Капиллярный зонный электрофорез субмикрочастиц
Капиллярный зонный электрофорез (КЗЭ), предложенный в начале 1980-х годов, признан перспективным аналитическим методом разделения как малых, так и больших ионов, в том числе аминокислот, карбогидратов, протеинов, ДНК, олигонуклеотидов и др. Использование капилляров с внутренним диаметром, не превышающим 100 мкм, позволяет подавлять конвекцию и обеспечивает эффективную теплоотдачу, т.е. создает условия для достижения высокого разрешения пиков при анализе многокомпонентных смесей. В последние годы КЗЭ привлекает внимание как метод исследования и разделения субмикрочастиц в зависимости от их размера, химического состава, строения и формы. Опубликованы работы, посвященные успешному применению этого метода для разделения субмикрочастиц различной природы: синтетических на основе полистирола, латекса и других полимеров, неорганических (оксидов металлов, металлов, полупроводников, квантовых точек и др.) и биологических (липопротеинов, липосом, вирусов, везикул биологических мембран, биологических клеток и др.).
Метод КЗЭ открывает широкие возможности для изучения физико-химических характеристик нанокристаллов гидроксиапатита кальция Ca10(PO4)6(OH)2 (ГАП), который вызывает огромный интерес в связи с использованием в качестве биоматериала. Химическая стабильность, биоактивность и биосовместимость определяют целесообразность применения ГАП для конструирования костной ткани и доставки лекарств. Поскольку основная масса кальция в организме человека присутствует в костной и зубной тканях в виде гидроксиапатита керамика и цементы на основе фосфатов кальция находят все большее применение в медицине. Морфология, размеры кристаллов, чистота и структура ГАП оказывают решающее влияние на свойства синтетических композитов. Исследование ГАП методом КЗЭ позволило установить присутствие в исследуемых суспензиях нескольких фракций, состоящих из кластеров разного размера.
СЭМ (JEOL JSM-6700F) изображение и электрофореграмма 5,5х10-4 %-ной суспензии ГАП
Метод КЗЭ был успешно использован при изучении субмикрочастиц диоксида кремния, которые в последнее время привлекают особое внимание исследователей благодаря необычным оптическим свойствам, зависящим от размера. Они успешно применяются также для контролируемой доставки лекарственных препаратов в организм человека и в других областях медицины. На примере четырех стандартов субмикрочастиц диоксида кремния со средним диаметром 50-442 нм продемонстрированы возможности КЗЭ при исследовании поверхностных свойств наночастиц и разделении их по размеру. Обнаружено, что рН и концентрация фосфат-иона в несущем электролите оказывают заметное влияние на миграцию наночастиц, и их регулирование может быть успешно использовано при оптимизации процесса разделения.
Известно, что оптические свойства наночастиц кристаллического кремния во многом зависят от наличия и размера оболочки оксида кремния на поверхности. Кроме того, благодаря присутствию оксида кремния частицы становятся биологически инертными и безвредными для организма человека. КЗЭ был применен для обнаружения оксидной оболочки на поверхности наночастиц кристаллического кремния, синтезированных в СВЧ аргоновой плазме. Продемонстрирована возможность использования КЗЭ (при наличии необходимых стандартных образцов) для оценки размера наночастиц, содержащих на поверхности оксид кремния.
На примере двух стандартных образцов диоксида кремния с диаметрами частиц 50 и 100 нм проведено сравнение в одинаковых экспериментальных условиях результатов измерений электрофоретической подвижности, полученных с применением систем КЗЭ и Zetasizer (Malvern, UK). Показано, что система КЗЭ, в отличие от Zetasizer, различает частицы, диаметр которых отличается не более чем в 1,5 раза. В то же время измерения с помощью Zetasizer не требуют изменения состава дисперсионной среды, но позволяют охарактеризовать только один вид частиц в широком диапазоне размеров. Таким образом, для надежной оценки экспериментальных данных предпочтительно использовать оба метода.
Основные результаты
На примере субмикрочастиц гидроксиапатита и диоксида кремния, нашедших широкое применение в различных областях медицины, продемонстрирована перспективность использования капиллярного зонного электрофореза для разделения субмикрочастиц, а также для изучения их поверхностных свойств и кинетики процессов агрегирования с целью повышения устойчивости суспензий.
Литература
1. Vanifatova N.G., Spivakov B.Ya, Mattusch J., Wennrich R. Size separation of silica nanospheres by means of capillary zone electrophoresis. Talanta (2003), V. 59, issue 2, P. 345-353.
2. Vanifatova N.G., Spivakov B.Ya., Mattusch J., Frank U., Wennrich R. Investigation of iron oxide nanoparticles by capillary zone electrophoresis. Talanta (2005), V. 66, issue 3, P. 605-610.
3. Ванифатова Н.Г., Спиваков Б.Я. Разделение наночастиц методом капиллярного зонного электрофореза. Рос. Хим. Ж., (2005), Т. XLIX, № 2, С. 16-21.
4. Vanifatova N.G., Spivakov B.Ya., Belogorokhov A.I.,. Karpov Yu.A, Kuselman I. Study of properties of silicone-silica crystalline nanospheres in aqueous solutions by capillary zone electrophoresis. Int. J. Nanoparticles, (2010), V.3, issue 1, P. 65-76.
