Anwendungen der Nanoparticle-GleichlaufAnalyse (NTA) in der Nanoparticle-Forschung

Durch AZoNano

Themen Umfaßt

Einleitung
Verfahren
Anwendungen
Nanoparticle Synthese u. Anhäufung
Nanoparticle Giftigkeit u. Effekte auf Biologische Anlagen
Medikamentenverabreichung u. Nanoencapsulation
ImpfProduktion
Schlussfolgerung

Einleitung

Trotz der wachsenden Bedeutung von genaue Schätzungen der Größe, der Korngrößenverteilung und der Konzentration von nanoscale Partikeln in einer großen Auswahl von Anwendungen in zunehmendem Maße erhalten, können vorhandene Techniken für das Einholen solcher Informationen (z.B. Elektronenmikroskopie und Lichtstreuung) Zeit raubendes und Komplex und Ergebnisse prüfen, die schwierig sind, besonders in den Proben zu übersetzen, welche in der Zusammensetzung heterogen sind, oder welche eine Reichweite der Teilchengrößen enthalten, z.B. sind polydispers.

Nanoparticle GleichlaufAnalyse (NTA) ist eine neuentwickelte Methode für die direkte und Echtzeitsichtbarmachung und die Analyse von nanoparticles in den Flüssigkeiten. Basiert auf einer Laser geleuchteten mikroskopischen Technik, wird Brownische Bewegung von nanoparticles in der Istzeit durch eine CD-Kamera analysiert, jeder Partikel gleichzeitig aber separat, sichtbar machend und durch ein engagiertes Partikelgleichlauf-Bildanalyseprogramm aufgespürt.

Weil jeder Partikel separat sichtbar gemacht und analysiert wird, leidet die resultierende Schätzung der Teilchengröße- und Teilchengrößeverteilung nicht unter der Beschränkung des Seins eine belastete Intensität, z-durchschnittliche Verteilung, die in den herkömmlichen Ensemblemethoden der Teilchengröße in dieser Größeneinfuhrüberwachung, z.B. die gut eingerichtete Methode von der Dynamischen Lichtstreuungs-oder Photon- (DLS)Wechselbeziehungs-Spektroskopie normal ist (PCS).

Die Fähigkeit von NTA, die Teilchengröße und Partikel gleichzeitig zu messen, die Intensität zerstreuen, erlaubt, dass heterogene Partikelmischungen gelöst werden und wichtig kann Partikelkonzentration direkt geschätzt werden - das Teilchengrößeverteilungsprofil, das durch NTA erreicht wird, ist eine direkte Zahl/eine Häufigkeitsverteilungskurve.

Verfahren

Fokussiert fein, 635 nm Laserstrahl wird durch eine Prisma-umrandete optische Planfläche verabschiedet, dessen Brechungskoeffizient so ist, dass der Träger an der Schnittstelle zwischen der Ebene und einer flüssigen Schicht bricht, die über ihn gelegt werden.

Wegen der Brechung, die Trägerkompressen zu einer flachen, intensiven Beleuchtungsregion, in der die nanoparticles, die im flüssigen Film vorhanden sind, über einen lang-arbeitenden Abstand leicht sichtbar gemacht werden können, Mikroskoplernziel der Vergrößerung x20 befestigen zu einem andernfalls herkömmlichen Mikroskop (Abbildung 1a). Montiert an Wechselstrom-Befestigung, wird eine CD-Kamera, funktionierend an den 30 Bildern pro Sekunde, verwendet, um ein Videoblickfeld ungefähr 100 um x 80 zu erfassen um.

Abbildung 1a. NanoSights Laser-Beleuchtungsblock

 

Abbildung 1b. Diagramm, das den Strahlengang des Laserstrahl- und Befundlernziels ansieht den Träger durch das Fenster zeigt.

Partikel im Zerstreuenvolumen sind gesehenes unter Brownische Bewegung schnell sich bewegen. Das NTA-Programm gleichzeitig kennzeichnet und spürt die Mitte jedes Partikels auf einer Feld-durchfeld Basis während der Länge des Videos auf (gewöhnlich 900 Felder oder 30 Sekunden).

Abbildung 2 zeigt ein vergrößertes Bild von zwei solchen Partikeln und die Flugbahn, die sie einige Felder übernommen haben, wie durch das NTA-Bildanalyseprogramm aufgespürt.

Abbildung 2. Ein vergrößertes Bild von typischen Spuren von den Partikeln, die unter Brownsches sich bewegen. Anmerkung: die Partikel sind nicht abgebildete, strukturelle Informationen wie Form, die unterhalb des Auflösungsvermögens des optischen verwendeten Mikroskops ist.

Der durchschnittliche Abstand, den jeder Partikel in x sich verschiebt und o im Bild wird automatisch berechnet. Von diesem Wert kann der Partikeldiffusionskoeffizient,t D, erhalten werden und und den hydrodynamischen gekennzeichneten worden Durchmesser d kennen die Beispieltemperatur T und zahlungsfähiges Viskosität η, des Partikels. Dass Maßbrown'sche molekularbewegung 3 nur in 2 Abmessungen aufgespürt wird (x und y), wird mittels die folgende Variante der Schüren-Einstein-Gleichung angepasst (Gleichung 1); wo KB Boltzmann Konstante ist.

Gleichung 1:

Die Reichweite der Teilchengrößen, die durch NTA analysiert werden können, hängt vom Partikelbaumuster ab. Die niedrigere Größengrenze wird durch die Teilchengröße und den Partikelbrechungskoeffizienten definiert. Für sehr hohe R-i Partikel wie kolloidales Gold, kann genaue Bestimmung der Größe 10 nm zum Durchmesser unten erzielt werden. Für untere Brechungskoeffizient-Partikel wie die des biologischen Ursprung, wäre die kleinste nachweisbare Größe möglicherweise nur zwischen 25-35 nm. Diese minimale Größengrenze erlaubt jedoch die Analyse der meisten Baumuster Virus. Obere Größengrenzen werden, wenn die Brownische Bewegung eines Partikels zu begrenzt wird, um genau aufzuspüren, µm gewöhnlich 1-2 Durchmesser genähert.

Um eine genügende Anzahl von Partikeln zu aktivieren innerhalb eines annehmbaren Zeitraums (z.B. Sekunden <60) analysiert zu werden von dem ein statistisch aussagefähiges und reproduzierbares Teilchengrößeverteilungsprofil erreicht werden kann, sollten Proben zwischen 10 und 107 Partikeln /ml9 , Verdünnung enthalten einer Probe, die häufig benötigt wird um diese Konzentration zu erzielen.

Der Nutzen des In der Lage seins, zwei unabhängige Parameter wie Partikel gleichzeitig zu messen, der Intensität und Korndurchmesser zerstreut (vom dynamischen Verhalten) kann Wertsache in lösenden Mischungen von verschiedenen Partikelbaumustern (z.B. zwischen den anorganischen und Polymerpartikeln des gleichen Durchmessers unterscheiden) prüfen. Ähnlich können kleine Unterschiede bezüglich der Teilchengröße innerhalb einer Bevölkerung mit weit höherer Genauigkeit, als gelöst werden durch andere Lichtstreuungstechniken des Ensembles erzielt Sie werden.

Abbildung 3. Ein glatt gemachter Plan 3D der Größe gegen relative Leuchte zerstreute Zahl der Intensität vs.particle einer gealterten Mischung von 100 200 nm-Polystyrens Mikrosphären nm und, die teilweise Anhäufung aufweisen.

Abbildung 3 zeigt eine teilweise ansammelnde Probe einer Mischung von 100 200 nm-Polystyrens Mikrosphären nm und in denen das Auftauchen einer Spitze, die zwischen den zwei Hauptbevölkerungen liegt, vom Anfang der Anhäufung oder der Dimerisation hinweisend ist.

Anwendungen

Trotz nur seit 2006 sich entwickelt haben und zur Verfügung gestellt worden sein, ist NTA in einer großen Auswahl von verschiedenen Anwendungen in zunehmendem Maße angewandt und wird jetzt herein über 200 weltweiten Labors verwendet (seit Oktober 2009). Das folgende beschreibt einige der Bereiche, in denen NTA angewendet worden ist und Ergebnisse gemeldet worden.

Nanoparticle Synthese u. Anhäufung

Die Produktion von nanoparticles durch pulsierter Laser-Entfernung hat NTA (sowie DLS) verwendet um die Teilchengrößeverteilung in einigen Studien zu bestimmen. In diesen wurde NTA gezeigt, zur Analyse von polydispersen Proben besser entsprochen zu werden.

In einer Studie des Wachstums und der Anhäufung der Gold-nanoparticles, die durch UV-sichtbare Absorption geüberwacht wurden, wurden TEM (Transmissions-Elektronenmikroskopie), DLS und NTA, Daten von NTA gefunden, um mit dem aufeinander zu beziehen, das durch die anderen Techniken erreicht wurde und Lundahl verwendete FLUGHANDBUCH (AtomKraft-Mikroskopie) und SEM (Rasterelektronenmikroskopie) um der Synthese von AG-nanoparticles von der Zitratreduzierung zu folgen.

NTA wurde verwendet, um das monodispersity der Partikel und der nachfolgenden Anhäufung auf dem Zusatz von NaCl zu bestätigen. NTA ist erfolgreich verwendet worden, um die Größen- und Teilchengrößeverteilung von Kupferoxid nanoparticles im organischen Schadstoffabbau und von Wolfram-Karbid-Kobalt nanocomposite Pulvern als neue nanoscale Materialien zu überwachen.

Änderungen in der Entstehung, Streuung und Stabilität von Polymeren und polycomplex nanoparticles in der wässrigen und zahlungsfähigen Anlage können in der Istzeit unter Verwendung NTA gefolgt werden und in den Ergebnissen, die mit anderen Nanoparticlebearbeitentechniken wie Trübungsmessung, DLS und TEM verglichen werden.

Vergleichbare Einschätzungen der NTA Technik und sie ist möglich, da eine robuste analytische Onlinemethode auch behandelt worden sind und eine zunehmende Anzahl von Studien NTA mit herkömmlichen Methoden für die Analyse von nanoparticles verglichen haben.

NTA wurde gefunden, um mit SEM-Schätzungen der durchschnittlichen Teilchengröße der Laser-Teilchengröße von den Microemulsions gut übereinzustimmen, die durch Ionenkohlenwasserstofftenside in überkritischer CO. gebildet wurden.2 In einer Vergleichsstudie unter Verwendung Fluss Cytometry, zeigten DLS und NTA, Harrison, dass NTA trimodal Verteilungen von Kalibrierungspartikeln erfolgreich lösen könnte, in denen DLS-Daten empfindliches für Verschmutzer und Maßwinkel prüften. Er fand, dass, während NTA Plättchen nicht analysieren kann, die zu groß sind, es für das Analysieren des Chylomikronen und DER VLDL-Partikel geeignet ist.

In einem Vergleich von verschiedenen Techniken (FLUGHANDBUCH, SEM, TEM, optische Mikroskopie, DLS, NTA, Resonanz-Raman-Spektroskopie und Absorptionsspektroskopie) für die Charakterisierung von nanotube-thermotropischen nematischen Flüssigkristallzusammensetzungen des Kohlenstoffes, wurde es geschlossen, dass NTA, DLS, FLUGHANDBUCH und optische Mikroskopie am geeignetsten waren. In einer Studie der Montage von binäres microgel Dünnfilmen, wurde NTA verwendet, um Lösungsdiffusionskoeffizienten zu bestätigen.

Nanoparticle Giftigkeit u. Effekte auf Biologische Anlagen

In der Studie der Nanoparticlegiftigkeit, hat NTA nützliches beim Sein, den Grad zu bestimmen geprüft, zu dem Suspensionen von nanoparticles vor dem Studieren ihres Effektes auf biologische Anlagen zerstreut werden. Ähnlich wurde NTA angewendet, um die Teilchengrößeverteilung von Nanoparticlegesamtheiten zu messen, als, Generation des freien Radikals durch nanoparticles unter Verwendung des dithiothreitol als Anzeiger nachforschend.

DLS und NTA wurden verwendet, um den Effekt eines biologischen Mediums auf die Teilchengröße von 60 nm-Gold-nanoparticles nachzuforschen. Ergebnisse von NTA waren in Übereinstimmung mit denen von DLS, wenn sie die Mittelteilchengröße zeigten, die um 10 nm erhöht wird und NTA zeigte auch, dass die Breite (Polyzerstreubarkeit) der Verteilung in Übereinstimmung mit den Maßen war, die durch andere Techniken gemacht wurden.

Ähnlich wurde der Effekt auf die Anhäufung von Titandioxid nanoparticles durch natürliche Wassermedia unter Verwendung DLS und NTA studiert. NTA wurde gefunden, um genauere Daten von polydispersed Beispielbaumustern zu erzeugen, obwohl Ergebnisse von den experimentellen Bedingungen abhingen.

In der Studie des Abnützungsrückstands vom Metall-aufmetallimplantat und den Prothesen, wurde NTA verwendet, um darzustellen zum ersten Mal dass beträchtlich höhere Konzentrationen von um Partikeln <0.5 Geschenk waren, als erwartete, während eine andere Gruppe waren zeigte, dass Beschichtungen konstruierten zu verringern, Abnützung auf Prothesenoberflächen kann unter bestimmtem Umstand schädlich sein.

Da NTA zu Partikel gleichzeitig auf indiviudeller Ebene aufspüren fähig ist, kann mehr als ein Parameter für jeden Partikel gemessen werden.

Während die dynamische Aktivität der Brownischen Bewegung analysiert wird, um Teilchengröße zu bestimmen, ist es möglich, die relative, durchschnittliche Intensität der Leuchte gleichzeitig zu messen zerstreut von jedem Partikel. Dieses erlaubt, dass ähnliche sortierte Partikel von verschiedenen Brechungskoeffizient-Partikeln unterschieden werden. Dementsprechend wurde Fähigkeit NTAS, Teilchengröße als Funktion Brechungskoeffizienten grafisch darzustellen, die Vorbereitung von gut definierten metallisierten Tabakmosaikvirus nanorods (TMV) in den hohen Erträgen und mit einheitlichen Beschichtungen zu demonstrieren verwendet.

Medikamentenverabreichung u. Nanoencapsulation

NTA ist verwendet worden, um Änderungen über den 1-Stunden-Zeiträumen zu analysieren in gefilterten Vorbereitungen von nanocapsules, in die war einer P-Glucoproteid (PGP) Substratflächendroge, tacrolimus, als neues Formular einer zweischichtigformulierung der esteuerten Freigabe integriert worden.

Es ist gezeigt worden, dass NTA zwischen zwei Baumustern Thiolalkohol nanoparticles in einer Mischung unterscheiden kann, von der eine gefunden wurde, um verleitete SSgalaktosidase Enzyme zu haben und entsprechend an Größe (300 nm der Durchmesser) als die Teilchen viel größer war, welches kein Enzym enthielt (ähnlich gekennzeichnet als, seiend 150 nm der Durchmesser, wie durch NTA und Photon-Wechselbeziehungs-Spektroskopie gemessen). Die Beschaffenheit mit zwei Verfahren der Mischung, die durch NTA gekennzeichnet wurde, wurde durch Bereichemissions-Gewehrrasterelektronenmikroskopie bestätigt (FEGSEM) und die Anwendung einer Saccharosesteigungstrennungs-Schritttechnik sich die zwei Partikelbaumuster trennen ließ.

Erfolgreiche Trennung wurde durch NTA bestätigt und die kolorimetrische Wertbestimmung, die NTA zeigt, könnte verwendet werden, direkt, wenn man die Isolierung dieser komplexen Partikelmischungen für nachfolgende mögliche Anwendung in einer großen Auswahl von Prozessen und von Einheiten, welche katalytische functionalised Oberflächen benötigen, wie Biosensors und biokatalytische Reaktoren optimierte.

In einer Studie des Effektes des Erhöhens der Kettenlänge über C-18 und des Unterschieds der Oxidationsstufe in synthetisiertem N4, wurden N9-diacyl Spermine auf DNS und siRNA Formulierung NTA und die löschende Ethidiumbromidfluoreszenz verwendet, um die Fähigkeiten dieser neuen Mittel zu bestimmen, DNS zu kondensieren und nanoparticles zu bilden.

Erfolgreiche Kennzeichnung durch diese Techniken kennzeichnete effizientes pEGFP und siRNA Formulierung und Lieferung zur Haupthaut und zu den Krebszelllinien. Ähnlich wurden eine RiboGreen-Einschiebungswertbestimmung und NTA-Partikelbearbeiten verwendet, um den Effekt von die Kettenlänge, die Oxidationsstufe und die Ladungsverteilung in N4, in N9-diacyl und in N4, N9-dialkyl Spermine sequenziell ändern zu bestimmen auf ihrer Fähigkeit, an siRNA zu binden und nanoparticles zu bilden.

In einen anderen Studienbispecific krebsbekämpfenden und antiangiogenic Polymer-alendronate-taxane Paronymen, die sich entwickelt wurden, um Knochenmetastasen anzuvisieren, wurden als seiend 95 nm mittler bestätigt, wie durch NTA sortiert.

ImpfProduktion

Ein Vergleich von den auftauchenden analytischen Techniken, zum eines nm-des Durchmessers 40 Virenimpfstoffs für Forschungs- und Produktionsanwendungen zu kennzeichnen ist vor kurzem durchgeführt worden, in denen NTA mit festgelegten Techniken wie TEM (Durchstrahlungselektronenmikroskop), DLS (Dynamische Lichtstreuung), Statische Lichtstreuung, Größen-Ausschluss verglichen wurde - Multi Winkel-Lichtstreuung (SEC-MALS), Asymetrischer Fluss- (Bereich-Fluss-Fraktionierung im Verbindung mit SLS und Analytischer Ultra Zentrifugierung).

Während jede Technik betrachtet wurde, Stärken zu haben und Schwächen als analytische Methoden in dieser Anwendung (sehen Sie die untengenannte Tabelle 1), nur NTA gezeigt wurden, um an den Baumustern des Bezugsstandards genau zu sein und der hohen Konzentration Beispiel, dieeinen Hauptkorndurchmesser von 40 nm für jedes geben, während DLS und SEC-MALS (die einzigen zwei Techniken fähig zum Arbeiten bei beiden Konzentrationen) 42 nm und 68 nm (SEC-MALS) und 56 nm und 66 nm (DLS) für den 40 nm Viruspartikel gaben.

Vergleich der Tabelle 1. NTA zu den traditionellen Verfahrenen für Partikelkennzeichnung.

Technik

Stärken

Schwächen

TEM

Sichtbarmachung des Virus

Hohe Kosten

Komplexe Probenaufbereitungsprozedur

Dynamische Lichtstreuung (DLS)

Schneller Ergebnis-er-hoh Beispieldurchsatz

Direkte Probe Maß-keine Verdünnung auf Spalte

Komplexe Datenauswertung

Nicht eine quantitative Methode

Armen für komplexe, polydisperse Probe
Baumuster (z.B. viele biologischen Beispielbaumuster)

Statische Lichtstreuung (SLS)

Anerkanntes, zuverlässiges Methode-qualifizierbares

Minimale Probenaufbereitung notwendig

Analyse von niedrigen Konzentrationsproben

Mittlere Kosten, ausgebildete Operatoren, Hoch
Standard der Ausrüstungspflege

Probe verdünnt in der Mobilen Phase

Mögliche Interaktion zwischen stationärer Phase und Probe

Asymetrischer Bereich-Fluss
Fraktionierung

Keine Interaktion zwischen stationärer Phase der Spalte und Probe

Analyse von niedrigen Konzentrationsproben

Mittlere Kosten, ausgebildete Operatoren, hoher Standard der Ausrüstungspflege

Probe verdünnt in der Mobilen Phase

Analytische Ultra Zentrifugierung

Hohe Auflösung

Genaues gediegenes Molekulargewicht, zum von SEK-Methoden folglich zu unterstützen sehr nützlich für Proteine

Hohe Kosten

Komplexes Beispiel-preperation u. -Datenauswertung

Niedriger Beispieldurchsatz

NTA

Niedrige Kosten - bedienungsfreundlich

Schnelle Ergebnisse - hoher Beispieldurchsatz

Analyse der niedrigen Konzentration Probe-kleine Probenmenge

Beispielverdünnung notwendig

Neue Methode - begrenzte Erfahrung, zum ein zu bauen

Abbildungen 2a und 2b zeigen zwei Verdünnungen der Probe, die Abbildung 2a, die mehr verdünnte Probe ist, welches dementsprechend eine niedrigere Konzentration von Gesamtheiten enthält. Abbildung 2b zeigt die Probe der höheren Konzentration, in der die entsprechend höheren Anzahlen von Gesamtheiten offenbar bemerkenswert sein können, aber in welchem nicht die Genauigkeit der Analyse des Haupt-40 nm Partikels beeinflussen Sie.

Beachten Sie auch die Oschwerpunkt Schuppe, die verschiedene Partikelkonzentrationen gibt (höher für die Probe B), die den beträchtlichen Partikel zählt Vorteil von NTA über DLS zeigt, welches solche Daten nicht erzeugen kann. Auch gezeigt die kumulativen unter Normalgröße liegenden Pläne für jede Verteilung.

Abbildung 2a. Niedrige Konzentration einer 40 nm Virusvorbereitung

Abbildung 2b. Höhere Konzentration des gleichen Materials, das Vorhandensein von Gesamtheiten zeigt und senken Hauptpartikelkonzentrationen

Ein weiteres Beispiel der Unempfindlichkeit von NTA zum Vorhandensein von Gesamtheiten in einer Probe wird offenbar im Folgenden Beispiel gezeigt. Eine Andere Probe des Virus, das oben beschrieben wurde, wurde durch NTA bei 45 nm dem Durchmesser gemessen (Abbildung 3a).

Jedoch nach Bewegung der gleichen Probe durch das einfache Rütteln für einige Sekunden, wurde Scherbeanspruchung gesehen, um verursachte Anhäufung in der Virusprobe zu haben (Abbildung 3b).

Abbildung 3a. Teilchengröße/Konzentration

Abbildung 3b. Teilchengröße/Konzentration

Teilchengrößeverteilungsprofil einer Virusprobe A) vorher und B) nach Scherbeanspruchung verursachte Anhäufung. Beachten Sie die Änderung in der Schuppe der normalisierten vertikalen Schwerpunktsshows ein Absinken der Konzentration von Partikeln auf Anhäufung (von ungefähr 80x10^6 particles/ml zu ungefähr 50x10^6 particles/ml). Solche Informationen sind zu anderen Lichtstreuungstechniken des Ensembles wie DLS nicht verfügbar.

Schlussfolgerung

NTA ist eine direkte und schnelle Technik, durch die nanoparticles in ihrem natürlichen solvated Zustand in einer Flüssigkeit schnell entdeckt werden, sortiert werden und gezählt werden können. Während Sie auf Partikel von 10-20nm und über und zu Konzentrationsbereichen zwischen 10 begrenzt werden7 - 109 Partikel pro ml, die Fähigkeit, nanoparticles gleichzeitig sichtbar zu machen und zu analysieren lässt auf indiviudeller Ebene viel verbesserte Auflösung von polydispersen und/oder heterogenen Beispielbaumustern zu.

Die Technik kann verwendet werden, um vorhandene Techniken für das Bearbeiten von den nanoparticles (z.B. DLS, PCS) ergäzunzen die Daten erlaubend, die von diesen durch erhalten werden direkte mikroskopische Beobachtungen der Probe validiert zu werden Methoden. Oben genannte Seite der Tabelle 2 fasst die Anwendungen zusammen und prüft Baumuster, an denen NTA bis jetzt angewendet worden ist.

Diese Informationen sind Ursprungs- angepasst gewesen, wiederholt und von den Materialien, die von NanoSight bereitgestellt werden.

Zu mehr Information besuchen Sie bitte NanoSight.

Date Added: Dec 22, 2009 | Updated: Mar 7, 2013

Last Update: 7. March 2013 10:42

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