洗滌石墨烯？別再離心啦！

Overview
由于具有超高表面積和功能，石墨烯適用于許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（包括基因和藥物遞送）。在氧化石墨烯（GO）生產(chǎn)工藝之后，需要洗滌以中和并去除雜質(zhì)。使用離心機(jī)方法既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)。
 
 
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本篇《作為藥物傳遞載體使用之前，石墨烯的洗滌優(yōu)化方案》應(yīng)用說(shuō)明描述了一種使用Vivaflow® 50（100 kDa MWCO）通過切向流過濾（TFF）洗滌氧化石墨烯分散體以快速中和 pH 值的改進(jìn)方法。與常規(guī)離心相比，采用TFF時(shí)所需的時(shí)間顯著縮短且氧化石墨烯回收率較高。
   
 
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
在本研究中，我們的目的是在去除污染物和調(diào)節(jié)氧化石墨烯pH 值方面開發(fā)一種改進(jìn)的更高效工藝。使用 Vivaflow® 可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模切向流過濾（TFF），從而提供了一種能夠進(jìn)行顯著更快且便捷處理的經(jīng)濟(jì)解決方案。
 

Vivaflow® TFF 膜包
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用于洗滌氧化石墨烯分散體

   
 
材料和方法
橫流系統(tǒng)（例如Vivaflow®）中的切向流有助于盡可能地減少膜污染并能夠處理更大批量。作為 Vivaflow® 系統(tǒng)一部分提供的樣品杯可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單緩沖液置換，同時(shí)保持恒定樣品體積，并且可輕松實(shí)施超聲處理以防石墨烯片聚集（此為該納米材料的一項(xiàng)特征，可能會(huì)影響有效洗滌和 pH 值調(diào)節(jié)）。Vivaspin® 6 離心濃縮管的初始實(shí)驗(yàn)表明，PES 膜會(huì)迅速受到石墨烯污染（未顯示數(shù)據(jù)）。因此，我們選擇具有 100 kDa MWCO再生纖維素（RC）膜的 Vivaflow®50 與離心方法進(jìn)行比較性研究。
  
 
結(jié)果搶先看
氧化石墨烯離心和TFF洗滌的回收率和時(shí)間比較

氧化石墨烯分散體（400 mL，100 μg/mL）洗滌方法在洗滌工藝后的氧化石墨烯回收率和達(dá)到中性 pH 值所需的總時(shí)間方面的比較（n = 1）。離心（短時(shí)）= 7 個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)步驟持續(xù) 1 小時(shí)；離心（長(zhǎng)時(shí)）= 7個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)步驟持續(xù) 10 小時(shí)；TFF（Vivaflow®）（實(shí)施連續(xù)緩沖液置換）。

通過TFF（Vivaflow）法洗滌氧化石墨烯：回收率和pH值

使用 MWCO 為 100 kDa 的 Vivaflow® TFF 膜包（RC膜）洗滌氧化石墨烯分散體（100 μg/mL）以達(dá)到中性 pH 值。按洗滌溶液的置換體積（250 mL這一進(jìn)給體積的倍數(shù)）顯示氧化石墨烯的回收率和分散體的 pH 值（n = 2）。
  
 
結(jié)論
比較了以下三種用于中和氧化石墨烯的洗滌方法并繪制了采用 TFF 法時(shí) pH 值和回收率的時(shí)程：
·  采用短時(shí)步驟進(jìn)行離心
·  采用長(zhǎng)時(shí)步驟進(jìn)行離心
·  使用 Vivaflow®（100 kDa MWCO RC）進(jìn)行切向流過濾 TFF
 

·	對(duì)于TFF（從中通過超濾膜去除原始溶劑），使用 Vivaflow® 時(shí)，具有生物醫(yī)學(xué)相關(guān)性的較小石墨烯片實(shí)際未受到損失。氧化石墨烯的回收率較高，即使未高于傳統(tǒng)離心方法，也至少與之相近。

·	在去除污染物及中和pH 值方面，Vivaflow® 還顯著縮短了處理時(shí)間。采用此改進(jìn)方法時(shí)，總處理時(shí)間和僅儀器運(yùn)行時(shí)間分別節(jié)省189.5 小時(shí)（95%）或 59.5 小時(shí)（85%）。

·	此外，TFF減少了對(duì)含有較小片材的大量氧化石墨烯上清液廢物進(jìn)行特殊處理的需求，從而成為一種更具生態(tài)性的工藝。

·	又因?yàn)樵谑褂肨FF時(shí)可連續(xù)實(shí)施洗滌工藝，所以通過避免常規(guī)離心方法固有的樣品操作，可顯著減少勞動(dòng)力。

TFF 可顯著提高工藝速度而不會(huì)對(duì)氧化石墨烯產(chǎn)量造成損失，因而可能代表一種在石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)方面更具商業(yè)可行性的理想解決方案。