822464_world_512x512

Xác định kích thước của hạt Micelles chất tẩy với hệ thống DelsaMax CORE

Untitled-1

Tóm tắt:

Hiểu được các đặc tính thực nghiệm và động học của các dung dịch chất tẩy là vô cùng cần thiết trong công nghiệp chất làm sạch, nghiên cứu bào chế đóng gói và protein đang xuất hiện ngày càng nhiều. Việc xác định kích thước các hạt micelles ở mật độ thấp là rất khó để thực hiện nhanh và chính xác khi thao tác với dung dịch. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày bằng cách nào mà hệ thống DelsaMax CORE có thể xác định một cách chính xác kích thước các hạt micelles Sodium Dodecyl Sulfate, là một chất tẩy điển hình. Các phép đo trong nghiên cứu này đều chỉ mất vài phút nhờ có công nghệ và hệ thống đo tán xạ ánh sáng động tiên tiến nhất DelsaMax CORE.

Giới thiệu:

Sodium Dodecyl Suldate (SDS) là một chất tẩy rửa song tính thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, bao gồm từ chất khử trùng cho đến chất biến tính protein trong các gel điện di SDS-PAGE, chất phá vỡ tế bào để ly trích DNA và chất hòa tan các hạt nano. SDS có công thức và cấu trúc hóa học đã được nghiên cứu rất rõ (Hình 1), bao gồm nồng độ tới hạn tạo hạt Micelles 8,3 mM ở 25oC. Nồng độ tới hạn tạo hạt Micelles (CMC) là nồng độ của một chất tẩy lưỡng tính mà tại đó 50% các phân tử chất tẩy tồn tại ở dạng hạt micelles, 50% còn lại tồn tại ở dạng phân tử tự do. Khi nồng độ các chất tẩy này gia tăng, phân trăm tỉ lệ các phân tử tồn tại tạo thành hạt Micelles sẽ cao hơn. Các hạt Micelles SDS cực nhỏ, vô cùng khó để đo kích thước khi ở trong dung dịch, nhưng các dữ liệu thực nghiệm và dự đoán lý thuyết cho ra kích thước của chúng với bán kính xấp xỉ 1,6 đến 2,1 nm. Mô hình năng lượng tự do và các thuật toán dự đoán và các kiến thức lý thuyết liên quan sẽ không được trình bày trong bài viết này, tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng kích thước của hạt Micelles phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng bao gồm nhiệt độ, pH, lực ion của dung dịch. SDS có cấu trúc một chuỗi kỵ nước đơn sẽ ưu tiên hình thành nên các hạt Micelles với nồng độ trên ngưỡng CMC. Phần mềm của DelsaMax với các tính toán tối ưu thích hợp cho việc nghiên cứu việc hình thành của hạt Micelles. Nếu biết được nồng độ và trọng lượng phân tử của một mẫu sản phẩm, phần mềm sẽ tính toán tự động số lần đo và thời gian đo cần thiết để thu thập được đủ các dữ liệu cần thiết. Phần mềm giúp người dùng tiết kiệm thời gian và loại bỏ các điểm dữ liệu nhiễu khi đo tán xạ ánh sáng động bằng hệ thống DelsaMax. Tính năng này trở nên hữu dụng nhất khi thao tác với các mẫu có kích thước rất nhỏ dẫn đến hiệu ứng tán xạ không mạnh như các phân tử chất tẩy hay protein. Trong bài viết này, phần mềm của máy sẽ được sử dụng để xác định các thông số đo cho 3 dung dịch SDS được sử dụng (Hình 2).

Thí nghiệm:

SDS (Sigma Aldrich) được cân và hòa tan vào nước khử ion. Ba dung dich SDS (trọng lượng phân tử 288,4 g/mol) được chuẩn bị ở 3 nồng độ 20 mM, 8 mM và 2 mM. Các dung dịch sau đó được lọc qua màng lọc kích thước 0,02 um (anatop) trước khi phân tích với hệ thống DelsaMax CORE để loại bỏ hết các thành phần bụi tạp nếu có. Nạp 50 uL mỗi dung dịch SDS vào cuvette của máy DelsaMax CORE, đảm bảo không tạo thành bọt khí trong buồng đo và tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ 25oC. Các thông số và điều kiện thí nghiệm được thể hiện trong hình 3. Mẫu SDS 20 mM được đo với 8 lần chạy, mẫu 8 mM đo 4 lần và mẫu 2 mM đo 4 lần. Số lượng các phép đo/ thời gian đo sẽ được xác định thông qua phần mềm của máy DelsaMax.

20 mM: 41 phép đo, 2 giây/lần đo

8 mM: 103 phép đo. 2 giây/ lần đo

2 mM: 414 phép đo, 2 giây/ lần đo

Kết quả:

Sự hình thành các hạt Michelles là vô cùng rõ rệt ở mẫu SDS 20 mM trong khi đó các mẫu 8 mM và 2 mM không có dấu hiệu tạo hạt. Việc nồng độ 8 mM SDS – xấp xỉ nồng độ CMC – không tạo được hạt Micelles có thể do sự hao hụt trong quá trình lọc các dung dịch mẫu, làm thấp đi nồng độ thực tế.

Rõ ràng các mẫu dung dich SDS 2 mM và 8 mM chỉ bao gồm chủ yếu các phân tử có kích thước nhỏ thông qua việc suy giảm nhanh chóng trên đồ thị ACF (auto-correlation function) – Hình 4. Đồ thị ACF là các giá trị đo trực tiếp tin hiệu tán xạ ánh sáng động và được hiển thị lập thức trên màn hình cảm ứng của DelsaMax CORE.

Giá trị kích thước của hạt Micelles được công bố trước đó trong khoảng 3,5 đến 4 nm hoàn toàn trùng khớp với kết quả đo trong thực nghiệm này – vào khoảng 3,72 mM ở nồng độ SDS 20 mM (Hình 5). Ở nồng độ 2 mM, vốn dĩ SDS tồn tại đa số ở dạng chất tẩy tự do trong dung dịch, kích thước trung bình mà hệ thống ghi nhận được là 0,5 nm với độ biến động kích thước thấp (Hình 5) cho thấy ngưỡng phát hiện cực thấp của máy DelsaMax CORE. Nghiên cứu này giúp xác nhận hệ thống DelsaMAX là phù hợp để thực hiện các thí nghiệm xác định kích thước chất tẩy vốn dĩ rất khó khăn.

Hình 1. Cấu trúc của phân tử Sodium Dodecyl Sulfate

Hình 2. Phần mềm tối ưu phép đo của hệ thống DelsaMax

Hình 3. Các thông số đo trong thí nghiệm xác định kích thước hạt SDS.

Hình 4. Đồ thị Auto-correlation functions. Hàm số ACF của các mẫu SDS đại diện ở cả 3 nồng độ khác nhau. Các lần chạy được lựa chọn là lần chạy có điểm số SOS (Sum of Squares) của Cumulant fitting thấp nhất. Điểm số này giúp sự đoán kích thước của hạt SDS trong dung dịch.

Hình 5. Kích thước hạt trong dung dịch và mức độ biến động kích thước theo nồng độ dung dịch SDS

Share

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin