Aplicaciones del Análisis Que Sigue Su Trayectoria del Nanoparticle (NTA) en la Investigación del Nanoparticle

Por AZoNano

Temas Revestidos

Introducción
Metodología
Aplicaciones
Síntesis y Agregación del Nanoparticle
Toxicidad y Efectos del Nanoparticle sobre Sistemas Biológicos
Salida y Nanoencapsulation de la Droga
Producción Vaccínea
Conclusión

Introducción

A Pesar De la importancia creciente de obtener presupuestos exactos de la talla, la distribución dimensional y concentración de partículas del nanoscale en una gama de aplicaciones cada vez más amplia, las técnicas existentes para obtener tal información (e.g. Microscopia Electrónica Y dispersión luminosa) pueden probar que toma tiempo y complejo y los resultados difíciles interpretar, determinado en las muestras cuáles son heterogéneas en la composición o cuáles contienen un rango de tamaños de las partículas, e.g son polidispersas.

El Análisis Que Sigue Su Trayectoria del Nanoparticle (NTA) es un método desarrollado recientemente para la visualización y el análisis directos y en tiempo real de nanoparticles en líquidos. De Acuerdo con una técnica microscópica iluminada laser, el movimiento Browniano de nanoparticles es analizado en tiempo real por una Cámara CCD, cada partícula simultáneamente pero por separado visualizando y seguido su trayectoria por un programa dedicado del análisis de imagen el seguir su trayectoria de partícula.

Porque cada partícula se visualiza y se analiza por separado, el presupuesto resultante de la talla de partícula y de la distribución dimensional de partícula no sufre de la limitación de ser una intensidad cargada, la distribución z-media que es normal en métodos convencionales del conjunto de apresto de partícula en este régimen de la talla, e.g el método establecido de la Espectroscopia Dinámica de la Correlación (DLS) de la Dispersión Luminosa o del Fotón (PCS).

La capacidad de NTA de medir simultáneamente la talla de partícula y la partícula que dispersan intensidad permite que las mezclas heterogéneas de la partícula sean resueltas y, importantemente, la concentración de la partícula se puede estimar directamente - el perfil de la distribución dimensional de partícula obtenido por NTA es una distribución directa del número/de frecuencia.

Metodología

Haber enfocado fino, 635 nanómetro de rayo láser se pasa a través de una parte plana óptica prisma-orlada, el Índice de refracción cuyo es tal que el haz refracta en el interfaz entre la parte plana y una capa líquida puestas encima de él.

Debido a la refracción, las compresas a un perfil inferior, la región intensa en la cual los nanoparticles presentes en la película líquida se pueden visualizar fácilmente vía una distancia de largo-trabajo, objetivo del haz de la iluminación del microscopio de la magnificación x20 ajustan a un microscopio de otra manera convencional (Figura 1a). Montado en el montaje del A.C., una Cámara CCD, operatorio en 30 secuencias por segundo, se utiliza para capturar un campo visual video aproximadamente 100 um x 80 um.

Figura 1a. Módulo de la iluminación del laser de NanoSight

 

Figura 1b. Diagrama Esquemático que muestra el camino óptico de la detección del objetivo de rayo láser y que ve el haz a través de la ventana.

Las Partículas en el volumen el dispersar son mudanza considerada rápidamente bajo movimiento Browniano. El programa de NTA determina y sigue su trayectoria simultáneamente el centro de cada partícula sobre una base del bastidor-por-bastidor en la longitud del vídeo (típicamente 900 bastidores o 30 segundos).

El Cuadro 2 muestra una imagen aumentada de dos tales partículas y la trayectoria que han asumido el control varios bastidores según lo seguido su trayectoria por el programa del análisis de imagen de NTA.

Cuadro 2. Una imagen aumentada de carriles típicos de las partículas que se mueven bajo Browniano. Nota: las partículas no están siendo información reflejada, estructural tal como dimensión de una variable que está debajo de la potencia de resolución del microscopio óptico usado.

La distancia media que cada partícula se mueve en x y y en la imagen se calcula automáticamente. De este valor, el coeficiente de difusión de la partícula, Dt, se puede obtener y, conociendo la temperatura T de la muestra, y el η solvente de la viscosidad, el diámetro hidrodinámico d de la partícula determinado. Que el movimiento Browniano dimensional 3 está seguido su trayectoria solamente en 2 dimensiones (x y y) se acomoda por medio de la variación siguiente de la ecuación de Alimentar-Einstein (Ecuación 1); donde estáB el constante K de Boltzmann.

Ecuación 1:

El rango de los tamaños de las partículas que se pueden analizar por NTA depende del tipo de la partícula. El límite más inferior de la talla es definido por la talla de partícula y el Índice de refracción de la partícula. Para las partículas muy altasi de R tales como oro coloidal, la determinación exacta de la talla se puede lograr hacia abajo al diámetro de 10 nanómetro. Para partículas más inferiores del Índice de refracción, tales como los del origen biológico, la talla perceptible más pequeña pudo solamente estar entre 25-35 nanómetro. Este límite mínimo de la talla permite, sin embargo, el análisis de la mayoría de los tipos de virus. Los límites Superiores de la talla se acercan cuando el movimiento Browniano de una partícula llega a ser demasiado limitado para seguir su trayectoria exactamente, diámetro del µm típicamente 1-2.

Para permitir a un suficiente número de partículas ser analizado dentro de un plazo aceptable (e.g. segundos <60) de que un perfil estadístico significativo y reproductivo de la distribución dimensional de partícula puede ser obtenido, las muestras deben contener entre 10 y7 10 partículas9 /ml, dilución de una muestra que es requerida a menudo para lograr esta concentración.

La ventaja de poder medir simultáneamente dos parámetros independientes tales como partícula que dispersa el diámetro de la intensidad y de la partícula (de comportamiento dinámico) puede probar el objeto de valor en las mezclas de resolución de diversos tipos de la partícula (e.g distinción entre las partículas inorgánicas y del polímero del mismo diámetro). Semejantemente, las pequeñas diferencias de tamaño de partícula dentro de una población pueden ser resueltas con una exactitud lejos más alta que sea logrado por otras técnicas de la dispersión luminosa del conjunto.

Cuadro 3. Un gráfico alisado 3D de la talla comparado con luz relativa dispersó número de la intensidad vs.particle de una mezcla envejecida de 100 200 del poliestireno del nanómetro microesferas del nanómetro y que exhibían la agregación parcial.

El Cuadro 3 muestra una muestra parcialmente de agregación de una mezcla de 100 200 del poliestireno del nanómetro microesferas del nanómetro y en las cuales la aparición de un pico que miente entre las dos poblaciones primarias sea indicativa del inicio de la agregación o de la dimerización.

Aplicaciones

A Pesar De solamente ser convertido y fabricación disponible desde 2006, NTA está siendo cada vez más aplicado en una amplia gama de diversas aplicaciones y ahora se está utilizando hacia adentro sobre 200 laboratorios mundiales (en octubre de 2009). Lo que sigue describe algunas de las áreas en las cuales se ha aplicado NTA y los resultados han estado señalados.

Síntesis y Agregación del Nanoparticle

La producción de nanoparticles por la ablación del laser pulsado ha utilizado NTA (así como DLS) para determinar la distribución dimensional de partícula en varios estudios. En éstos, NTA fue mostrado para ser adaptado mejor al análisis de muestras polidispersas.

En un estudio del incremento y de la agregación de los nanoparticles del oro vigilados por la amortiguación Ultravioleta-visible, TEM (Microscopia Electrónica De Transmisión), DLS y NTA, datos de NTA fueron encontrados para correlacionar con eso obtenida por las otras técnicas y Lundahl utilizó AFM (Microscopia Atómica de la Fuerza) y SEM (Microscopia Electrónica De la Exploración) para seguir la síntesis de los nanoparticles del AG por la reducción del citrato.

NTA fue utilizado para confirmar el monodispersity de las partículas y de la agregación subsiguiente en la adición del NaCl. NTA se ha utilizado con éxito para vigilar la distribución dimensional de la talla y de partícula de los nanoparticles del óxido de cobre en la degradación orgánica del agente contaminador y de los polvos del nanocomposite del Carburo-Cobalto del tungsteno como nuevos materiales del nanoscale.

Los Cambios en la formación, dispersión y estabilidad de polímeros y los nanoparticles del polycomplex en sistema acuoso y solvente se pueden seguir en tiempo real usando NTA y resultados comparados a otras técnicas del apresto del nanoparticle tales como turbidimetría, DLS, y TEM.

Las evaluaciones Comparativas de la técnica y de la ella de NTA son potenciales pues un método analítico en línea robusto también se ha discutido y un número cada vez mayor de estudios ha comparado NTA a los métodos convencionales para el análisis de nanoparticles.

NTA fue encontrado para estar de acuerdo bien con los presupuestos de SEM de la talla de partícula media del apresto de partícula del laser de las microemulsiones formadas por los tensioactivadores iónicos del hidrocarburo en el CO supercrítico2. En un estudio comparativo usando cytometry de flujo, DLS y NTA, Harrison mostraron que NTA podría resolver con éxito distribuciones trimodal de las partículas de la calibración donde los datos de DLS probaron sensible a los contaminantes y al ángulo de la medición. Él encontró que mientras que NTA no puede analizar las plaquetas que son demasiado grandes, es conveniente para analizar chylomicrons y partículas de VLDL.

En una comparación de diversas técnicas (AFM, SEM, TEM, microscopia óptica, DLS, NTA, espectroscopia resonante de Raman y espectroscopia de amortiguación) para caracterizar compuestos nemáticos nanotube-termotrópicos del cristal líquido del carbón, fue concluido que NTA, DLS, el AFM y la microscopia óptica eran los más convenientes. En un estudio del ensamblaje de las películas finas del microgel binario, NTA fue utilizado para confirmar coeficientes de difusión de la solución.

Toxicidad y Efectos del Nanoparticle sobre Sistemas Biológicos

En el estudio de la toxicidad del nanoparticle, NTA ha probado útil en poder determinar el grado al cual las suspensiones de nanoparticles se dispersan antes de estudiar su efecto sobre sistemas biológicos. Semejantemente, NTA fue aplicado para medir la distribución dimensional de partícula de los agregados del nanoparticle al investigar la generación del radical libre por los nanoparticles usando dithiothreitol como indicador.

DLS y NTA fueron utilizados para investigar el efecto de un media biológico sobre la talla de partícula de 60 nanoparticles del oro del nanómetro. Los Resultados de NTA estaban de común acuerdo con los de DLS en mostrar la talla de partícula media creciente en 10 nanómetro y NTA también mostró que la anchura (polidispersidad) de la distribución estaba de común acuerdo con las mediciones hechas por otras técnicas.

Semejantemente, el efecto sobre la agregación de los nanoparticles del dióxido de titanio por media acuáticos naturales fue estudiado usando DLS y NTA. NTA fue encontrado para generar datos más exactos de tipos polydispersed de la muestra aunque los resultados dependieron de condiciones experimentales.

En el estudio de los escombros del desgaste del implante y de las prótesis del metal-en-metal, NTA fue utilizado para mostrar, por primera vez, que concentraciones importante más altas um de las partículas <0.5 eran presente que mientras que otro grupo mostró que las capas diseñaron reducir el desgaste previsto en superficies de la prótesis puede ser perjudicial bajo cierta condición económica.

Pues NTA es capaz simultáneamente de seguir su trayectoria partículas sobre una base individual, más de un parámetro se puede medir para cada partícula.

Mientras Que la actividad dinámica del movimiento Browniano se analiza para determinar talla de partícula, es posible medir simultáneamente la intensidad relativa, media de la luz dispersa de cada partícula. Esto permite que las partículas clasificadas similares de diversas partículas del Índice de refracción sean discriminadas. Por Consiguiente, la capacidad de NTA de trazar talla de partícula en función del Índice de refracción fue utilizada de demostrar la preparación de los nanorods metalizados bien definidos del virus de mosaico (TMV) de tabaco en altos rendimientos y con las capas uniformes.

Salida y Nanoencapsulation de la Droga

NTA se ha utilizado para analizar cambios sobre calendarios de 1 hora en preparaciones filtradas de los nanocapsules en los cuales había sido incorporada una droga del substrato de la P-Glicoproteína (PGP), tacrolimus, como formulario nuevo de una formulación de revestimiento doble del desbloquear controlado.

Se ha mostrado que NTA puede distinguir entre dos tipos de nanoparticles del tiol en una mezcla, uno de los cuales fue encontrado para tener enzimas tendidas una trampa de la ß-galactosidasa y era correspondientemente mucho más grande de tamaño (diámetro de 300 nanómetro) que las partículas más pequeñas cuál no contuvo ninguna enzima (determinada semejantemente como siendo diámetro de 150 nanómetro según lo medido por NTA y Espectroscopia de la Correlación del Fotón). La naturaleza bimodal de la mezcla determinada por NTA fue confirmada por microscopia electrónica de la exploración de la pistola de la emisión de campo (FEGSEM) y permitió que la aplicación de una técnica del paso de progresión de la separación del gradiente de la sucrosa separara los dos tipos de la partícula.

La separación Acertada fue confirmada por NTA y el análisis colorimétrico que mostraba NTA podría ser utilizado directamente en la optimización del aislamiento de estas mezclas complejas de la partícula para la aplicación posible subsiguiente en una amplia gama de procesos y de dispositivos cuáles requieren superficies functionalised catalíticas, tales como biosensores y reactores biocatalíticos.

En un estudio del efecto de aumentar la longitud de cadena sobre C-18 y de variar el nivel de la oxidación en N4 sintetizado, las esperminas de N9-diacyl sobre la formulación NTA de la DNA y del siRNA y la fluorescencia del bromuro de etidio que apagaba fueron utilizadas para determinar las capacidades de estas pastas nuevas de condensar la DNA y de formar nanoparticles.

La caracterización Acertada por estas técnicas determinó el pEGFP y formulación y salida eficientes del siRNA a las variedades de células primarias de la piel y del cáncer. Semejantemente, un análisis de la intercalación de RiboGreen y apresto de la partícula de NTA fueron utilizados para determinar el efecto secuencialmente de cambiar la longitud de cadena, el nivel de la oxidación, y la distribución de carga en N4, N9-diacyl y N4, esperminas de N9-dialkyl en su capacidad de atar al siRNA y de formar nanoparticles.

En otras conjugaciones anticáncer del estudio y antiangiogenic bispecific del polímero-alendronate-taxane que eran convertidas para apuntar metástasis del hueso fueron confirmados como siendo 95 nanómetro medios según lo clasificado por NTA.

Producción Vaccínea

Una comparación de las técnicas analíticas emergentes para caracterizar una vacuna viral del nanómetro de diámetro 40 para las aplicaciones de la investigación y de producción se ha realizado recientemente en las cuales NTA fue comparado con técnicas establecidas tales como TEM (Microscopio Electrónico De la Transmisión), DLS (Dispersión Luminosa Dinámica), Dispersión Luminosa Estática, Exclusión de la Talla - Dispersión Luminosa del Ángulo Multi (SEC-MALS), Flujo Asimétrico - (Fraccionamiento de Flujo de Campo conjuntamente con SLS y Ultra la Centrifugación Analítica).

Mientras Que cada técnica era considerada tener puntos fuertes y débiles mientras que los métodos analíticos en esta aplicación (véase el Cuadro 1 abajo) solamente NTA fue mostrado para ser exacto en los tipos de la muestra del patrón de referencia y de la alta concentración que daban un diámetro primario de la partícula de 40 nanómetro para cada uno, mientras que DLS y SEC-MALS (las únicas dos técnicas capaces del trabajo en ambas concentraciones) dieron 42 el nanómetro y 68 el nanómetro (SEC-MALS) y 56 nanómetro y a 66 nanómetro (DLS) para la partícula del virus de 40 nanómetro.

Comparación del Cuadro 1. NTA a las metodologías tradicionales para la caracterización de la partícula.

Técnica

Fuerzas

Debilidades

TEM

Visualización del virus

Altos costos

Procedimiento Complejo de la preparación de la muestra

Dispersión Luminosa Dinámica (DLS)

Resultado-alta producción Rápida de la muestra

Muestra Directa medición-ninguna dilución en olumna

Evaluación de los datos Complejos

No un método cuantitativo

Pobres para la muestra compleja, polidispersa
tipos (e.g muchos tipos biológicos de la muestra)

Dispersión Luminosa Estática (SLS)

Método-cualificable Aprobado, seguro

Preparación Mínima de la muestra necesaria

Análisis de las muestras inferiores de la concentración

Costos Medianos, operadores entrenados, alto
patrón del mantenimiento de equipo

Muestra diluida en fase movible

Acción recíproca Posible entre la fase estacionaria y la muestra

Flujo Asimétrico del Campo
Fraccionamiento

Ninguna acción recíproca entre la fase estacionaria de la olumna y la muestra

Análisis de las muestras inferiores de la concentración

Costos Medianos, operadores entrenados, mayor nivel del mantenimiento de equipo

Muestra diluida en fase movible

Ultra Centrifugación Analítica

De alta resolución

Peso molecular nativo Exacto para utilizar los métodos del SEC así muy útiles para las proteínas

Alto costo

Preperation de la muestra y evaluación Complejos de los datos

Producción Inferior de la muestra

NTA

Bajos costos - fáciles de utilizar

Resultados Rápidos - alta producción de la muestra

Análisis de la concentración inferior muestra-pequeño volumen de muestra

Dilución de la Muestra necesaria

Nuevo método - experiencia limitada a confiar conectado

Las Figuras 2a y 2b muestran dos diluciones de la muestra, Figura 2a que es más muestra diluída cuáles contienen por consiguiente una concentración más inferior de agregados. La Figura 2b muestra la muestra de una concentración más alta en la cual los números correspondientemente más elevados de agregados pueden ser sin obstrucción distinguidos pero cuál no afecte a la exactitud del análisis de la partícula primaria de 40 nanómetro.

Observe también la escala de y-AXIS que da diversas concentraciones de la partícula (más arriba para la muestra b) que muestra la partícula importante que cuenta la ventaja de NTA sobre DLS cuál no puede generar tales datos. También se muestran los gráficos de tamaño inferior a lo normal acumulativos para cada distribución.

Figura 2a. Concentración Inferior de una preparación del virus de 40 nanómetro

Figura 2b. Una concentración Más Alta del mismo material que muestra la presencia de agregados y baja concentraciones primarias de la partícula

Otro ejemplo de la insensibilidad de NTA a la presencia de agregados en una muestra se muestra sin obstrucción en el ejemplo siguiente. Otra muestra del virus descrito arriba fue medida por NTA en el diámetro de 45 nanómetro (Figura 3a).

Sin Embargo, después de la agitación de la misma muestra por la sacudida simple por algunos segundos, la tensión de resistencia fue considerada para tener agregación inducida en la muestra del virus (Figura 3b).

Figura 3a. Talla de Partícula/Concentración

Figura 3b. Talla de Partícula/Concentración

El perfil de la distribución dimensional de Partícula de una muestra del virus a) antes y b) después de la tensión de resistencia indujo la agregación. Observe el cambio en la escala de las demostraciones verticales normalizadas del eje una caída en la concentración de partículas en la agregación (de aproximadamente 80x10^6 particles/ml a aproximadamente 50x10^6 particles/ml). Tal información es inasequible a otras técnicas de la dispersión luminosa del conjunto tales como DLS.

Conclusión

NTA es una técnica directa y rápida por la cual los nanoparticles en su estado solvatado natural en un líquido pueden ser detectados, ser clasificados y ser contados rápidamente. Mientras Que está limitado a las partículas de 10-20nm, y encima y a rangos de concentración entre 107 - 109 partículas por el ml, la capacidad de visualizar y de analizar simultáneamente nanoparticles sobre una base individual permiten mucha resolución mejorada de los tipos polidispersos y/o heterogéneos de la muestra.

La técnica se puede utilizar para complementar las técnicas existentes para el apresto de los nanoparticles (e.g. DLS, PCS) permitiendo los datos obtenidos de estos métodos que se validarán por las observaciones microscópicas directas de la muestra. La paginación antedicha del Cuadro 2 resume las aplicaciones y muestrea los tipos a los cuales NTA se ha aplicado hasta la fecha.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por NanoSight.

Para más información visite por favor NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:44

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