除的未结合药物，裂解物、体液、血清、缓冲液、培养基等试剂中的生物分子、化学品和其他污染物也需要进一步分离，其中某些物质会对周围的生物环境造成不利影响。³因此，浓缩、富集、洗涤和纯化纳米颗粒的可靠方法至关重要。

纳米颗粒分离、纯化和浓缩的超滤技术

离心超滤装置可按大小纯化、洗涤和浓缩纳米颗粒。Amicon^® Ultra和Centricon^® Plus离心超滤装置以及Amicon^® Pro纯化系统（洗涤和浓缩同步）可用于：

• 纳米颗粒分离和纯化
• 纳米颗粒浓缩
• 纳米颗粒富集
• 脱盐
• 缓冲液置换
• 改性后纯化
• 高丰度蛋白去除

大量样品的加压超滤(pUF)可选用Amicon^®搅拌式超滤杯，并搭配适当的Ultracel^®滤膜片。Amicon^®搅拌式超滤杯采取的是温和的超滤方式。

初步过滤后，可进一步通过离心对纳米颗粒进行洗涤和缓冲液置换或再浓缩。对截留或滤过的溶质可收集并分析，测定纳米颗粒的纯度、包封效率、结合性和药物浓度。

纳米颗粒应用的滤膜选择

超滤主要通过基于大小的筛分作用分离和浓缩分子。大部分生物分子的分子量均低于500,000 Da，正好是纳米颗粒的大小范围。Amicon^® Ultra离心超滤装置、Centricon^® Plus离心超滤装置（大量样品）和Amicon^® Pro纯化系统（用于同时进行样品洗涤和浓缩）的滤膜具有特定的截留分子量(nominal molecular weight limits, NMWL)，即超滤膜应该截留至少90%以上的截留分子量大小的颗粒。这些超滤系统滤膜的截留分子量有3,000、10,000、30,000、50,000和100,000 Da。一项针对发表论文的调查表明，按照纳米颗粒大小和应用选择适当的滤膜孔径可能会混乱（图2）。

选择超滤方法和滤膜孔径时需要考虑的因素：

1. 纳米颗粒大小：可根据公开资料估计大小，或通过显微镜、激光衍射和动态光散射等测量技术观测大小。
2. 溶液中主要分离目标的大小：蛋白、抗体、药物、化学品等待分离颗粒大小会影响膜大小的选择。
3. 样品体积：≤0.5 mL到70 mL范围的样品处理量适合离心超滤(cUF)装置。更大体积适合加压超滤(pUF)装置。

为了截留纳米颗粒，滤膜的截留分子量需要小于纳米颗粒大小（约比纳米颗粒分子量小2倍），同时也要足够大到可以滤过较小的组分。

结论

离心超滤和加压超滤在纳米颗粒纯化和制备中发挥了重要作用。超滤可用于纳米颗粒的分离、浓缩、缓冲液置换、药物监测，以及除去纳米颗粒制品中的染料、酶和未结合成分。有许多论文在纳米颗粒和大分子的纯化和浓缩中，提到采用了Amicon^®和Centricon^®离心超滤装置，以及Amicon^®搅拌式超滤杯用于加压超滤。由于杂质可能是离子、分子或颗粒形式，最佳过滤选择会大幅改善收率、结果可重复性和滤液质量。Amicon^®和Centricon^®过滤装置均使用Ultracel^®再生纤维素滤膜，其复杂的结构可去除样品中可能影响关键的生物和化学测定、下游分析和检测性能的杂质。超滤技术可用于实验室规模纳米颗粒制品的分离、纯化和富集。离心超滤和加压超滤均是快速、简单和高效的超滤方法，通过滤过较小的组分和液体截留分离纳米材料。进行过滤选择时，需要考虑的重要因素包括颗粒的物理组成、大小和形状。Amicon^®超滤系列提供一系列用于纳米颗粒纯化和生产的超滤膜装置。