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이 확산층에서의 전위를 제타전위(Zeta Potential, ζ) 라고 한다. Zeta Potential 은 분산액 내에서 하전된 인접 입자들간의 반발력의 정도를 나타내므로 Colloidal Dispersion 의 안정성 (Stability)을 평가하는 중요한 척도로 사용된다.
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제타 포텐셜 – 네이버 블로그
Zeta Potential과 Electrical Double Layer ” 제타포텐셜이란 그정의는 다음과 같다. 우선 liqu system에 분산되어 있거나 부유되어 있는 미세하게 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 8/26/2022
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의학용어 zeta potential 뜻 제타 전위
입자 표면에서 같은 전자(양전하, 음전하)끼리 반발력을 가지는 것. zeta potential 어원. zeta(그리스어 알파벳의 여섯째 글자 ζ) + 근대 라틴어 …
Source: verd-antique.tistory.com
Date Published: 10/28/2022
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응집제에 의한 응집 메커니즘과 제타전위(Zeta Potential)
(따라서 입자의 표면이 극성을 많이 띌수록/입자간의 반발력이 증가할 수록 안정한 상태인것을 의미합니다.) Table 1. 제타포텐셜과 콜로이드의 …
Source: daily-mining.tistory.com
Date Published: 10/30/2021
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제타포텐셜 측정 및 나노유체 분산 특성 연구 – KoreaScience
Zeta potential measurements of collo particles suspended in a liqu are … Key words: Zeta Potential(제타포텐셜), Collos(콜로이드), … 음을 의미한다.
Source: www.koreascience.kr
Date Published: 10/19/2021
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제타 전위 란 무엇이며 어떻게 측정합니까? – Also see
제타 전위 (ζ- 전위)는 고체 와 액체 사이의 경계를 가로 지르는 전위차 입니다. 액체에 부유하는 입자의 전기 전하 를 측정 한 값입니다. 제타 전위는 이중층 또는 …
Source: ko.eferrit.com
Date Published: 9/25/2021
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제타 전위란? -1 : 제타전위 측정법 소개 – Materials Talks | Korean
제타포텐셜은 suspension 안의 모든 입자를 나타내는 물리적 물성이다. 또한 uspension 과 emulsion 의 거동을 명확히 보여줄 수 있다. 제타포텐셜에 대한 이해는 Trial …
Source: www.materials-talks.kr
Date Published: 10/21/2021
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TRI-64: 제타전위
(Zeta Potential). ▷제타전위 모식도. – 제타전위는 용액 내 입자의 분산 혹은 응집의 정도를 평가하는데 적용되며 제약, 의학, 화학 등 다양한.
Source: www.polymer.co.kr
Date Published: 10/5/2022
View: 3714
[논문] 분산안정성 분석과 Zeta Potential 사이의 연관성
전통적으로 분산한 물질의 안정성은 입자의 zeta potential 을 측정하여 입자간 … 것을 의미하고 ±30mV 이상에서는 분산이 안정한 상태로 있다는 것을 의미한다.
Source: m.yjcorp.co.kr
Date Published: 4/23/2021
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- Date Published: 2018. 3. 29.
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제타 포텐셜
” Zeta Potential과 Electrical Double Layer “제타포텐셜이란 그정의는 다음과 같다.우선 liquid system에 분산되어 있거나 부유되어 있는 미세하게 구분되는 파티클을colloid라고 부른다.이런 콜로이드는 수용액내의 매질에 존재시 전기적인 Charge를 띄게된다.이러한 Charge의 대부분은 수용액으로 부터 선택적인 이온흡착에서의 결과이다.이런 제타포텐셜(Zeta-Potential)은 액체 상에 존재하고 있는표면의 거동과 표면 상호간작용을 이해하는데 편리한 개념을 제공한다.용액 중에 분산되어 있는 입자는 입자표면의 표면극성기의 해리와 이온의 흡착에 의하여전기적으로 음극 또는 양극으로 대전하고 있다.따라서 입자 주변에는 계면전하를 중화하기 위하여과잉으로 존재하는 반대부호를 갖는 이온과 소량의 동부호를 갖는 이온이확산적으로 분포하고 있으며, 계면으로부터 전기적 포텐셜을 보이며완만한 포텐셜 구배를 가지고 서서히 감소하게 된다.따라서 전하를 띈 파티클에는 상대이온이 흡착되어상대적으로 움직이지않는 층(stern layer)이 형성되고,상대이온과 극성 액체 분자들이 이온확산층(diffused layer)에서steady-state configuration을 가지며 농도 구배를 보인다.이러한 모델을 diffuse electrical double-layer model 이라고 부른다.Colloid용액에서 전하를 띈 파티클은 외부에서 가해준 전기장에 반응하여일정한 속도를 가지고 파티클이 움직이게 되는데이 속도를 전기영동속도(electrophoretic velocity)라고 부른다.이러한 전기장에 의하여 입자가 전기영동하는 동안이중층(double layer)에서 슬립이 일어나는 유체역학적 면이나타나게 되는데,즉 다시말해 파티클이 이동할 때 압축된 고정층(stern layer)은파티클과 같이 움직이게 되지만, 이온확산층은 액상과 같이 움직인다.좀더 자세히 보면 shear plane에서 미끄러지는 면이 생기고이 경계면에서의 전기적인 포텐셜을제타포텐셜(zeta potential; ζ)이라 부르고전기운동역학의 성질로부터 계산 할 수 있다. Liquid의 한 부분에전기장을 가해줌에 따라 그 결과 colloid의 drift velocity를 측정함으로써,colloid의 이동도와 제타포텐셜이 측정될 수 있다.전도성이 아닌 파티클에 대해 전기영동 운반에 대해 다음 식으로 나타난다.ζ= fHηVr/εrεoE( η = 전해질의 점도, Vr = 부가된 전기 필드 E 에 대한 전기영동속도,fH = Henry Constant )νe / E 의 비를 전기영동 모빌리티(electrophoretic velocity)라고 부른다.제타포텐셜은 pH와 전해액의 농도의 함수이며pH와 전해액 농도의 증가에 의해 감소하며 또한 계면활성제 같은표면개질물의 첨가에 의하여 영향을 받는다.pH가 높아질수록(OH-가 늘어날수록) 제타포텐셜은 점점 값이 작아져서결국 마이너스 값을 가지게된다.제타포텐셜이 영이 되는 pH를 등전점(IEP; isoelectric point)이라고 부른다.파티클과 표면 혹은 파티클과 파티클사이의 제타포텐셜이같은부호이면 서로 반발력이 작용하고또 다른 부호이면 인력이 작용한다.따라서 제타포텐셜이 같은 부호로 최대의 절대치를 가질 때상호 반발력이 커져서 표면으로부터 파티클의 분리가 일어나 제거가 쉽게된다.Otsuka electronics co.LTD의 LEZA 600은 대표적으로 사용하고 있는 설비입니다.정리하여 말씀드리자면,제타포텐셜의 측정원리에서 이해가 쉽도록 설명드리면 다음과 같습니다.1. 파티클은 수용액내에서 분포시 그 특성의 표면 Charge를 가지게 됨.2. 전기영동법에 의해 양단 전극에 전기장을 가해주면 앞서의 파티클(charged)이어떤 mobility를 가지고 움직임.3. chrage를 띈 particle이 이동하게 되는데 이때,만일 파티클 charge가 +라면 전극의 +극 부분과는 척력으로 반발- 전극 부분과는 인력으로 -전극쪽으로 이동하게 됨.또한 표면 Charge의 양에 따라 이동속도가 틀려지겠죠?즉, 간단하게 생각하면* Particle 표면 charge의 양 : particle의 이동속도 결정 (전극에 power공급시)* Particle 표면 charge의 종류 : particle의 이동방향 결정 (전극에 power공급시)4. 이때 이동속도를 측정하여 표면 charge 상태 및 표면전하의 양 ,제타포텐셜값을측정할수 있는것입니다.5. 이러한 particle의 움직임을 레이저를 사용하여 mobility velocity등을 구해particle 표면 charge를 알아낼수 있는것입니다.출처 : http://www.jinsungfine.com/ZB4PL6/view.php?id=PDS&page=1&category=&sn=off&ss=on&sc=on&keyword=&select_arrange=hit&desc=desc&no=35
의학용어 zeta potential 뜻 제타 전위
[목차]의학용어 zeta potential 뜻?
우리말(한자) 제타 전위(電位)
제타 전위란?
입자 표면에서 같은 전자(양전하, 음전하)끼리 반발력을 가지는 것.
zeta potential 어원
zeta(그리스어 알파벳의 여섯째 글자 ζ) + 근대 라틴어 potentia(힘)
zeta potential 발음
영어 발음기호
‘zi:tə pəˈtenʃl
한글발음
지터 퍼텐셜
콩글리쉬
제타 포텐션션
제타 전위 뜻 해설
입자 표면 미끄럼면(slipping plane)의 전기전위(electrical potential). 미끄럼면(slipping plane)은 표면에 부착되어 있는 유체(fluid)에서 움직이는 유체를 분리하는 접촉면이다. 제타 전위의 크기는 같은 전자(양전하 또는 음전하) 사이의 반발력을 나타낸다. 제타 전위가 높을수록 같은 전자끼리의 반발력이 커서 교질(콜로이드, colloid)내에 입자가 안정적으로 분산된다. 단위는 볼트(V) 또는 밀리볼트(mV)로 표시한다. 제타 전위는 직접적으로 측정하기 어렵고 전기영동 같은 간접적인 방법으로 측정된다. 의학적인 면에서 볼 때 혈액은 일종의 교질이며 적혈구 표면에 있는 양전하(+)의 제타전위가 커야 적혈구끼리 거리가 멀어지고 서로 응집되지 않아 혈액순환이 원활하다. 적혈구의 제타전위는 적혈구침강속도(혈침속도, ESR = erythrocyte sedimentation rate)로 간접적으로 알 수 있다. 질병으로 인해 제타 전위가 낮아지면 ESR이 높아진다.
입자 표면의 전위
응집제에 의한 응집 메커니즘과 제타전위(Zeta Potential)
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아래의 글에서는 Coagulantion과 Floccuation을 별도로 구분하지 않고 있으며,
콜로이드가 응집하게 되는 모든 과정을 Flocculation으로 설명하고 있습니다.
Coagulation과 Flocculation에 대한 글은 아래의 링크를 참고해주세요.
*[참고] 응결(Coagulation)과 응집(Flocculation)
I. Flocculant : 응집제란?
자원처리과정에서 사용되는 응집제(Flocculants)는 주로 유기고분자이며, 침전조/정화조/CCD에서 아주 미세한 고체입자들의 침전을 가속시키기 위해 사용됩니다.
*[참고] 침전조 내 응집제의 사용
응집제의 분류는 대전상태에 따라서 양이온(Cationic), 음이온(Anionic) 또는 비이온성(Non-ionic), 성분에 따라 유기물(Organic) 혹은 무기물(Inorganic) 또는 응집 메커니즘에 따라서도 분류될 수 있습니다.
II. Flocculation Mechanism : 응집 메커니즘
Flocculation Mechiasm 모식도 (좌측부터 아래 Mechanism에 해당)
(1) Charge Neutralization
콜로이드의 표면이 특정 부호로 대전되어 있을 때, 반대되는 부호의 이온을 용액속에 넣음으로써 전기적으로 중성화 하는 것입니다. 이를 통해, 기존 현탁액 내의 콜로이드 간에 존재했던 정전기적 반발력(Electrostatic Repulsion)을 제거하면서 응집됩니다.
(2) Electrostatic Patch
응집제 혹은 콜로이드가 다른 입자 중에 반대 부호로 대전되어 있는 부분에 전기적으로 부착됨으로써 응집이 발생합니다.
(3) Bridging(가교)
대전된 상태의 응집제는 두 개 이상의 입자 혹은 콜로이드를 일종의 다리를 놓아 줌으로써(가교) 입자의 침전을 도와줍니다. 따라서, 폴리머의 길이는 이러한 메커니즘을 이용하는 응집제(폴리머)의 성능/효과를 결정하는데 가장 중요한 요소가 됩니다.
(4) 위 메커니즘들의 동시 혹은 순차적 작용
III. Colloid & Zeta Potential : 콜로이드와 제타포텐셜
(1) Colloid (콜로이드)
분자나 이온보다 크고, 지름이 1 ~ 1,000nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 분산되어 있는 것을 콜로이드라고 하며, 이러한 입자들은 일반적으로 대전하고 있습니다.
콜로이드는 용액 중에서 서로 같은 부호로 대전되어 있기에 서로 반발하여 용액 중에서 안정적으로 존재합니다.
단, 안정적이라는 것은 콜로이드가 기체 또는 액체 중에서 분산되어 있는 상태를 유지하려고 하는 정도입니다. (따라서 입자의 표면이 극성을 많이 띌수록/입자간의 반발력이 증가할 수록 안정한 상태인것을 의미합니다.)
Table 1. 제타포텐셜과 콜로이드의 안정성
Zeta Potential (mV) Stability Behavior of the Colloid from 0 to ±5 Rapid Coagulation or Flocculation from ±10 to ±30 Incipient Instability [불안정하기 시작] from ±30 to ±40 Moderate Stability [적당히 안정] from ±40 to ±60 Good Stability [안정] more than ±61 Excellent Stability [매우 안정]
따라서, 이러한 콜로이드를 중화시키는 반대 부호의 이온을 함유한 전해질을 가하면, 이 이온과 콜로이드 입자들이 서로 엉겨붙음으로써 전기적으로 중화되고 입자가 크게 되어서 침전합니다.
(2) 제타 포텐셜(Zetal Potential)
수용액 중에서 광물표면은 하전되어 있습니다. 그러나, 직접적으로 광물의 표면 전위(Surface Potential)를 측정할 수 없으며 이에 따라 표면 전위와 동일한 극상을 나타내는 제타 포텐셜(Zeta Potential)을 측정합니다.
*[참고] 전기적 이중층 (Electrical Double Layer)
Zeta Potential
한편, 수용액 상에 존재하는 광물표면은 등전위점 지점보다 낮은 pH 영역과 높은 pH 영역에서 서로 다르게 대전되어 있으며, 이에 따라 침전시키고자하는 광물이 포함된 용액의 pH에 따라 사용되는 응집제의 종류가 달라질 수 있습니다.
2-1) 등전위점(PZC, Point of Zero Charge)
제타 포텐셜이 0인 pH입니다. 따라서, 등전위점인 pH에서는 광물의 표면은 전기적으로 중성(Net Neutral Charge)인 상태가 됩니다.
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Publication
D. Lerche, T. Sobisch, L.U.M Gmbh, Colloids and Surfaces A : Physicochem. Eng Aspects 440 (2014) 122-130
Introduction
분산한 물질의 분산상태 (dispersion state) 는 공정중의 중간 생성물의 특성, 최종 생산품의 기능적인 많은 특성 그리고 제품의 shelf life 에 큰 영향을 미친다. 이것은 분산한 물질이 flocculation, agglutination or agglomeration 그리고 coalescence 등의 현상이 일어나 분산한 물질이 원래의 모습으로 되돌아 가는 현상 즉 destabilization 일어나게 되어 제품의 특성이 바뀌게 되기 때문이다.
Flocculation or agglomeration 은 입자들 사이의 weak physical interaction 에 의해 서로 모이게 되는 가역적 현상으로서 약한 기계적인 힘을 가하여 주면 재분산이 가능하다.
전통적으로 분산한 물질의 안정성은 입자의 zeta potential 을 측정하여 입자간 electrostatic interaction 을 계산하여 분석하는 방법을 사용하여왔다. 즉 절대적 zeta potential 값이 10mV 이하이면 flocculation 이 일어나고 30mV 이하이면 분산상태가 불안정하다는 것을 의미하고 ±30mV 이상에서는 분산이 안정한 상태로 있다는 것을 의미한다.
그러나 zeta potential 에 의한 분산안정성 분석은 hard sphere 의 particle 에서만 적용 가능하다는 것을 고려하여야 한다. 이러한 hard sphere particle 은 (1) potential 이 입자 표면에 주로 위치해 있고 (2) surface conductivity 가 없고 (3) 입자크기에 비해 얇은 diffuse double layer 를 가지며 (4) 3D-surface structure 가 없는 특징이 있다.
나노분산과 같은 formulation 에서는 표면의 기능성뿐만 아니라 steric and entropic stabilization 이 분산에 더 큰 영향을 미친다. 이 경우 입자는 주로 polyelectrolytes 또는 amphoteric surface molecules 로 이루어진 ion-permeable surface layer 에 의해 둘러 쌓여 있으며 이 molecule 의 head group 이 외부로 향하고 있어 바이오의 세포와 유사한 형태를 띄고있다.
이런 형태의 입자를 soft particle 이라고 부르는데 hard particle 과의 가장 큰 차이점은 (1) core particle 주위에 fixed electric charges 가 3차원으로 분포되어 있는 층이 추가로 존재한다는 것이며 (2) 이로 인해 hydrodynamic flow 와 electric conductivity 특성을 가진다는 것이다.
이러한 ion-penetrable layer 를 particle corona 라 부른다. 이러한 soft particle 의 zeta potential 은 실험적 electrophoretic mobility data 에 의하는 기존의 zeta potential 측정방식으로는 구할 수 없으며 soft particle 사이에 작용하는 interaction potential 도 예측할 수 없고 또한 분산안정성 여부도 예측할 수 없는 것이다.
이 논문에서는 particle-particle interaction 을 확인하는 새로운 접근 방법인 analytical centrifugation (STEP Technology) 을 소개하고 분산한 물질의 phase separation 을 확인하는데 있어 zeta potential 과 어떤 차이점이 있는지 확인하고자 한다.
Hard electronically stabilized particle 의 경우에는 zeta potential 측정법과 analytical centrifugation 방법 모두 동일한 결과를 보였으나 soft particle 의 경우에는 analytical centrifugation 방법이 phase separation 을 in situ visualization 할 수있으며 또한 flocculation 상태를 정확히 구별할 수 있었다.
Analytical Centrifugation
분산한 물질을 적절한 tube 에 넣고 회전시켜 원심력을 가하면서 tube 와 평행하여 Near Infra-red (근적외선) 를 조사하고 tube 반대편에서 약 2000개의 sensor 로서 투과되어지는 NIR 의 양 (Transmission) 을 측정하여 그래프로 표시하면 tube 전체 위치에서 물질의 농도 변화를 나타내는 Transmission graph 를 그릴 수 있다.
정해진 시간별로 연속적으로 측정되어지는 모든 그래프를 하나의 도표에 나타내면 시간의 변화에 따른 transmission 의 변화를 한눈에 볼 수 있는 transmission profile 을 구할 수 있다.
이런 방법을 STEP Technology (Space & Time resolved Extinction Profile) 이라 하는데 이 기법을 이용하면 원심력하에서 분산한 물질의 미세한 phase separation 변화를 확인할 수 있다.
Example for the classical case of electrostatically stabilized metal oxide dispersion
40mV (at pH=5), close to zero (at pH=9) 그리고 below -20mV (at pH=11) 의 zeta potential 을 가지고 입자크기는 100nm 에서 200nm 사이에 분포하는 AEROXIDE Alu C 를 각각 pH=5, 9, 11 농도를 가진 용액에서 분산시켜 analytical centrifugation 하여 분산상태를 확인하였다 (Fig.1). AEROXIDE Alu C 는 대표적인 hard surface particle 이라 할 수 있다.
Fig.1 의 a profile 은 pH=5 and ZP=40mV 하에서 입자들은 각각의 입자크기에 따라 각기 다른 속도로 일정하게 sedimentation 이 일어나는 것을 알 수 있는데 원심력하에서 이러한 형태의 phase separation 이 일어나는 것은 dispersion 이 매우 stable 한 상태에 있다는 것을 의미하고 또한 다양한 입자크기로 이루어진 polydispersion 인 것을 의미한다.
Isoelectric point 인 pH=9 조건에서 분산한 물질들은 개별 입자가 아닌 flocculation 되어진 입자 형태로 존재하게 된다 (Fig.1 b.).
Transmission profile 이 매우 가파르고 우측으로 가면서 profile 사이 간격이 점점 더 좁아지는 것을 알 수 있는데 이는 flocculation 상태로 존재하는 입자들이 침강하면서 원심력에 의해 compression 되어지기 때문이다. 결국 pH=9 하에서는 분산 물질이 매우 불안정하게 존재한다는 것을 알 수 있다.
pH=11 에서 Alu C 입자의 zeta potential 이 -20mV 이하가 되는 분산 물질의 analytical centrifugation 결과를 보면 (Fig.1 c) Fig.1 a transmission profile 과는 다른 모습을 모이고 있다.
Fig.1 a 에 비해 각 profile 간 간격이 조금 더 넓고 우측에서 profile 이 compression 되는 것을 볼 수 있는데 이는 분산한 물질에 개별 입자와 flocculation 된 입자가 동시에 존재한다는 것을 의미한다.
이 결과로부터 우리는 zeta potential 보다 analytical centrifugation 이 분산물질의 flocculation 형성 여부, sediment packing density 등과 같은 실제적인 정보를 더 많이 제공해주고 있다는 것을 알 수 있다.
Fig.1. Transmission profiles of AEROXIDE Alu C
Example for electrostatically stabilized metal oxide dispersions < 100nm Particle size 가 100nm 이하가 되면 zeta potential value 가 크면 분산 물질의 stability 도 증가한다는 상관관계의 연관성이 급격하게 줄어들게 된다. 30nm 에서 100nm 사이 크기의 입자로 이루어진 Titania (AEROXIDE P25) 의 zeta potential 은 Fig.2 와 같으며 pH 2, 4, 5, 7, 9 그리고 10 에서의 Titania 분산물의 analytical centrifugation 결과는 Fig. 3 과 같다. pH 2 에서는 50mV 의 zeta potential 에서 예측할 수 있듯이 이 분산물질은 매우 stable 하며 개별 입자 크기에 따라 각기 다른 velocity 로 sedimentation 이 (polydisperse) 일어나고 있다는 것을 알 수 있다. 약 48mV 의 Zeta potential 을 가지는 pH 4 에서도 stable 한 분산 상태를 알 수 있으나 pH 2 에 비해서 profile 간 간격이 더 넓게 나타나는데 이는 비록 zeta potential 은 pH 2 와 비슷한 수준이나 입자들이 aggregation 되어 sedimentation 이 더 빨리 이루어지고 있다는 것을 알 수 있다. pH 5 에서는 zeta potential 이 30mV 로 줄어들게 되지만 여전히 높은 수치이다. 하지만 dispersion state 는 매우 불안하여 입자들의 flocculation 형성이 강하게 일어나고 시간이 지날수록 flocculation 이 심하게 compression 되는 것을 알 수 있다. Isoelectric point 인 pH 7 에서는 더 크고 더 빨리 sedimentation 되는 flocculation 이 형성 되었으며 flocculation network 가 compression 되는 현상은 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. Charge 가 바뀌어지는 pH 9 와 10 에서는 flocculation network 가 compression 되는 현상이 다시 나타나고 특히 pH 10 에서는 flocculation 되지 않은 개별 입자들이 sedimentation 되고 있다는 것을 알 수 있다. Enzyme covered silica nanoparticles 여기서는 전형적인 soft particle 의 예를 소개한다. IEP 3 이고 입자 크기가 20nm 인 silica particle 을 직경 1.9nm, IEP 10.7 인 lysozyme 으로 coating 하였으며 coated particle 의 pH 에 따른 zeta potential 을 Fig. 4 에 나타내었다. Plain silica 의 IEP 인 pH 3 이상에서 positively charged lysozyme 과의 상호작용에 의해 pH 6.5 에서 zeta potential 이 >20mV 로 최대가 된다.
pH 4.23, 5.45, 8.68 그리고 10.23 에서의 zeta potential 은 각각 5, 15, -30 그리고 -40mV 가 되며 이때의 analytical centrifugation 결과를 Fig. 4 에 나타내었다.
Zeta potential 원리에 의하면 pH 4 에서는 낮은 stability, pH 7 로 가면서 stability 가 증가하고 pH 8.5 로 가면서는 다시 stability 가 감소하고 pH 9 이상에서는 high stability 를 보여야 한다. 그러나 analytical centrifugation 결과는 완전히 다른 내용을 말하고 있다.
pH 4.23 에서는 transmission profile 의 변화가 거의 없으며 또한 transmission 이 매우 높은 값으로 나타나고 있는데 이는 20nm 의 coated silica 입자가 완전히 개별적으로 존재하고 aggregation 이 소량만 일어나고 있다는 것을 의미한다.
이는 비록 zeta potential 값이 매우 낮음에도 불구하고 dispersion 이 매우 stable 하게 존재한다는 것을 의미한다.
pH 가 4.23 에서 5.45 로 되면서 zeta potential 이 증가하였음에도 불구하고 dispersion 내에서 flocculation 이 일어나 sedimentation 이 활발히 일어나고 있으며 결국은 dispersion 이 매우 불안정 하다는 것을 알 수 있다.
또한 pH 가 8.68 에서 zeta potential 이 약 -35mV 가 되었음에도 불구하고 zeta potential 이 약 15mV 인 pH 5.45 에서 보다 dispersion stability 가 훨씬 더 감소했다는 것을 알 수 있다.
pH 10.23 인 조건에서는 입자들 사이의 interaction 이 감소해 flocculation 형성이 줄어들어 다소 안정적인 분산 상태를 유지한다는 것을 알 수 있다.
Polyelectrolyte coated magnetic nanoparticles for gene delivery
Polyelectrolyte 로 coating 된 core-shell type silica/iron oxide magnetic nanoparticles 는 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. Surface phosphate group 과 polyelectrolyte 를 가진 silicon dioxide 가 layer 를 형성하며 magnetic core 를 둘러 싸고 있다.
이러한 구조에 의해 전형적인 two-dimensional surface charge distribution 이 아닌 특이한 spatial fixed charge distribution 구조가 된다. Dispersion 에서 이러한 polyelectrolyte 들이 flocculation 을 형성하는 과정은 매우 복잡하다.
Negatively charged silica-iron oxide magnetic nano particle 을 positively charged polyethylene Imine (PEI) 으로 PEI / iron (%m/m) 으로 정량적으로 coating 하게 되면 particle 의 charge 가 변하고 zeta potential 도 Fig. 5 에 보여주듯이 undecorated particles (SO-Mag5) -38±2 mV 에서부터 SO-Nag6-5 약 40mV 까지 다양하게 변하게 된다.
이 경우 zeta potential 은 dispersion 에 영향을 미치지 않고 iron 당 PEI 농도가 10%, 12% 일 때 가장 적절한 dispersion 을 구할 수 있다.
PEI decoration 에 대한 dispersion 의 stability 를 Analytical centrifuge 를 이용하여 분석하였다 (Fig. 6)
PEI 를 첨가하지 않은 undecorated SO-Mag5 의 경우 (Fig. 6, 0번 graph) 변화가 거의 없을 정도로 매우 stable 한 dispersion 임을 알 수 있다. 1% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 1번 graph) net negative charge 가 다소 감소하였으나 dispersion 상태가 많이 변하였다.
즉 개별 입자들이 sedimentation 하다가 입자사이에 flocculation 이 형성되어 입자가 한꺼번에 떨어지는 형상을 보인다.
2% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 2번 graph) 개별 입자의 이동은 보이지 않고 거의 전부가 flocculation 되어 network 형식으로 sedimentation 되어 compression 되는 zone sedimentation 형상이 나타난다.
2% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 2번 graph) sedimentation pattern 이 다시 변하는데 특이하게도 두 가지 종류의 입자가 sedimentation 하는 bimodal separation 과 유사한 형태를 나타내고 있다.
즉 초기에는 다양한 크기의 입자들이 개별적으로 sedimentation 하는 형태를 보이다가 과정이 진행함에 따라 zeta potential 이 30mV 이상임에도 불구하고 개별입자들이 다시 상호작용하여 flocculation network 를 형성하여 모두 같이 떨어지는 zone sedimentation 모습을 보이고 있다.
PEI-loading 양을 더욱 늘려 총 12% 까지 PEI 양을 증가시켜도 (Fig. 6, 12번 graph) zeta potential 은 일정하게 40mV 를 유지하는데 flocculation 은 일어나지 않고 전체적으로 polydisperse 형태를 나타내어 매우 안정한 dispersion 을 유지하고 있다.
Conclusion
자연중력 또는 원심력 하에서 dispersion 의 separation 되는 것을 관찰하면 particle surface alteration, particle agglomeration/flocculation 그리고 colloidal stability 에 대한 정보를 직접으로 확인할 수 있다. 그리고 dispersion state 를 정량화 할 수 있으며 formulation 을 최적화 할 수 있다.
전통적 방법으로 측정된 zeta potential 은 agglomeration/flocculation 을 정확하게 반영하지 못하고 특히 soft particle 의 경우 zeta potential 값이 충분히 큰데도 불구하고 flocculation 될 수 있다.
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