MAKALAH KIMIA KOLOID

Pengukuran Emas Berukuran Nano Partikel Dengan Menggunakan Metode Hamburan Cahaya Dinamis

Disusun Oleh :

Eyka Yuditia Saferia 3211123001

Faridha Sukmawati 3211122003

Indra Pranata Rizal R. 3211122002

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MIPA

UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI

2012

ABSTRAK

Penerapan dari metode hamburan cahaya dinamis (DLS) untuk menentukan ukuran distribusi nanopartikel emas koloid dalam rentang 1-100 nm dibahas. Hal ini menunjukkan bahwa rotasi difusi nonspherical hamburan partikel kuat pada ukuran lebih besar dari 30-40 nm hasilnya pada tampilan puncak palsu dalam rentang ukuran sekitar 5-10 nm. Dalam hal ini, penerapan yang tidak kritis dari metode DLS mungkin menghasilkan volume partikel atau angka distribusi ukuran yang berbeda dari yang diperoleh dengan transmisi elektron mikroskopis. Untuk hamburan partikel lemah dengan diameter lebih kecil yaitu 20 nm, metode DLS menunjukkan puncak tambahan intensitas distribusi di wilayah ukuran yang besar yang berhubungan dengan agregat partikel atau hasil sampingan daripada nanopartikel individu. Metode praktis untuk memecahkan masalah puncak palsu didiskusikan. Hal ini dibuktikan bahwa lebar distribusi DLS tidak sesuai dengan data mikroskop elektron transmisi dan terlalu tinggi. Keuntungan dan kelemahan dari metode dibandingkan dan dicatat bahwa, saat ini, metode DLS adalah satu-satunya instrumen yang cocok untuk diagnosa nonperturbative dan sensitif dari proses agregasi yang relatif lambat dengan waktu karakteristik pada orde 1 menit. Secara khusus, metode ini dapat digunakan untuk mendiagnosis konjugasi emas nanopartikel agregasi dimulai oleh interaksi biospesifik pada permukaannya.

BAB I

PENDAHULUAN

Metode hamburan cahaya dinamis (DLS) didasarkan pada pengukuran fungsi

autokorelasi untuk fluktuasi penyebaran intensitas cahaya g2(τ) yang menyajikan

informasi mengenai ruang dinamika penghambur dan fluktuasi waktu dari sifat

masing-masing optik. Oleh karena itu, informasi dari ukuran, bentuk, dan interaksi

penghambur (dalam sistem encer atau pekat), serta struktur dan dinamika internal

ditampilka. Potensi ini mendorong pengembangan bidang aplikasi berbagai metode

DLS. Saat ini, metode DLS secara luas digunakan dalam studi yang berhubungan

dengan sintesis, fungsionalisasi, dan penggunaan biomedis dari nanopartikel yang

menunjukkan plasmon resonansi, terutama berkaitan dengan nanopartikel emas dan

perak. Sebagai contoh, metode DLS digunakan untuk menyelidiki struktur dan

interaksi biokonjugasi koloid emas (CG) dengan molekul target, untuk

mengembangkan metode untuk mendeteksi biomarker homogen kanker, dan untuk

menganalisis sendiri penyusunan gugus fungsi DNA nanopartikel emas.

Sejumlah instrumen yang diuraikan oleh Malvern Co (Inggris) untuk

menganalisis nanopartikel banyak digunakan (termasuk penggunaannya di Rusia)

yang hampir rutin untuk penentuan laboratorium dengan ukuran yang rata-rata dan

distribusi ukuran nanopartikel. Pengalaman kami dalam menggunakan salah satu

instrumen yang baru dikembangkan, yaitu, Zetasizer Nano ZS, menunjukkan bahwa

aplikasi tidak kritis dari metode DLS tanpa kontrol tambahan dengan menggunakan

mikroskop elektron transmisi (TEM) dapat menyebabkan artefak. Dalam kasus

partikel perak, artefak ini adalah karena kontribusi dari difusi rotasi untuk fungsi

korelasi intensitas penyebaran partikel CG nonspherical dengan diameter lebih besar

dari 40 nm. Dalam kasus partikel dengan diameter yang lebih kecil 20 nm, distribusi

intensitas pada maksimum kedua di wilayah 200 nm, dimana menghilang untuk

larutan koloid partikel dengan ukuran yang rata-rata lebih besar. Mengingat hal ini,

dalam semua kasus, penyebaran distribusi jumlah partikel ukuran DLS terasa

melebihi ukuran dispersi yang diperoleh dari gambar TEM. Pertanyaan-pertanyaan

ini adalah objek yang dibahas dalam makalah ini. Bagian akhir dari komunikasi

tersebut dikhususkan untuk analisis komparatif dari kelebihan dan kelemahan dari

metode yang digunakan dalam pekerjaan ini.

BAB II

METODE DLS YANG DIGUNAKAN UNTUK PENENTUAN DISTRIBUSI

UKURAN UNTUK KOLOID EMAS NANOPARTIKEL

CG nanopartikel dengan ukuran partikel 8-100 nm yang dihasilkan oleh

metode Frens (reduksi HAuCl4 dengan natrium sitrat pada suhu larutan sebesar 100 °

C digunakan dalam pekerjaan ini. Protokol lainnya dan agen pereduksi, misalnya,

natrium borohidrida, harus digunakan untuk mendapatkan partikel yang lebih kecil .

Ukuran nanopartikel dikarakterisasi dengan Libra 120 mikroskop elektron (Carl

Zeiss, Jerman), Zetasizer Nano ZS hamburan cahaya dinamis instrumen beroperasi

dari belakang (sudut hamburan dari 173 °) dan ke depan (13 °) hamburan mode, dan

instrumen PhotoCor (Photocor Instruments, Inc, Rusia) beroperasi pada sudut 90 °.

Ketika menganalisis partikel dengan metode DLS, yang terpenting adalah

untuk membedakan antara kasus partikel kecil dan besar, dengan perbatasan antara

yang ditetapkan dari rasio diantara penampang hamburan dan pemadaman (hamburan

+ penyerapan) atau hamburan dan penyerapan.

Gambar 1 mencontohkan rasio antara penampang rata-rata hamburan dan

pemadaman pada panjang gelombang dari laser He-Ne, yang digunakan pada kedua

instrumen, untuk partikel emas poldispersi ditandai dengan distribusi ukuran normal

(~exp[-(d/dav-1)2/2σ2]) dengan akar kuadrat setengah luas dari = 30% (Gambar 1).

Dimulai pada diameter rata-rata sekitar 40 nm, penampang rata-rata hamburan lebih

besar dari 50% dari pemadaman, maka, ansambel dari partikel yang lebih besar dapat

dianggap sangat hamburan. Perhatikan bahwa, untuk sistem monodispersi, batas dari

bagian ini pada panjang gelombang resonansi terletak secara nyata jauh ke kanan, di

wilayah 80 nm. Untuk percobaan kami, kami memilih partikel dengan diameter rata-

rata sekitar 16 dan 60 nm (Gambar 2) sebagai model yang menunjukkan hamburan

lemah dan kuat pada panjang gelombang dari instrumen. Selanjutnya, sampel ini

dilambangkan sebagai CG-16 Dan CG-60.

Gambar. 1. Hamburan rata-rata terhadap rasio penampang pemadaman sebagai

fungsi dari diameter partikel untuk partikel emas polydisperse dengan jumlah partikel

distribusi ukuran normal ditandai dengan normalisasi akar kuadrat setengah luas σ =

30%. Perhitungan yang dilakukan dalam hal teori Mie untuk dispersi dari partikel

emas dalam air pada laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm. Inset

menunjukkan kurva distribusi ukuran partikel.

Menurut data TEM, untuk partikel CG-16, diameter partikel rata-rata adalah

dav = 15.8 ± 1.4 nm dan rasio aksial rata-rata rav = 1.05 ± 0.05. Untuk partikel CG-60,

ukuran rata-rata dan rasio aksial adalah dav = 59.4 ± 5.3 nm dan rav = 1.33 ± 0.22

masing-masing. Rata-rata relative dari distribusi setengah luas adalah σ = σd/dav =

8,9% untuk kedua sampel (ini adalah kebetulan yang tidak disengaja, yang

menunjukkan polidispersitas dekat ansambel). Dengan demikian, dalam kedua kasus,

analisis TEM menunjukkan angka distribusi ukuran dari unimodal partikel agak

terbatas dengan polidispersitas tidak lebih tinggi dari 10%. Perbedaan utama adalah

penyimpangan nyata dari partikel CG-60 dari bentuk bulat. Peningkatan tingkat

nonsphericity dengan ukuran partikel tercatat sebelumnya. Secara khusus, dua

kelompok data pada ketergantungan ukuran rasio aksial rata-rata dilaporkan untuk

partikel CG , yang mungkin dapat dijelaskan oleh hubungan berikut:

r1 = 1.15 + (dav – 20)/350,

r2 = 1.18 + (dav – 20)/160. (1)

Rasio aksial partikel CG-16, seperti yang telah diperkirakan dari persamaan,

adalah 1,14-1,16, lebih tinggi dari nilai yang didapatkan yaitu 1,05. Untuk partikel

CG-60, Kisaran rasio aksial yang ditentukan oleh Pers. (1) adalah 1,25-1,43,

menunjukkan kesesuaian dengan perkiraan eksperimental kami yaitu 1,33. Sekarang,

mari kita mempertimbangkan data DLS pada sampel CG 60.

Gambar 3 menunjukkan distribusi intensitas penyebaran bimodal dengan

maksimal utama pada sekitar 59 nm hampir dan volume partikel unimodal dan angka

distribusi ukuran dengan nilai maksimal pada 5-6 nm. Distribusi ini diukur dengan

Nano Zetasizer. ZS instrumen operasi dalam modus (pada standar) hamburan mundur

standar. Dalam hal ini, posisi puncak utama dari distribusi intensitas penyebaran (. ≈

60nm, Gambar 3a) adalah sesuai yang sempurna dengan nomor diameter rata-rata,

seperti yang ditentukan dengan metode TEM (59,4 ± 5,3), Namun, lebar distribusi

relatif pada tingkat 1/2 dari maksimum (53%) adalah sekitar enam kali lipat lebih

besar dari lebar relatif histogram TEM (Gambar 2d).

Sebagai distribusi intensitas penyebaran bukan merupakan karakteristik

langsung dari dispersity, program yang digunakan untuk pengolahan data

menunjukkan perhitungan ulang ke dalam karakteristik koloid yang lebih dikenal

dengan volume partikel dan angka distribusi ukuran. Namun, perhitungan ulang

(Gambar 3b) dan perbandingan dengan histogram TEM angka distribusi ukuran

partikel (Gambar 2d) menunjukkan bahwa data DLS pada volume partikel dan angka

distribusi ukuran ternyata keliru, yaitu, tidak adanya gambaran TEM dari sistem CG-

60 yang menunjukkan adanya partikel dengan diameter lebih kecil dari 10 nm. Jelas

bahwa dalam hal ini, kita menghadapi dengan penampilan puncak minor palsu dalam

distribusi intensitas untuk CG-60 partikel, yang bentuknya sangat berbeda dari yang

bulat.

Gambar. 2. gambar TEM nanopartikel dan histogram distribusi yang sesuai untuk (a,

b) CG-16 dan (c, d) CG-60. Kurva putus-putus mengacu pada distribusi normal

dengan parameter berikut: (b) dav = 15,8 nm, σd = 1,4 nm dan (d) dav = 59,4 nm, σd =

5,3 nm. Inset (c) menggambarkan bentuk nonspherical khas partikel besar.

Gambar. 3. Ukuran distribusi (a) intensitas penyebaran dan (b, kurva 1, 2) volume

partikel dan angka, masing-masing, yang diukur untuk CG-60 oleh DLS pada sudut

hamburan 173 °.

Alasan dari munculnya puncak palsu di wilayah berukuran kecil menjadi lebih

jelas dari Gambar. 2 (inset) dan 4a, di mana fungsi korelasi photocurrent diukur untuk

dua sudut hamburan (mundur dan maju) ini digambarkan.

Dua mode relaksasi dalam kurva 2 sesuai dengan rotasi dan translasi

diffusions Brownian dari partikel emas nonspherical, yang, berdasarkan pendekatan

dari partikel monodisperse, dijelaskan oleh persamaan berikut [4]:

dimana konstanta tergantung pada derajat anisotropi bentuk partikel, dan merupakan

kontribusi dari co- dan crosspolarization komponen cahaya yang tersebar, masing-

masing, untuk fungsi korelasi total yang diukur untuk cahaya terpolarisasi normal

pada bidang hamburan tanpa adanya analyzer (seperti yang dilakukan di instrumen

Nano Zetasizer ZS), DT dan DR adalah koefisien difusi translasi dan rotasi, masing-

masing, dan q = (4π/λ)sin(θ/2) adalah panjang dari vektor hamburan dalam media

tertentu. Dalam rezim standar pengolahan data, mode frekuensi tinggi pertama di

kurva 1 dan 2 diinterpretasikan sebagai kontribusi dari fraksi partikel kecil, diameter

ditunjukkan dengan penetapan sebagai berikut:

di mana, untuk partikel kami, fungsi dari faktor bentuk f(r) hampir sama dengan

kesatuan. Untuk hamburan mundur modulus adalah 0,026 nm-1 dan diameter TEM

rata partikel 59,4 nm, maka, dmin = 8 nm, sehingga menjadi sesuai dengan data untuk

puncak minor ((Gambar 3a).

Bagian dari belakang ke depan hamburan sesuai dengan penurunan q dari 2,6

× 10-2 sampai 3 × 10-3 nm-1. Oleh karena itu, modus relaksasi relevan dengan difusi

translasi (Gambar 3, kurva 2) digeser ke wilayah frekuensi yang lebih rendah dan

diselesaikan dengan baik oleh korelator tersebut. Selain itu, perhitungan ulang dari

kontribusi dari difusi rotasi menghasilkan pergeseran ukuran partikel yang sesuai

untuk wilayah nonfisik di bawah 1 nm, yang diabaikan oleh instrumen. Oleh karena

itu, solusi dari masalah inversi untuk fungsi korelasi 2 (hamburan depan)

menghasilkan distribusi unimodal di atas intensitas penyebaran, volume, dan jumlah

partikel (Gambar 4b) dengan diameter rata-rata masing-masing 73,4, 69,5, dan 66,2

nm, . Dalam kasus terakhir, nilai rata-rata cukup dekat dengan ukuran rata-rata yang

diperoleh dari data TEM (59,4 nm), meskipun setengah luas (16,3%) hampir dua kali

lipat lebih besar dari setengah luas histogram TEM (8,9%).

Gambar 4. Panel (a) : Fungsi korelasi aliran cahaya untuk pengukuran CG-60

pada sudut hamburan (1) mundur dan (2) maju dan panel (b) : distribusi ukuran dari

(1) intensitas penyebaran dan partikel (2) volume dan (3) angka di plot dari

pengukuran hamburan maju, histogram (4) diperoleh dari data TEM

Dengan demikian, ada beberapa kemungkinan solusi dari masalah puncak

palsu karena difusi partikel rotasi. Pertama, dalam modus hamburan mundur, yang

lebih disukai dengan mengesampingkan hamburan parasit oleh kotoran, adalah wajar

untuk mengatur penundaan pada urutan 10 mikrodetik dengan menghilangkan

beberapa saluran awal beberapa korelator tersebut. Kedua, ketika memecahkan

masalah inversi, kita mungkin hanya dipaksa menetapkan titik potong untuk ukuran

minimum berdasarkan pada rentang yang diharapkan dari ukuran partikel. Sebagai

contoh, dalam kasus sistem CG-60 (Gambar 2d, 3a), titik potong ini sesuai dengan 20

nm. Perhatikan bahwa prosedur sebelumnya sepertinya lebih disukai karena informasi

yang diperoleh dari saluran awal korelator tersebut tetap mempengaruhi modus difusi

terkait translasi dari fungsi korelasi melalui normalisasi.

Gambar 5 mencontohkan volume partikel dan angka distribusi ukuran yang

dihasilkan dari perhitungan ulang dari distribusi intensitas (Gambar 3a, hamburan

mundur) dengan titik potong untuk ukuran minimum 20 nm. Hasilnya terlihat tampak

mendekati data TEM (dibandingkan dengan Gambar 3b.), Namun, baik ukuran rata-

rata dan lebar distribusi 2 berada dalam kecocokan yang buruk dengan histogram

TEM (3). Oleh karena itu, kami percaya bahwa, dalam hal ini, solusi optimal adalah

pengukuran distribusi DLS dalam modus hamburan depan.

Gerakan rotasi partikel anisotropik kecil dapat diidentifikasi dengan

membandingkan pengukuran dilakukan dalam mode hamburan belakang dan ke

depan. Seperti berikut dari semua yang disebutkan di atas, distribusi yang dihasilkan

dari kontribusi difusi translasi sendiri untuk fungsi korelasi tidak harus tergantung

pada sudut hamburan, sedangkan puncak kecil dalam kasus hamburan depan bergeser

ke wilayah nonfisik (fraksi nanometer). Sebaliknya, distribusi waktu relaksasi

karakteristik mode rotasi tidak harus tergantung pada sudut, sementara, untuk modus

translasi, sesuai dengan variasi. Kemungkinan-kemungkinan yang ditunjukkan oleh

contoh dari partikel koloid perak.

Seperti dapat dilihat dari Pers. (2) dan (3), pengukuran terpisah dari fungsi

autokorelasi photocurrent untuk co dan crosspolarization komponen penyebaran

sinar tersebut pada berbagai sudut memungkinkan seseorang untuk menentukan lebih

atau kurang akurat koefisien difusi rotasi dan translasi, yaitu, untuk menilai ukuran

rata-rata dan bentuk partikel. Pendekatan ini dicontohkan dalam literatur untuk

panjang dan pendek gold nanorods.

Sekarang, mari kita perhatikan pengukuran distribusi ukuran untuk hamburan

lemah CG-16 partikel. Distribusi intensitas hamburan khas bimodal diilustrasikan

pada Gambar. 6a untuk hamburan lemah CG nanopartikel dengan diameter lebih

kecil dari 20-25 nm. Puncak mode pertama dengan lebar setengah relatif dari 51%

terletak di 25 nm. Perbandingan dengan histogram (Gambar 2b) dan analisis

mendalam dari sejumlah besar gambar TEM menunjukkan bahwa puncak kedua

dalam distribusi bukan karena partikel CG individu. Dalam kasus pengukuran di

sudut kecil, hamburan lemah oleh CG-16 partikel pada panjang gelombang 633 nm

juga menyebabkan munculnya fungsi correelation bimodal. Pola dari fungsi tersebut

(tidak ditampilkan di sini), analog dengan kurva pada Gambar 1. 4a, meskipun

dengan kontribusi utama dalam daerah frekuensi menengah pertama dan kontribusi

kecil dalam daerah frekuensi rendah kedua. Perlu ditekankan bahwa kehadiran

puncak kedua dalam distribusi (Gambar 6a) tidak relevan dengan kekhasan dari

instrumen. Data kami (tidak ditampilkan di sini) menandakan bahwa hampir hasil

yang sama diperoleh dengan menggunakan instrumen lain, PhotoCor, yang digunakan

secara luas di Rusia, alat ini dilengkapi dengan sistem penghitungan foton yang

terdiri dari satu (PhotoCor PC-1, modus autokorelasi) Atau dua (PhotoCor PC-2,

crosscorrelation mode) photomultipliers. Fakta bahwa modus yang kedua adalah

disebabkan oleh kontribusi dari sebagian kecil dari partikel hamburan kuat terbukti

dari ketergantungan yang kuat dari fungsi korelasi pada kondisi pengukuran dan

perhitungan ulang dari distribusi intensitas volume partikel atau angka distribusi

ukuran (Gambar 6b). Diameter rata-rata ditentukan dari distribusi ini dan setengah

luas relatif masing-masing adalah sama dengan 16,4 nm (33%) dan 13,2 nm (23%),

yang lebih dekat dengan diameter rata-rata 15,8 nm ditentukan dengan menggunakan

metode TEM. Jadi, dalam hal ini, Berbeda dengan sistem CG-60, kontribusi dari

difusi rotasi tidak menciptakan masalah, namun, analisis data harus berhati-hati

terhadap kemungkinan adanya sebagian kecil dari agregat. Dalam kasus apapun,

dengan menggunakan metode ini, modus kedua dalam distribusi intensitas harus

dianggap sebagai bukti yang berguna yang pengotor dapat hadir, sifat pengotor akan

dijelaskan dalam penyelidikan tambahan. Secara optik yang diamati, bukan massa,

berat modus yang kedua adalah mudah untuk menentukan volume partikel atau angka

distribusi ukuran. Dalam hal ini, ukuran rata-rata di atas volume partikel dan jumlah

cukup baik sesuai dengan data TEM dengan penyimpangan dari 5-15%. Satu-satunya

masalah serius yang tersisa adalah lebar distribusi. Memang, setengah luas relatif dari

ketiga distribusi di Gambar 6 (51, 33, dan 23%) tampaknya beberapa kali lebih besar

dari yang diperoleh dari analisis gambar TEM partikel individu (8,9%).

Gambar. 5. Partikel (1) volume dan (2) angka distribusi ukuran yang diperoleh dari

distribusi intensitas penyebaran untuk CG-60 (hamburan mundur) dengan titik potong

untuk ukuran minimum 20 nm. Diameter rata-rata dan simpangan akar pangkat

(dalam hal distribusi setengah luas) adalah dav,V = 42 ± 15 dan dav,N = 32 ± 8 nm untuk

volume partikel dan distribusi ukuran, masing-masing; (3) Histogram diperoleh dari

data TEM

Gambar. 6. Distribusi ukuran (a) intensitas penyebaran dan (b) partikel (1) volume

dan (2) angka diplot dari hasil pengukuran fungsi korelasi untuk CG 16 di belakang

hamburan mode, Histogram (3) diperoleh dari data TEM.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasilnya yang dijelaskan di atas perlu dibahas supaya tidak memberikan

kesan palsu kepada pembaca bahwa prinsip dari metode DLS memiliki kelemahan

terlepas dari masalah-masalah khas dari metode lain. Untuk menghindari

kesalahpahaman, harus ditekankan bahwa seluruh pembahasan lebih lanjut terutama

relevan dengan partikel koloid emas yang dihasilkan dari metode standar

pengurangan ion emas dalam larutan HAuCl4.

Hal ini tidak perlu dicatat bahwa, pada prinsipnya, metode TEM dan DLS

hasilnya berbeda, meskipun dapat dibandingkan, data tentang dispersities dari koloid.

Gambar TEM merupakan sampel acak yang diterapkan pada sebuah grid, sehingga

dua masalah selalu terjadi. Masalah pertama disebabkan oleh perubahan yang terjadi

dalam sampel selama persiapan dan masalah kedua dikaitkan dengan kebutuhan

untuk menyediakan statistik undistorting dari akses layar. Untungnya, untuk

nanopartikel emas, masalah sebelumnya tidak hadir ketika kita tertarik dalam

distribusi ukuran partikel individu, terlepas dari aggregationin yang mungkin dalam

larutan koloid. Hal ini jelas bahwa, untuk analisis TEM, sampel harus disusun sesuai

dengan protokol yang konvensional (dicuci, disuspensi ulang, dll) untuk menghindari

munculnya artefak yang relevan dengan persiapan saat pengeringan sampel pada grid

TEM, misalnya, pertumbuhan lebih lanjut dan koalesensi partikel atau distorsi dalam

bentuk dan ukuran. Masalah yang terakhir diselesaikan dengan cara statistik yang

umum dan pemeriksaan menyeluruh dari semua daerah grid, yang dapat menjadi agak

sulit. Pengalaman kami dan data komunikasi lainnya menandakan bahwa

penghitungan 1000 partikel lebih dari satu wilayah sebuah grid biasanya bersamaan

dengan penghitungan terhadap daerah lain yang dipilih secara acak. Metode TEM

memberikan hasil sempurna dapat direproduksi, asalkan kondisi yang tercantum di

atas terpenuhi, dan, pada saat ini, itu merupakan standar emas yang diterima di semua

laboratorium dari dunia tanpa pengecualian (dilihat dari database kami, yang berisi

lebih dari 2000 referensi selama periode tahun 1995 hingga 2010). Perlu ditekankan

bahwa, untuk partikel biologi, metode TEM kehilangan keunggulan utamanya karena

masalah diketahui mengenai persiapan sampel. Selain itu, para laboriousness TEM

dan masalah yang relevan dengan aplikasi yang tepat sangat meningkat dalam kasus

studi kinetik.

Keuntungan yang tak terbantahkan dari metode DLS, serta mayoritas metode

optik lainnya, adalah kelayakan untuk menyelidiki insitu dispersity dengan data rata-

rata lebih besar partikel ansambel yang terkandung dalam volume diperiksa.

Misalnya, dalam volume koherensi pada urutan 10-3cm3, yang khas dari metode DLS,

jumlah partikel dianalisis dalam suatu koloid emas biasa dengan densitas optik dari 1

ditempatkan dalam sel 1-Cm pada panjang gelombang resonansi dari sekitar 520 nm

pada urutan 108-109. Sebuah ensemble besar seperti ini tidak dapat diperiksa dengan

metode TEM. Kedua, metode DLS juga berlaku untuk mempelajari proses kinetik

lambat dengan waktu karakteristik lebih pendek dari waktu auto photocurrent

korelasi fungsi akumulasi (min 5-30). Untuk partikel biologi, karakter

nonperturbative dari metode DLS mungkin menjadi faktor yang menentukan. Selain

itu, dibandingkan dengan sebagian besar metode optik lainnya, DLS memungkinkan

untuk menentukan fungsi distribusi ukuran partikel dengan tidak ada informasi

sebelumnya tentang sifat optik dari partikel (lihat di bawah). Hanya transit indicatrix

dan transparansi spektral metode dapat dianggap yang alternatif.

Seperti terlihat di atas (Gambar 6a), untuk partikel CG-16, hasil dua metode

DLS sangat berbeda dari distribusi intensitas, salah satunya adalah mendekati ukuran

partikel CG ditentukan dengan metode TEM, sementara yang lain memiliki

maksimum di wilayah 200 nm. Pertanyaan tentang penafsiran fraksi besar adalah

nontrivial dan relevan dengan fitur dasar dari semua metode hamburan cahaya,

termasuk DLS. Untuk partikel kecil, ukuran yang sesuai dengan kondisi hamburan

Rayleigh, intensitas sebanding dengan modulus polarisabilitas kuadrat, yaitu, volume

partikel kuadrat. Hal ini jelas bahwa, meskipun hadir dalam fraksi jumlah kecil

diabaikan, penghambur dengan volume yang besar selalu memiliki berat proporsional

optik yang mendominasi dan dapat mendistorsi informasi tentang nanopartikel yang

bersangkutan. Hal ini terlihat dari perhitungan ulang dari distribusi intensitas dalam

volume partikel dan angka distribusi ukuran (Gambar 6b). Sifat dari partikel 200 nm

tidak dapat dinilai dari DLS saja, mereka mungkin hanya debu partikel, partikel emas

yang besar yang tidak diinginkan, atau agregat emas nanopartikel yang tidak

disengaja. Namun, seseorang dapat menduga (data tidak ditampilkan) bahwa, di

bawah kondisi yang sama dari sintesis sitrat, bagian bertahap dari ukuran 15 sampai

20, 25, dan 30 nm disertai dengan penurunan tajam dalam maksimum kedua di

intensitas distribusi dan transisi ke distribusi unimodal sepenuhnya. Dalam kasus

lemah hamburan partikel CG 16, Ini adalah argumen yang kuat untuk asumsi bahwa

hanya informasi parasit yang dipertanyakan, yang berhenti berpengaruh secepat

hamburan partikel CG mulai meningkat (Gambar 1). Sayangnya, dimulai dengan

ukuran partikel CG di urutan 40-50 nm, pengukuran DLS mulai menunjukkan efek

lain, yaitu, modus parasit di wilayah ukuran kecil, yang disebabkan oleh gerakan

rotasi partikel nonspherical. Perlu ditekankan sekali lagi bahwa efek ini secara khusus

relevan dengan bentuk dan tidak diamati, misalnya, nanospheres silika dalam rentang

yang sangat luas dari ukurannya, serta dalam kasus ini, ketika nanoshells emas telah

tumbuh di atasnya. Seperti yang telah ditunjukkan di atas, efek parasit dari gerak

rotasi dapat dikecualikan dengan melewatkan ke sudut hamburan kecil atau dengan

penyesuaian sesuai korelator tersebut. Selain itu, beberapa kesimpulan pada bentuk

partikel, tetapi hanya yang bersifat kualitatif, dapat ditarik dari pengukuran

dependencefor sudut fungsi autokorelasi (lihat, misalnya, perbandingan dari DLS dan

data TEM pada bentuk partikel. Sayangnya, sebagian besar instrumen komersial

(termasuk Zetasizer Nano ZS) tidak memiliki fungsi yang bermanfaat.

Diameter rata-rata dan setengah luas distribusi untuk CG-16 dan CG 60 sampel

sebagaimana ditentukan oleh metode TEM dan DLS

Pertanyaan lain yang harus dibahas masalah kesesuaian dari ukuran rata-rata

dan penyebaran distribusi data TEM. Menurut tabel, ada kesepakatan tertentu antara

diameter rata-rata sistem CG-60 diperoleh dengan metode yang berbeda, namun, data

DLS dapat memiliki kontradiksi internal, yaitu, pengukuran pada sudut yang berbeda

dapat menghasilkan ukuran yang berbeda, bahkan setelah rotasi modus gerak

merupakan titik potong (tabel).

Seperti yang telah disebutkan di atas, metode DLS kadang-kadang dianggap

sebagai satu-satunya pengukuran distribusi ukuran partikel in situ. Namun,

pertanyaan tentang kelayakan ini didistribusikan kepada angka distribusi ukuran

partikel dalam larutan koloid sering dihilangkan. Informasi langsung hanya diperoleh

dengan metode DLS merupakan distribusi intensitas yang tersebar di atas koefisien

difusi Brown. Perhitungan kembali distribusi ini menjadi, misalnya, distribusi agregat

Nanosphere atas hydrodynamicradi merupakan masalah yang hampir tidak dapat

dipecahkan, sehingga pengembang peralatan untuk DLS sering memberikan masalah

serius pada pengguna terakhir dengan memberikan mereka file yang berisi fungsi

autokorelasi atau distribusi atas intensitas penyebaran. Jika dan hanya jika obyek

penelitian dapat digambarkan dalam bentuk model Stokes-Einstein (perhitungan

ulang dari koefisien difusi menjadi ukuran hidrodinamik untuk satu sphere yang ideal

terjadi pada cairan yang tak terbatas diam) dan model Mie (yang perhitungan ulang

intensitas ke jumlah partikel dengan ukuran tertentu), solusi dari masalah inversi akan

menjadi benar untuk model isotropik seragam non-berinteraksi bola hamburan

sendiri-sendiri. Hal ini jelas bahwa model ini bisa sangat berbeda dengan objek

(Gambar 2c). Bahkan untuk partikel berbentuk bola, eksponen dalam formula yang

digunakan untuk menghitung ulang intensitas penyebaran ukuran partikel tergantung

pada sifat-sifat material, lebar distribusi, dll. Kita juga harus ingat bahwa, bahkan

dalam kasus sederhana (bola dengan kulit polimer), informasi metode DLS

menghasilkan pada ukuran hidrodinamik dari seluruh kompleks ketimbang ukuran

geometris dari partikel itu sendiri.

Seperti terlihat di atas, penyebaran ukuran partikel yang diperoleh dengan

metode DLS umumnya lebih dari yang diperkirakan, dibandingkan dengan data TEM

(dalam kasus kami, sekitar dua sampai empat kali). Hal ini berguna untuk

membandingkan dispersi koloid CG-16 dan CG-60 dengan hasil pengukuran TEM

dengan parameter menyeluruh untuk nanopartikel diperoleh melalui protokol sintesis

asli dijelaskan dalam (Gambar. 7).

Gambar. 7. distribusi ukuran partikel relatif setengah luas diukur dengan metode

TEM sebagai fungsi dari ukuran partikel rata-rata: (1) data literatur (2) data

percobaan ini untuk koloid CG-16 dan CG-60, dan (3) data yang diperoleh untuk

jenis koloid dari CG-60

Hal ini jelas terlihat bahwa, untuk partikel CG-16, Hasilnya cukup mendekati dengan

data literatur, sementara itu untuk CG-60, dispersi (8,9%) muncul menjadi sekitar 2,5

kali lipat lebih tinggi dari rata-rata nilai yang disajikan dalam untuk wilayah ukuran,

namun lebih rendah 14% dari nilai yang diperoleh untuk partikel dengan ukuran yang

mendekati. Dengan demikian, penyebaran ukuran sampel kami adalah khas partikel

CG. Membandingkan data pada Gambar. 7 dan tabel dan mempertimbangkan data

yang dipublikasikan lainnya, kita sampai pada kesimpulan dari prinsip berikut ini:

penyebaran distribusi nanopartikel ukuran CG ditentukan dengan metode DLS

terlihat berbeda dari dispersi yang ditemukan oleh metode TEM dan umumnya terlalu

tinggi. Nilai yang terlalu tinggi ini disebabkan oleh beberapa faktor. Pertama, metode

DLS memperhitungkan kontribusi optik dari sebagian kecil partikel besar yang

biasanya tidak tertarik dan diabaikan dalam analisis TEM. Kedua, prosedur untuk

transformasi jenis Fredholm dari persamaan pertama yang digunakan dalam metode

DLS memperkenalkan pelebaran yang tak terelakkan, yang tidak relevan dengan

karakteristik solusi koloid. Akhirnya, dalam larutan koloid nyata, agregat dapat

terbentuk dan mengganggu yang mempengaruhi korelasi photocurrent,

bagaimanapun, biasanya diabaikan dalam analisis TEM. Perhatikan bahwa pelebaran

distribusi dalam metode DLS telah berulang kali dicatat dalam literatur.

Ketika metode TEM dan DLS tidak dapat digunakan secara online, dan perlu

dengan cepat memperkirakan setidaknya rata-rata ukuran partikel CG ketimbang

distribusi ukuran partikel, seseorang dapat menerapkan spektroskopi penyerapan

biasa, asalkan spektrofotometer dilengkapi dengan monokromator dengan resolusi

pada urutan 0,5 nm. Mengkaji ukuran rata-rata berdasarkan pergeseran dalam

resonansi plasmon juga memiliki kelebihan dan kekurangan, yang sebagian besar

tidak menyangkut fungsi distribusi ukuran. Selain itu, karena hampir 20 tahun

pengalaman kami telah melakukan eksperimen, bahkan saat menentukan ukuran rata-

rata, hasil yang dapat diandalkan hanya diperoleh dalam jenis protokol sintesis

tunggal yang diuji dengan pengecualian wajib agregasi partikel. Kehadiran molekul

ligan IgG atau thiolated poli (etilen glikol) pada permukaan partikel umumnya

menghasilkan sedikit pergeseran (di urutan 3 nm) untuk kepunahan dan 4-5 nm untuk

penghamburan. Hal ini jelas bahwa, dalam hal ini, metode kedua pergeseran plasmon

dan DLS tidak dapat digunakan untuk mengkarakterisasi partikel nonfunctionalized.

Misalnya, eksperimen yang ditunjukkan bahwa, untuk partikel CG-16, adsorpsi

molekul IgG memperbesar diameter hidrodinamik dari 18 menjadi hampir 28 nm,

sedangkan, dalam kasus gelatin, naik 18-40 nm. Namun, seperti yang digunakan di

sini, ini merupakan keuntungan yang penting dari metode DLS ketimbang kelemahan

karena memungkinkan seseorang untuk memperkirakan ketebalan dari kulit

biopolimer dari konjugat.

Adapun agregasi sedikit tidak terkendali, metode pergeseran plasmon adalah

yang paling stabil terhadap efek ini dibandingkan dengan DLS atau metode

diferensial hamburan. Secara khusus, hal ini ditunjukkan eksperimen maupun teoretis

untuk campuran model koloid emas dan untuk kasus agregasi yang disebabkan oleh

interaksi biospecific konjugat partikel dengan molekul target. Alasan fisik untuk

stabilitas ini cukup sederhana. Di bawah pendekatan dari interaksi lemah, penyerapan

oleh partikel kecil yang ditentukan oleh komponen imajiner polarisabilitas dan

sebanding dengan volume mereka. Peleburan partikel tidak mengubah total

penyerapan hingga interaksi optik mulai mempengaruhi bagian penyerapan lintas

partikel menyusun cluster. Cluster ini intensifikasi penyerapan diinduksi telah

diperkirakan sebagai bergantung pada jarak interparticle dan jenis cluster.

Seperti yang sering terjadi, kelemahan dari metode bisa dalam kondisi

tertentu, terlihat menjadi keuntungan yang tidak diragukan lagi. Misalnya, sensitivitas

tinggi dari metode DLS untuk pembentukan sejumlah kecil agregat hamburan kuat

memberikan itu dengan keunggulan kompetitif yang jelas atas metode optik lainnya

untuk mempelajari agregasi biospecific, ketika metode TEM hampir tidak berguna.

Secara khusus, dalam karya-karya yang disebutkan di atas, fitur dari metode DLS

juga telah berhasil digunakan untuk menganalisis diri organisasi bioconjugates

nanopartikel emas. Metode DLS diaplikasikan sebagai tes sensitif untuk hibridisasi

oligonukleotida, yang menginduksi agregasi bermuatan positif partikel 15-nm CG

difungsikan oleh bromide cetyltrimethylammonium .

BAB IV

KESIMPULAN

Telah ditunjukkan bahwa, untuk nanopartikel CG, kasus penghamburan yang

lemah dan yang kuat dibedakan, yang sangat penting untuk menginterpretasikan

distribusi diukur dengan metode DLS. Dalam kasus partikel penghamburan kuat

dengan diameter lebih besar dari 40 nm, efek dari hasil difusi rotasi dalam

penampilan puncak palsu dalam berbagai ukuran ditentukan oleh hubungan (4).

Dalam hal ini, perhitungan kembali formal distribusi intensitas dalam volume partikel

atau distribusi nomor ukuran dapat menghasilkan hasil yang dapat diterima.

Masalahnya bisa dipecahkan dengan bersamaan mengukur fungsi korelasi di sudut

penghamburan besar dan kecil dalam rangka untuk mengisolasi distribusi yang

independen pada sudut pengukuran. Selengkapnya, prosedur ini memungkinkan

untuk menentukan batas titik potong dari ukuran kecil pada inversi atas data

eksperimental dan, yang lebih penting, untuk mendirikan sebuah penundaan yang

benar dari saluran awal korelator dalam rangka untuk menyingkirkan kontribusi

difusi rotasi ketika mengukur mundur penghamburan.

Dalam kasus partikel ditandai dengan penghamburan lemah pada panjang

gelombang dari laser helium-neon (633 nm), untuk nanopartikel sitrat CG biasa,

instrumen untuk pengujian penelitian ini (Zetasizer Nano ZS dan OhotoCor)

menghasilkan puncak kedua intensitas distribusi di wilayah ukuran besar. Umumnya,

puncak ini tidak relevan dengan fraksi utama nanopartikel dan harus diabaikan dalam

interpretasi hasil pengukuran. Perhitungan kembali dari distribusi intensitas ke dalam

volume partikel dan angka distribusi ukuran menghasilkan perbedaan besar antara

nilai rata-rata, di antaranya yang paling dekat dengan data TEM adalah ukuran rata-

rata ditentukan dari intensitas dan volume distribusi penyebaran. Dalam kedua kasus

hamburan lemah dan kuat, lebar volume partikel DLS atau distribusi nomor ukuran

selalu terlalu tinggi dibandingkan dengan histogram TEM.

Keuntungan penting dari metode DLS adalah sensitivitas tinggi dengan

tingkat agregasi partikel, yang memungkinkan kita untuk merekomendasikan hal ini

sebagai tes yang lebih handal, dibandingkan dengan spektroskopi serapan, untuk

mendeteksi interaksi biospesifik menggunakan nanopartikel CG.