作为药物传递载体使用之前，石墨烯的洗涤优化方案

Overview

由于具有超高表面积和功能，石墨烯适用于许多生物医学应用（包括基因和药物递送）。在氧化石墨烯（GO）生产工艺之后，需要洗涤以中和并去除杂质。使用离心机方法既费力又费时。

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本篇《作为药物传递载体使用之前，石墨烯的洗涤优化方案》应用说明描述了一种使用Vivaflow® 50（100 kDa MWCO）通过切向流过滤（TFF）洗涤氧化石墨烯分散体以快速中和 pH 值的改进方法。与常规离心相比，采用TFF时所需的时间显著缩短且氧化石墨烯回收率较高。

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实验目的

在本研究中，我们的目的是在去除污染物和调节氧化石墨烯pH 值方面开发一种改进的更高效工艺。使用 Vivaflow® 可实现稳健、实验室规模切向流过滤（TFF），从而提供了一种能够进行显著更快且便捷处理的经济解决方案。

Vivaflow® TFF 膜包

用于洗涤氧化石墨烯分散体

材料和方法

横流系统（例如Vivaflow®）中的切向流有助于尽可能地减少膜污染并能够处理更大批量。作为 Vivaflow® 系统一部分提供的样品杯可实现简单缓冲液置换，同时保持恒定样品体积，并且可轻松实施超声处理以防石墨烯片聚集（此为该纳米材料的一项特征，可能会影响有效洗涤和 pH 值调节）。Vivaspin® 6 离心浓缩管的初始实验表明，PES 膜会迅速受到石墨烯污染（未显示数据）。因此，我们选择具有 100 kDa MWCO再生纤维素（RC）膜的 Vivaflow®50 与离心方法进行比较性研究。


结果抢先看

氧化石墨烯离心和TFF洗涤的回收率和时间比较

氧化石墨烯分散体（400 mL，100 μg/mL）洗涤方法在洗涤工艺后的氧化石墨烯回收率和达到中性 pH 值所需的总时间方面的比较（n = 1）。离心（短时）= 7 个循环，每个循环步骤持续 1 小时；离心（长时）= 7个循环，每个循环步骤持续 10 小时；TFF（Vivaflow®）（实施连续缓冲液置换）。

通过TFF（Vivaflow）法洗涤氧化石墨烯：回收率和pH值

使用 MWCO 为 100 kDa 的 Vivaflow® TFF 膜包（RC膜）洗涤氧化石墨烯分散体（100 μg/mL）以达到中性 pH 值。按洗涤溶液的置换体积（250 mL这一进给体积的倍数）显示氧化石墨烯的回收率和分散体的 pH 值（n = 2）。


结论

比较了以下三种用于中和氧化石墨烯的洗涤方法并绘制了采用 TFF 法时 pH 值和回收率的时程：

- 采用短时步骤进行离心

- 采用长时步骤进行离心

- 使用 Vivaflow®（100 kDa MWCO RC）进行切向流过滤 TFF

对于TFF（从中通过超滤膜去除原始溶剂），使用 Vivaflow® 时，具有生物医学相关性的较小石墨烯片实际未受到损失。氧化石墨烯的回收率较高，即使未高于传统离心方法，也至少与之相近。

在去除污染物及中和pH 值方面，Vivaflow® 还显著缩短了处理时间。采用此改进方法时，总处理时间和仅仪器运行时间分别节省189.5 小时（95%）或 59.5 小时（85%）。

此外，TFF减少了对含有较小片材的大量氧化石墨烯上清液废物进行特殊处理的需求，从而成为一种更具生态性的工艺。

又因为在使用TFF时可连续实施洗涤工艺，所以通过避免常规离心方法固有的样品操作，可显著减少劳动力。

TFF 可显著提高工艺速度而不会对氧化石墨烯产量造成损失，因而可能代表一种在石墨烯大规模生产方面更具商业可行性的理想解决方案。