XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

 

Одним из наиболее быстро развивающихся направлений в мире науки является исследование наноразмерных структур – квантовых точек (КТ). Технологии на их основе оказываются наиболее перспективными из-за их регулируемых оптических и электронных свойств. В виду этого, они имеют высокий потенциал во многих областях, таких как оптика, электроника и медицина, в которой КТ могут использоваться в качестве биомаркеров [1].

КТ обладают узким симметричным пиком флуоресценции, широкой полосой возбуждения, устойчивостью к фотообесцвечиванию и высоким квантовым выходом [2, 3].

Изучение размера, морфологии и химического состава КТ позволят судить об эффективности их синтеза, а также о процессах их деградации при эксплуатации и хранении. КТ представляют собой ядро, покрытое органическими стабилизаторами, поэтому они могут быть проанализированы методами высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Эксклюзионная хроматография является наиболее доступным и распространенным методом, позволяющим определить размеры частиц.

Аппаратура

Работа выполнена на жидкостном хроматографе LC-20 фирмы «Shimadzu» (Киото, Япония), который оснащен: диодно-матричным детектором SPD-M20 A и системой обработки данных LC-Solutions; насосом LC-20 AD, который с высокой точностью может создавать потоки подвижной фазы, начиная от 0,0001 мл/мин; автодозатором SIL-20A; термостатом CTO-20 A для поддержания постоянной температуры колонки; аналитической колонкой колонкой ZORBAX GF-250 с гидрофильной диольной привитой фазой на основе диоксидов циркония и кремния;

Реактивы и материалы

Ацетонитрил, CH₃CN, HPLC, DFSIC, (Scharlau, Испания); гидрофосфат натрия ч.д.а, NaHPO₄ (Химмед, Россия); дигидрофосфат калия, KH₂PO₄, 90% (Лабтех, Россия); ортофосфорная кислота, H₃PO₄, 85% (Химмед, Россия); квантовые точки CdTe-TGA, CdTe/CdS-TGA-L-Cys, CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys, CdTe/CdS/ZnS-MPA-L-Cys, CdTe/CdS/ZnS-MPA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA, CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA; мембранные гидрофильные фильтры, размер пор 0.22 мкм, диаметр 13 мм; деионизированная вода.

Характеризация КТ по размерам методом эксклюзионной хроматографии

Метод эксклюзионной хроматографии широко применяется для разделения белковых молекул и полимеров. Отличительной особенностью эксклюзионной хроматографии от других вариантов жидкостной хроматографии заключается в том, что в эксклюзионной хроматографии роль сорбента заключается в формировании пор определенного размера. Разделение осуществляется за счет распределения молекул между растворителем, находящимся внутри пор сорбента, и растворителем, протекающим между его частицами. Порядок элюирования определяется размером частиц. Первыми элюируются наиболее крупные молекулы, способные проникать в минимальное число пор, а молекулы с малыми размерами, элюируются соответственно последними.

Анализ наночастиц и КТ методом эксклюзионной хроматографии осложняется необратимой сорбций аналитов на неподвижной фазе колонки. Для уменьшения таких взаимодействия в ПФ добавляют ПАВ, которые закрывают активные сорбционные центры.

Для разделения КТ по размерам, использовалась аналитическая колонка ZORBAX GF-250 с гидрофильной диольной привитой фазой на основе диоксидов циркония и кремния, которые обеспечивают работу колонки в широком диапазоне pH. Для защиты НФ от разрушения микрочастицами, КТ перед анализом фильтровались гидрофильным мембранным фильтром с размерами пор 0.22 мкм. В качестве ПФ был выбран 2.5 мМ фосфатный буферный раствор.

На первом этапе были исследованы возможности метода эксклюзионной хроматографии для анализа КТ. В качестве аналитов были выбраны КТ следующего состава: CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA, CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys, CdTe/CdS/ZnS-MPA-L-Cys.

На рисунках 1-3 представлены хроматограммы, полученные при изократическом режиме элюирования. Объем инжекции 5 мкл, скорость потока 2 мл/мин.

Рис. 1 – Хроматограмма раствора КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA. ПФ: 2.5 мМ фосфатный буфер; объем инжекции 5 мкл, скорость потока 2 мл/мин; колонка: ZORBAX GF-250, температура 25°С

Пик, соответствующий КТ CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA, имеет время удерживания равное 3.16 мин, а полимер, которым покрыты КТ – 6.4 мин.

Рис. 2 – Хроматограмма раствора КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys. ПФ: 2.5 мМ фосфатный буфер; объем инжекции 5 мкл, скорость потока 2 мл/мин; колонка: ZORBAX GF-250, температура 25°С

Рис. 3 - Хроматограмма раствора КТ состава CdTe/CdS/ZnS-MPA-L-Cys. ПФ: 2.5 мМ фосфатный буфер; объем инжекции 5 мкл, скорость потока 2 мл/мин; колонка: ZORBAX GF-250, температура 25°С

Пики, соответствующие КТ, имеют правильную форму, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия КТ с НФ. Для дальнейших анализов был выбран 2.5 мМ фосфатный буферный раствор в качестве ПФ.

Наложение хроматограмм КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys и CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA представлено на рисунке 4.

Рис. 4 – Наложение хроматограмм КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA и CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys

Разделяемые вещества с большими размерами элюируется раньше, поскольку они практически не проникают в поры НФ. КТ с полимерным покрытием имеют меньшее время удерживания, в виду большего гидродинамического размера. КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys-VP-MAN-EGDMA элюируется из колонки через 3.16 мин, а КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys – через 7.9 мин.

Для подтверждения этой зависимости были проанализированы КТ состава CdTe-TGA, CdTe/CdS-TGA, CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys.

Наложение хроматограмм представлено на рисунке 5.

Рис. 5 – Наложение хроматограмм КТ состава CdTe-TGA, CdTe/CdS-TGA, CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys

КТ состава CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys. имеют время удерживания равное 5.5 минут, CdTe/CdS-TGA – 6 минут и CdTe-TGA – 6.7 минут. Методом ДРС были определены их гидродинамические радиусы, которые составили 0.6, 1 и 4 нм соответственно. Таким образом, время удерживания компонентов смеси растет с уменьшением их размеров.

Для выбранной хроматографической системы в условиях изократического режима элюирования и скорости потока 2 мл/мин были рассчитаны хроматографические параметры, представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Хроматографические параметры КТ различного состава

Аналит	Размер по данным ДРС, нм	Время удерживания tR, мин	Коэффициент емкости k’	Число теоретических тарелок	Высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ), мм
CdTe-TGA	0,6	6.7	1.2	1280	0,19
CdTe/CdS-TGA	1	6	0.9	4733	0,04
CdTe/CdS/ZnS-TGA-L-Cys	4	5.5	0.8	1002	0,25

По представленным данным можно оценить эффективность хроматографического разделения. В данных условиях наблюдается хорошее формирование хроматографической зоны аналитов, значения коэффициента емкости также находится в оптимальном диапазоне.

Список литературы

Anandampillai S. et al. Quantum dot–DNA interaction: Computational issues and preliminary insights on use of quantum dots as biosensors // Computer methods in applied mechanics and engineering. 2008. V. 197. №. 41-42. P. 3378-3385.

Singh R., Singh R. R. Optical Properties of ZnS Quantum Dots: Applications in Solar cells and Biomedicine // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2022. V. 2. P. 1-9.

Kim J. et al. High-quantum yield alloy-typed core/shell CdSeZnS/ZnS quantum dots for bio-applications // Journal of nanobiotechnology. 2022. V. 20. №. 1. P. 1-12.

Код для цитирования: Скопировать