Applications d'Analyse de Cheminement de Nanoparticle (NTA) dans la Recherche de Nanoparticle

Par AZoNano

Sujets Couverts

Introduction
Méthodologie
Applications
Synthèse et Totalisation de Nanoparticle
Toxicité et Effets de Nanoparticle sur des Systèmes Biologiques
Accouchement et Nanoencapsulation de Médicament
Production Vaccinique
Conclusion

Introduction

En Dépit de l'importance croissante d'obtenir des évaluations précises de taille, distribution de grandeurs et concentration des particules de nanoscale dans de plus en plus un large éventail d'applications, les techniques existantes pour obtenir une telle information (dispersion par exemple de Microscopie Électronique et de lumière) peuvent prouver le coûteux en temps et le composé et les résultats difficiles à interpréter, en particulier dans les échantillons ce qui sont hétérogènes en composition ou ce qui contiennent un domaine des dimensions des particules, par exemple sont polydispersées.

L'Analyse de Cheminement de Nanoparticle (NTA) est une méthode developpée récemment pour la visualisation et l'analyse directes et en temps réel des nanoparticles dans les liquides. Basé sur une technique microscopique lumineuse par laser, le mouvement Brownien des nanoparticles s'analyse en temps réel par une Caméra ccd, chaque particule simultanément mais séparé concevant et cheminé par un programme dédié d'analyse d'image de cheminement de particules.

Puisque chaque particule est conçue et analysée séparé, l'estimation donnante droit de la distribution de dimension particulaire et de dimension particulaire ne souffre pas de la limitation d'être une intensité pesée, la distribution z-moyenne qui est normale dans des méthodes conventionnelles d'ensemble de dimension particulaire dans ce régime de taille, par exemple la méthode bien établie de Dispersion de la Lumière ou (DLS) de Spectroscopie Dynamique de Corrélation de Photon (PCS).

La capacité de NTA de mesurer simultanément la dimension particulaire et la particule dispersant l'intensité permet aux mélanges hétérogènes de particules d'être résolus et, d'une manière primordiale, la concentration de particules peut être estimée directement - le profil de distribution de dimension particulaire obtenu par NTA est une distribution directe de numéro/fréquence.

Méthodologie

Finement orienté, faisceau laser de 635 nanomètre est réussi par un marbre optique prisme-bordé, l'Indice de réfraction dont est tel que la poutre réfracte à la surface adjacente entre le méplat et une couche liquide mis au-dessus de elle.

En Raison de la réfraction, les compresses de poutre à un profil bas, la région forte d'illumination dans laquelle des nanoparticles actuels dans le film liquide peuvent être facilement conçus par l'intermédiaire d'une distance long-fonctionnante, objectif de microscope de l'agrandissement x20 s'ajustent à un microscope autrement conventionnel (Figure 1a). Monté sur le support de Courant alternatif, une Caméra ccd, fonctionnant au 30 images par seconde, est utilisée pour capturer un champ de vision visuel approximativement 100 um x 80 um.

Figure 1a. Module d'illumination du laser de NanoSight

 

Figure 1B. Schéma affichant le chemin optique du faisceau laser et l'objectif de dépistage visualisant la poutre par l'hublot.

Les Particules en volume de dispersion sont déménager vu rapidement sous le mouvement Brownien. Le programme de NTA simultanément recense et chemine le centre de chaque particule sur une base de cadre-par-cadre dans toute la longueur du vidéo (en général 900 cadres ou 30 secondes).

Le Schéma 2 affiche une image agrandie de deux telles particules et la trajectoire qu'ils ont assuré plusieurs cadres comme cheminé par le programme d'analyse d'image de NTA.

Le Schéma 2. Une image agrandie des pistes particulières des particules déménageant sous Brownien. Note : les particules ne sont pas l'information imagée et structurelle telle que la forme étant ci-dessous l'alimentation électrique de résolution du microscope optique utilisé.

La distance moyenne que chaque particule déménage x et y dans l'image est automatiquement prévu. De cette valeur, le coefficient de diffusion de particules, Dt, peut être obtenu et, connaissant la température T d'échantillon, et le η dissolvant de viscosité, le diamètre hydrodynamique d de particules recensé. Que le mouvement 3 Brownien dimensionnel est cheminé seulement dans 2 cotes (x et y) est facilité au moyen de la variation suivante de l'équation de Charger-Einstein (Équation 1) ; là où KB est la constante de Boltzmann.

Équation 1 :

Le domaine des dimensions des particules qui peuvent s'analyser par NTA dépend du type de particules. La limite inférieure de taille est définie par la dimension particulaire et l'Indice de réfraction de particules. Pour les particules très élevéesi de R telles que l'or colloïdal, la détermination précise de la taille peut être réalisée vers le bas au diamètre de 10 nanomètre. Pour les particules inférieures d'Indice de réfraction, de ce type de l'origine biologique, la plus petite taille détectable pourrait seulement être entre 25-35 nanomètre. Cette limite minimum de taille permet, cependant, l'analyse de la plupart des types de virus. Des limites Supérieures de taille sont approchées quand le mouvement Brownien d'une particule devient trop limité pour cheminer exactement, diamètre du µm en général 1-2.

Pour permettre à un numéro suffisant des particules de s'analyser au cours d'une période acceptable de temps (par exemple secondes <60) à partir dont un profil statistiquement signicatif et reproductible de distribution de dimension particulaire peut être obtenu, des échantillons devraient contenir entre 10 et7 10 particules9 /ml, dilution d'un échantillon souvent étant exigé pour réaliser cette concentration.

L'avantage de pouvoir mesurer simultanément deux paramètres indépendants tels que la particule dispersant le diamètre d'intensité et de particules (du comportement dynamique) peut prouver l'objet de valeur dans les mélanges de résolution des différents types de particules (par exemple distinguer les particules minérales et de polymère du même diamètre). De Même, de petites différences dans la dimension particulaire dans une population peuvent être résolues avec de grande précision lointain que soyez réalisé par d'autres techniques de dispersion de la lumière d'ensemble.

Le Schéma 3. Un traçage 3D doux de taille contre la lumière relative a dispersé le numéro de l'intensité vs.particle d'un mélange âgé de 100 200 de polystyrène de nanomètre microsphères de nanomètre et montrant la totalisation partielle.

Le Schéma 3 affiche un échantillon partiellement de total d'un mélange de 100 200 de polystyrène de nanomètre microsphères de nanomètre et dans lesquelles l'émergence d'une crête se trouvant entre les deux populations primaires est indicative du début de la totalisation ou de la dimérisation.

Applications

En Dépit seulement d'avoir été développé et avoir été rendu disponible depuis 2006, NTA est de plus en plus appliqué dans un large éventail de différentes applications et maintenant est utilisé dans plus de 200 laboratoires mondiaux (à partir d'octobre 2009). Ce qui suit décrit certaines des zones dans lesquelles NTA a été appliqué et des résultats a été enregistrés.

Synthèse et Totalisation de Nanoparticle

La production des nanoparticles par ablation de laser pulsé a employé NTA (ainsi que DLS) pour déterminer la distribution de dimension particulaire dans un certain nombre d'études. Dans ces derniers, NTA a été affiché pour être adapté mieux à l'analyse des échantillons polydispersés.

Dans une étude de l'accroissement et de la totalisation des nanoparticles d'or surveillés par absorption UV-visible, TEM (Microscopie Électronique de Boîte De Vitesses), DLS et NTA, données de NTA se sont avérés pour marquer avec cela obtenu par les autres techniques et Lundahl a employé AFM (Microscopie Atomique de Force) et SEM (Microscopie Électronique de Lecture) pour suivre la synthèse des nanoparticles d'AG de réduction de citrate.

NTA a été employé pour confirmer le monodispersity des particules et de la totalisation ultérieure sur l'ajout du NaCl. NTA a été avec succès employé pour surveiller la distribution de taille et de dimension particulaire des nanoparticles d'oxyde de cuivre dans la dégradation organique de polluant et des poudres de nanocomposite de Carbure-Cobalt de tungstène en tant que matériaux neufs de nanoscale.

Des Changements de la formation, dispersion et stabilité des polymères et nanoparticles de polycomplex dans le système aqueux et dissolvant peuvent être suivis en temps réel utilisant NTA et donnent droit comparé à d'autres techniques de calibrage de nanoparticle telles que la turbidimétrie, le DLS, et le TEM.

Les Évaluations comparatives de la technique et de elle de NTA est potentielle car une méthode analytique en ligne robuste ont été également discutées et un numéro croissant des études ont NTA comparé aux méthodes conventionnelles pour l'analyse des nanoparticles.

NTA s'est avéré pour être conforme bien aux estimations de SEM de la dimension particulaire moyenne de la dimension particulaire de laser des microémulsions constituées par les surfactants ioniques d'hydrocarbure dans la CIE. supercritique.2 Dans une étude comparative utilisant la cytométrie de flux, DLS et NTA, Harrison ont prouvé que NTA pourrait avec succès résoudre des distributions trimodal des particules d'étalonnage où sensible prouvé de données de DLS aux contaminants et à la cornière de mesure. Il a constaté que tandis que NTA ne peut pas analyser les plaquettes qui sont trop grandes, il convient pour analyser des chylomicrons et des particules de VLDL.

Dans une comparaison de différentes techniques (AFM, SEM, TEM, microscopie optique, DLS, NTA, spectroscopie résonnante de Raman et spectroscopie d'absorption) pour caractériser les composés nématiques nanotube-thermotropiques de cristal liquide de carbone, on l'a conclu que NTA, DLS, AFM et microscopie optique étaient les plus adaptés. Dans une étude de l'assemblage des films minces binaires de microgel, NTA a été employé pour confirmer des coefficients de diffusion de solution.

Toxicité et Effets de Nanoparticle sur des Systèmes Biologiques

Dans l'étude de la toxicité de nanoparticle, NTA a utile prouvé en pouvant déterminer le degré auquel des suspensions des nanoparticles sont dispersées avant d'étudier leur effet sur des systèmes biologiques. De Même, NTA a été appliqué pour mesurer la distribution de dimension particulaire des agrégats de nanoparticle en vérifiant le rétablissement de radical libre par des nanoparticles utilisant le dithiothreitol comme indicateur.

DLS et NTA ont été employés pour vérifier l'effet d'un support biologique sur la dimension particulaire de 60 nanoparticles d'or de nanomètre. Les Résultats de NTA étaient en accord avec ceux de DLS en affichant la moyenne dimension particulaire augmentée de 10 nanomètre et NTA a également prouvé que la largeur (multidispersion) de la distribution était en accord avec des mesures effectuées par d'autres techniques.

De Même, l'effet sur la totalisation des nanoparticles de dioxyde de titane par des medias aquatiques naturels a été étudié utilisant DLS et NTA. NTA s'est avéré pour produire des données plus précises des types polydispersed témoin bien que les résultats aient dépendu des conditions expérimentales.

Dans l'étude des saletés d'usure d'implant et de prothèses de métal-sur-métal, NTA a été employé pour afficher, pour la première fois, que des concentrations sensiblement plus élevées um des particules <0.5 étaient présent que n'étaient tandis qu'un autre groupe prouvait que les couches ont conçu pour réduire l'usure prévue sur des surfaces de prothèse peut porter préjudice dans certaine circonstance.

Car NTA est capable de cheminer simultanément des particules sur une base individuelle, plus d'un paramètre peut être mesuré chaque particule.

Tandis Que l'activité dynamique de mouvement Brownien s'analyse pour déterminer la dimension particulaire, il est possible de mesurer simultanément l'intensité relative et moyenne de la lumière dispersée de chaque particule. Ceci permet aux particules classées assimilées de différentes particules d'Indice de réfraction d'être distinguées. En Conséquence, la capacité de NTA de tracer la dimension particulaire en fonction de l'Indice de réfraction a été utilisée comme moyen d'expliquer la préparation des nanorods métallisés bien définis de virus de mosaïque du tabac (TMV) dans les rendements élevés et avec les couches uniformes.

Accouchement et Nanoencapsulation de Médicament

NTA a été employé pour analyser des modifications plus de calendriers de 1 heure dans les préparations filtrées des nanocapsules auxquels avait été comporté un médicament de substrat de la Glycoprotéine P (PGP), tacrolimus, comme forme nouvelle d'une formulation à couche double de libération contrôlée.

On lui a affiché que NTA peut distinguer deux types de nanoparticles de thiol dans un mélange, l'un d'entre eux s'est avéré avoir les enzymes enfermées de ß-galactosidase et était également beaucoup plus grand dans la taille (diamètre de 300 nanomètre) que les particules plus petites ce qui n'a contenu aucune enzyme (assimilé recensée en tant qu'étant diamètre de 150 nanomètre comme mesuré par NTA et Spectroscopie de Corrélation de Photon). La nature bimodale du mélange recensé par NTA a été confirmée par microscopie électronique de lecture de canon d'émission de champ (FEGSEM) et a permis à l'application d'une technique de phase de séparation de gradient de sucrose de séparer les deux types de particules.

La séparation Réussie a été confirmée par NTA et l'analyse colorimétrique affichant NTA pourrait être utilisée directement en optimisant l'isolement de ces mélanges complexes de particules pour l'application possible ultérieure dans un large éventail de procédés et des dispositifs ce qui exigent les surfaces functionalised catalytiques, telles que des biocapteurs et des réacteurs biocatalytiques.

Dans une étude de l'effet d'augmenter la portée au-dessus de C-18 et de varier le niveau d'oxydation dans N4 synthétisé, des spermines de N9-diacyl sur l'ADN et la formulation NTA de siRNA et la fluorescence de bromure d'éthidium se trempant ont été employées pour déterminer les capacités de ces composés nouveaux de condenser l'ADN et de former des nanoparticles.

La caractérisation Réussie par ces techniques a recensé le pEGFP et la formulation et l'accouchement efficaces de siRNA aux lignées cellulaires primaires de peau et de cancer. De Même, une analyse d'intercalation de RiboGreen et dimension particulaire de NTA ont été employés pour déterminer l'effet de changer séquentiellement la portée, le niveau d'oxydation, et la distribution de charge dans N4, N9-diacyl et N4, spermines de N9-dialkyl sur leur capacité de gripper au siRNA et de former des nanoparticles.

En des autres conjugués bispecific anticancéreux d'étude et d'antiangiogénique de polymère-alendronate-taxane étant développés pour viser des métastases osseuses ont été confirmés en tant qu'étant 95 nanomètre moyens comme classé par NTA.

Production Vaccinique

On a récent effectué une comparaison des techniques analytiques apparaissantes pour caractériser un vaccin viral de nanomètre de diamètre 40 pour les applications de recherches et de production dans lesquelles NTA était avec des techniques plus déterminées telles que TEM (Microscope Électronique de Boîte De Vitesses), DLS (Dispersion de la Lumière Dynamique), Dispersion de la Lumière Statique, Exclusion de Taille - Dispersion de la Lumière Multi de Cornière (SEC-MALS), Flux Asymétrique - (Fractionnement de Flux de Zone en combination avec des SLS et Ultra la Centrifugation Analytique).

Tandis Que chaque technique était considérée comme avoire des forces et les faiblesses comme méthodes analytiques dans cette application (voir le Tableau 1 ci-dessous) seulement NTA s'avéraient précises aux types témoin de norme et de forte concentration donnant un diamètre primaire de particules de 40 nanomètre pour chacun, attendu que DLS et SEC-MALS (les seules deux techniques capables de fonctionner aux deux concentrations) ont donné à 42 le nanomètre et à 68 le nanomètre (SEC-MALS) et à 56 nanomètre et à 66 le nanomètre (DLS) pour la particule de virus de 40 nanomètre.

Comparaison du Tableau 1. NTA aux méthodologies traditionnelles pour la caractérisation de particules.

Technique

Forces

Faiblesses

TEM

Visualisation de virus

Coûts Élevés

Procédure Complexe de préparation des échantillons

Dispersion de la Lumière Dynamique (DLS)

Débit Rapide d'échantillon de résultat-haut

Échantillon Direct mesure-aucune dilution sur le fléau

Bilan de données Complexes

Pas une méthode quantitative

Pauvres pour l'échantillon complexe et polydispersé
types (par exemple beaucoup de types d'échantillon biologique)

Dispersion de la Lumière Statique (SLS)

Méthode-qualifiable Approuvé et fiable

Préparation des échantillons Minimum nécessaire

Analyse des échantillons faibles de concentration

Coûts Moyens, téléphonistes qualifiées, haut
niveau d'entretien du matériel

Échantillon dilué dans la phase mobile

Interaction Possible entre la phase stationnaire et l'échantillon

Flux Asymétrique de Zone
Fractionnement

Aucune interaction entre la phase stationnaire de fléau et l'échantillon

Analyse des échantillons faibles de concentration

Coûts Moyens, téléphonistes qualifiées, niveau élevé d'entretien du matériel

Échantillon dilué dans la phase mobile

Ultra Centrifugation Analytique

De haute résolution

Poids moléculaire indigène Précis pour supporter ainsi des méthodes de SEC très utiles pour des protéines

Coût Élevé

Preperation d'échantillon et bilan Complexes de données

Débit Faible d'échantillon

NTA

Coûts bas - faciles à utiliser

Résultats Rapides - débit élevé d'échantillon

Analyse de volume faible témoin d'échantillon-petit de concentration

Dilution d'Échantillon nécessaire

Méthode Neuve - une expérience limitée à compter en circuit

Les Figures 2a et 2b affichent deux dilutions de l'échantillon, la Figure 2a étant le plus échantillon dilué ce qui contient en conséquence une concentration inférieure des agrégats. La Figure 2b affiche l'échantillon de concentration plus élevée dans lequel les nombres également plus élevés d'agrégats peuvent être de manière dégagée distingués mais ce que n'affectez pas l'exactitude de l'analyse de la particule primaire de 40 nanomètre.

Notez également l'échelle d'axe des y qui donne différentes concentrations de particules (plus haut pour échantillon b) affichant la particule significative comptant l'avantage de NTA au-dessus de DLS ce qui ne peut pas produire de telles données. Également affichés sont les traçages trop petits cumulatifs pour chaque distribution.

Figure 2a. Concentration Faible d'une préparation de virus de 40 nanomètre

Figure 2b. Une concentration Plus Élevée du même matériau affichant la présence des agrégats et abaissent des concentrations primaires de particules

Un autre exemple de l'insensibilité de NTA à la présence des agrégats dans un échantillon est de manière dégagée affiché dans l'exemple suivant. Un Autre échantillon du virus décrit ci-dessus a été mesuré par NTA au diamètre de 45 nanomètre (Figure 3a).

Cependant, après l'agitation du même échantillon par la secousse simple pendant quelques secondes, l'effort de cisaillement a été vu pour avoir la totalisation induite dans l'échantillon de virus (Figure 3b).

Figure 3a. Dimension Particulaire/Concentration

Figure 3b. Dimension Particulaire/Concentration

Profil de distribution de dimension particulaire d'un échantillon de virus a) avant et b) après totalisation provoquée par la tension de cisaillement. Notez le changement de l'échelle des expositions verticales normalisées d'axe une goutte dans la concentration des particules sur la totalisation (environ de 80x10^6 particles/ml environ à 50x10^6 particles/ml). Une Telle information est indisponible à d'autres techniques de dispersion de la lumière d'ensemble telles que DLS.

Conclusion

NTA est une technique directe et rapide par laquelle des nanoparticles dans leur condition solvatisée naturelle dans un liquide peuvent être rapidement trouvés, classés et comptés. Tandis Que limité aux particules de 10-20nm, et au-dessus et derrière des domaines de concentration entre 107 - 109 particules par ml, capacité simultanément de concevoir et analyser des nanoparticles sur une base individuelle tient compte de beaucoup de définition améliorée des types polydispersés et/ou hétérogènes témoin.

La technique peut être employée pour compléter des techniques existantes pour le calibrage des nanoparticles (par exemple DLS, PCS) permettant des données obtenues à partir de ces méthodes à valider par des observations microscopiques directes de l'échantillon. La page ci-dessus du Tableau 2 récapitule les applications et échantillonne les types auxquels NTA a été appliqué jusqu'à présent.

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par NanoSight.

Pour plus d'information visitez s'il vous plaît NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:41

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