各种形貌金纳米粒子的分离
合成纳米颗粒的尺寸和形状分布广泛, 不仅能由单一物质组成, 也可能由多种无机或有机的化合物共同组成, 表面可以被各种功能化基团修饰, 并具有不同的光学、磁学和电学特性. 所有上述特征参数决定了纳米颗粒的物理化学性质, 为纳米颗粒的分离、分析提供了依据. 在生物化学研究中, 常将纳米颗粒与其他一些生物大分子, 如蛋白质、核酸片段等结合, 以协助这些生物大分子的分离, 或将纳米颗粒作为高效柱填料应用于生物分子的毛细管电 泳分离中. 然而, 纳米颗粒本身在尺寸上与生物体中的蛋白复合物、细胞器和微生物等十分接近, 考虑到带电纳米颗粒与生物分子在电场中运动行为的相似性, 能否使用生物化学研究中常用的分析分离技术, 如分离蛋白质、核酸时常用的电泳技术将纳米颗粒本身分离纯化呢? 答案是肯定的.
国家纳米科学中心马晓溦等人介绍了应用凝胶电泳、毛细管电泳等方法对不同大小、形状和电荷分布的纳米颗粒进行分离的相关研究进展. 电泳是纳米颗粒分离分析中一种直观和高度可控的方法, 无论凝胶电泳还是毛细管电泳,都可以利用纳米颗粒本身在紫外/可见光区的吸收和发出的荧光等, 对其分离过程进行实时监测. 凝胶电泳操作简便, 对纳米颗粒样品的分离量较大, 且在同一块胶上可以同时测定多个样品, 但分辨率不及毛细管电泳, 适用于对纳米颗粒进行粗分, 对凝胶电泳分离效果的评价可以将分离条带中的纳米颗粒提取出来并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和动态光散射等方法观察. 毛细管电泳的分离速度快、自动化程度高, 可以在短时间内对多个样品进行分离, 而且所需样品量很少, 被更广泛的用于纳米颗粒的分离, 尤其是较为珍贵的纳米颗粒样品的分离分析中.
毛细管电泳还提供了多样的检测手段, 如紫外/可见吸收、二级管阵列、激光光热和荧光检测等. 但是, 由于毛细管电泳的分离量少, 不能进行大量分离样品的收集,给已分离颗粒的进一步检测分析造成了一定不便.
在电泳前, 对纳米颗粒的前处理过程很大程度上影响着电泳分辨率的高低. 纳米颗粒样品的分散是电泳前的关键步骤, 分散不充分, 如形成团聚块等会直接影响电泳结果的准确性. 为了保证被分离纳米颗粒的形状和固有性质无变化, 纳米颗粒的分散和稳定都应以表面活性剂体系提供的非共价稳定作用为主.
凝胶电泳中电泳条带的弥散情况、毛细管电泳中分离峰形的宽窄、重叠等都与纳米颗粒的均一程度直接相关. 所以, 当分离较复杂的样品时, 为了提高电泳分辨率, 可以在电泳前先将纳米颗粒进行离心或凝胶层析, 或者使纳米颗粒带上一定量的电荷, 用离子交换层析的方法进行初步分离等预处理. 同时要注意在不同缓冲体系中纳米颗粒的稳定性是不同的, 所选择的缓冲溶液中的离子应对纳米颗粒的表面化学修饰和颗粒的分离不产生影响.溶液中的纳米颗粒的性质和形态随时间增长可能会发生一定变化, 如被氧化、团聚等, 所以最好使用新制备的搅拌均匀的纳米颗粒稀溶液作为电泳样品, 且在电泳时要注意控制条件, 除了加入一些起稳定作用的抗氧化剂、表面活性剂等, 背景电解质溶液的pH值是一项重要指标, 因为介质pH的改变会影响电渗流速度, 并影响纳米颗粒表面吸附的表面活性剂分子数目和表面电荷多少, 改变颗粒的有效电泳速度. 因此最好保持分散纳米颗粒的溶剂的pH值与电泳背景电解质溶液的pH值相同或同时改变.
电泳技术可以作为检测纳米颗粒溶液组成和均一性的手段, 用于纳米颗粒的质量控制.利用电泳技术的高分辨率可以将低速、高速离心不能有效分离的纳米颗粒分离开,而避免频繁使用超速离心机等大型设备. 纳米颗粒的大小、形状和表面化学修饰等直接影响着其在生物体内的效应, 清除速率等, 利用电泳技术可以快捷地鉴别纳米颗粒的性质, 因此电泳技术有望成为纳米毒理学检测中的常规手段. 虽然使用电泳技术对纳米颗粒进行分离已得到了较好的实验结果, 有良好的应用前景, 但目前的电泳分离仅限于组成相对简单的样品, 分离量较小. 要想对更复杂的纳米颗粒样品,如环境中和工业生产中的纳米颗粒样品等进行高效分离, 还需要对电泳技术进行进一步的优化. 分离中的一大限制是对于各种纳米材料, 没有合适的电泳标准物marker, 将迁移率或迁移时间与不同纳米颗粒的大小、形状联系起来, 使得操作的重复性难以很好保证.由于没有统一标准, 不同研究组对各种纳米颗粒的分离建立了种类繁多的电泳方法, 尚未形成统一的体系, 而对分离情况的最终把握也仍需电子显微镜的协助才能完成, 这使得应用电泳技术分离纳米颗粒难以形成规模. 今后使用电泳技术进行纳米颗粒尺度分析的一个完善和发展的方向将是标准化、定量化电泳体系的建立.