Applicazioni di Analisi Tenente La Carreggiata di Nanoparticella (NTA) nella Ricerca di Nanoparticella

Da AZoNano

Argomenti Coperti

Introduzione
Metodologia
Applicazioni
Sintesi & Aggregazione di Nanoparticella
Tossicità & Effetti di Nanoparticella sui Sistemi Biologici
Consegna & Nanoencapsulation della Droga
Produzione Vaccino
Conclusione

Introduzione

Malgrado il valore crescente di ottenere i preventivi accurati della dimensione, distribuzione per ampiezza e concentrazione di particelle del nanoscale in una vasta gamma delle applicazioni sempre più, le tecniche attuali per ottenere tali informazioni (scattering per esempio Di Microscopia Elettronica e dell'indicatore luminoso) possono provare che richiede tempo e complesso e risultati difficili interpretare, specialmente in campioni quale sono eterogenei in composizione o quale contengono un intervallo delle dimensioni delle particelle, per esempio sono polidisperse.

L'Analisi Tenente La Carreggiata di Nanoparticella (NTA) è un metodo di recente sviluppato per la visualizzazione e l'analisi dirette ed in tempo reale delle nanoparticelle in liquidi. Sulla Base di una tecnica microscopica illuminata laser, il moto Browniano delle nanoparticelle è analizzato in tempo reale da una Telecamera CCD, ogni particella simultaneamente ma esclusivamente visualizzando e cingolato da un programma dedicato di analisi sulla base di immagini tenere la carreggiata di particella.

Poiché ogni particella è visualizzata esclusivamente ed analizzata, il preventivo risultante di distribuzione di dimensione delle particelle e di dimensione delle particelle non soffre dalla limitazione di essere un'intensità pesata, distribuzione z-media che è normale nei metodi convenzionali dell'insieme di dimensione delle particelle in questo regime di dimensione, per esempio il metodo affermato della Spettroscopia Leggera Dinamica (DLS) di Correlazione del Fotone o di Scattering (PCS).

La capacità di NTA di misurare simultaneamente la dimensione delle particelle e l'intensità di scattering della particella permette che le miscele eterogenee della particella siano risolte e, d'importanza, la concentrazione della particella può essere stimata direttamente - il profilo di distribuzione di dimensione delle particelle ottenuto da NTA è una distribuzione diretta frequenza/di numero.

Metodologia

Messa a fuoco con precisione, raggio laser di 635 nanometro è passata attraverso un piano ottico prisma-orlato, l'Indice di rifrazione di cui è tale che il raggio rifrange all'interfaccia fra il piano e uno strato liquido collocati sopra.

dovuto la rifrazione, le compresse ad un basso profilo, la regione intensa in cui le nanoparticelle presenti nella pellicola liquida possono essere visualizzate facilmente via una distanza di lavoro, obiettivo del raggio dell'illuminazione del microscopio di ingrandimento x20 si adattano ad un microscopio altrimenti convenzionale (Figura 1a). Montato sul supporto di Corrente alternata, una Telecamera CCD, funzionante a 30 fotogrammi al secondo, è utilizzata per catturare un video campo visivo circa 100 um la x 80 um.

Figura 1a. Modulo di illuminazione del laser di NanoSight

 

Figura 1b. Disegno Schematico che mostra il percorso ottico del raggio laser e della visualizzazione obiettiva di rilevazione il raggio attraverso la finestra.

Le Particelle nel volume di dispersione sono muoversi veduto rapido nell'ambito del moto Browniano. Il programma di NTA simultaneamente identifica e tiene la carreggiata il centro di ogni particella su una base del fotogramma-da-fotogramma in tutto la lunghezza del video (in genere 900 fotogrammi o 30 secondi).

Figura 2 mostra un'immagine ingrandetta di due tali particelle e la traiettoria che hanno assunto la direzione di parecchi fotogrammi come cingolato dal programma di analisi sulla base di immagini di NTA.

Figura 2. Un'immagine ingrandetta delle piste tipiche delle particelle che si muovono sotto Browniano. Nota: le particelle non stanno essendo informazioni imaged e strutturali quale forma che è sotto la potenza di risoluzione del microscopio ottico utilizzato.

La distanza che media ogni particella si muove nella x e y nell'immagine è calcolato automaticamente. Da questo valore, il coefficiente di diffusione della particella, Dt, può essere ottenuto e, conoscendo la temperatura T del campione e il η solvente della viscosità, il diametro idrodinamico d della particella identificato. Che il movimento Browniano dimensionale 3 è tenuto la carreggiata soltanto in 2 dimensioni (x e y) è accomodato per mezzo di seguente variazione dell'equazione di Rifornire-Einstein (Equazione 1); dove il KB è la costante di Boltzmann.

Equazione 1:

L'intervallo delle dimensioni delle particelle che possono essere analizzate da NTA dipende dal tipo della particella. Il limite più basso di dimensione è definito dalla dimensione delle particelle e dall'Indice di rifrazione della particella. Per le particelle molto altei della R quale oro colloidale, la determinazione accurata della dimensione può essere raggiunta giù al diametro di 10 nanometro. Per le particelle più basse di Indice di rifrazione, come quelli dell'origine biologica, la più piccola dimensione rilevabile ha potuto soltanto essere fra 25-35 nanometro. Questo limite minimo di dimensione permette, tuttavia, l'analisi della maggior parte dei tipi di virus. I limiti Superiori di dimensione si avvicinano a quando il moto Browniano di una particella è troppo limitato per tenere la carreggiata esattamente, diametro del µm in genere 1-2.

Per permettere ad un numero sufficiente delle particelle di essere analizzato durante un periodo di tempo accettabile (per esempio secondi <60) da cui un profilo statisticamente significativo e riproducibile di distribuzione di dimensione delle particelle può essere ottenuto, i campioni dovrebbero contenere fra 10 e7 10 particelle9 /ml, diluizione di un campione che è richiesto spesso per raggiungere questa concentrazione.

Il vantaggio di potere misurare simultaneamente due parametri indipendenti quali l'intensità di scattering della particella ed il diametro della particella (da comportamento dinamico) può provare il valuable in miscele di risoluzione dei tipi differenti della particella (per esempio distinguere fra le particelle del polimero ed inorganiche dello stesso diametro). Similmente, le piccole differenze nella dimensione delle particelle all'interno di una popolazione possono essere risolte con accuratezza ben più alta che sia raggiunto mediante altre tecniche di scattering dell'indicatore luminoso dell'insieme.

Figura 3. Un tracciato regolare 3D della dimensione contro indicatore luminoso relativo ha sparso il numero dell'intensità vs.particle di una miscela invecchiata di 100 del polistirolo di nanometro 200 e di nanometro microsfere che esibiscono l'aggregazione parziale.

Figura 3 mostra un campione parzialmente di cumulo di una miscela di 100 del polistirolo di nanometro 200 e di nanometro microsfere in cui l'emergenza di un picco che si trova fra le due popolazioni primarie è indicativa dell'inizio dell'aggregazione o della dimerizzazione.

Applicazioni

Malgrado soltanto essere diventato e messo a disposizione dal 2006, NTA sta essendo sempre più applicato in una vasta gamma di applicazioni differenti ed ora sta usando dentro oltre 200 laboratori mondiali (l'ottobre 2009). Ciò che segue descrive alcune delle aree in cui NTA si è applicato ed i risultati è stato riferito.

Sintesi & Aggregazione di Nanoparticella

La produzione delle nanoparticelle tramite ablazione del laser pulsato ha usato NTA (come pure DLS) per determinare la distribuzione di dimensione delle particelle di una serie di studi. In questi, NTA è stato indicato per essere adatto meglio all'analisi dei campioni polidispersi.

In uno studio sulla crescita e sull'aggregazione delle nanoparticelle dell'oro riflesse da assorbimento UV-visibile, TEM (Microscopia Elettronica Di Trasmissione), DLS e NTA, dati da NTA sono stati trovati per correlare con quello ottenuto mediante altre tecniche e Lundahl ha usato il AFM (Microscopia Atomica della Forza) e SEM (Microscopia Elettronica Di Scansione) per seguire la sintesi delle nanoparticelle dell'AG da riduzione del citrato.

NTA è stato usato per confermare il monodispersity delle particelle e dell'aggregazione successiva sull'aggiunta di NaCl. NTA è stato usato con successo per riflettere la distribuzione di dimensione delle particelle e di dimensione delle nanoparticelle dell'ossido di rame nella degradazione organica dell'agente inquinante e delle polveri del nanocomposite del Carburo-Cobalto del tungsteno come nuovi materiali del nanoscale.

I Cambiamenti nella formazione, dispersione e la stabilità di polimeri e nanoparticelle del polycomplex sia nel sistema acquoso che solvente possono essere seguiti in tempo reale facendo uso di NTA ed i risultati confrontati ad altre tecniche dell'incollatura di nanoparticella quali la torbidimetria, DLS e TEM.

Le valutazioni Comparative della tecnica e della di NTA è potenziali poichè un metodo analitico online robusto egualmente è stato discusso ed un numero aumentante di studi hanno confrontato NTA ai metodi convenzionali per l'analisi delle nanoparticelle.

NTA è stato trovato per essere d'accordo bene con i preventivi di SEM della dimensione delle particelle media della dimensione delle particelle del laser delle microemulsioni costituite dai tensioattivi ionici dell'idrocarburo in CO ipercritico2. In uno studio comparativo facendo uso di citometria a flusso, DLS e NTA, Harrison hanno indicato che NTA potrebbe risolvere con successo le distribuzioni trimodal delle particelle di calibratura in cui i dati di DLS hanno provato sensibile agli agenti inquinanti ed all'angolo di misura. Ha trovato che mentre NTA non può analizzare le piastrine che sono troppo grandi, è adatto ad analizzare i chylomicrons e le particelle di VLDL.

In un confronto delle tecniche differenti (AFM, SEM, TEM, microscopia ottica, DLS, NTA, spettroscopia sonora di Raman e spettroscopia di assorbimento) per la caratterizzazione dei compositi nematici nanotube-termotropici del cristallo liquido del carbonio, è stato concluso che NTA, DLS, il AFM e la microscopia ottica erano più adatti. In uno studio sul montaggio delle pellicole sottili del microgel binario, NTA è stato usato per confermare i coefficienti di diffusione della soluzione.

Tossicità & Effetti di Nanoparticella sui Sistemi Biologici

Nello studio sulla tossicità di nanoparticella, NTA ha provato utile in potere determinare il grado a cui le sospensioni delle nanoparticelle sono disperse prima dello studio del loro effetto sui sistemi biologici. Similmente, NTA si è applicato per misurare la distribuzione di dimensione delle particelle dei cumuli di nanoparticella quando studia la generazione del radicale libero dalle nanoparticelle facendo uso del dithiothreitol come indicatore.

DLS e NTA sono stati usati per studiare l'effetto di un media biologico sulla dimensione delle particelle di 60 nanoparticelle dell'oro di nanometro. I Risultati da NTA erano in accordo quelli di DLS nella mostra della dimensione delle particelle media aumentata di 10 nanometro e NTA egualmente ha indicato che la larghezza (multidispersione) della distribuzione era in accordo le misure effettuate mediante altre tecniche.

Similmente, l'effetto sull'aggregazione delle nanoparticelle del biossido di titanio mediante i media acquatici naturali è stato studiato facendo uso di DLS e di NTA. NTA è stato trovato per generare i dati più accurati dai tipi polydispersed del campione sebbene i risultati dipendessero dalle circostanze sperimentali.

Nello studio dei detriti di usura dall'innesto e dalle protesi del metallo-su-metallo, NTA è stato usato per mostrare, per la prima volta, che le concentrazioni significativamente più alte um di particelle <0.5 erano presente mentre un altro gruppo ha indicato che i rivestimenti hanno progettato per diminuire dell'usura prevista sulle superfici della protesi può essere nociva in determinata circostanza.

Poichè NTA è capace simultaneamente di tenere la carreggiata le particelle su base individuale, più di un parametro può essere misurato per ogni particella.

Mentre l'attività dinamica di moto Browniano è analizzata per determinare la dimensione delle particelle, è possibile misurare simultaneamente l'intensità relativa e media di indicatore luminoso sparsa da ogni particella. Ciò permette che le simili particelle graduate delle particelle differenti di Indice di rifrazione siano discriminate. Di Conseguenza, la capacità di NTA di tracciare la dimensione delle particelle in funzione dell'Indice di rifrazione è stata usata di dimostrare il preparato dei nanorods metallizzati ben definiti (TMV) del virus del mosaico del tabacco negli alti rendimenti e con i rivestimenti costanti.

Consegna & Nanoencapsulation della Droga

NTA è stato usato per analizzare passa le scale cronologiche di 1 ora nei preparati filtrati dei nanocapsules in cui era stata incorporata una droga del substrato della P-Glicoproteina (PGP), tacrolimo, come modulo novello di una formulazione a doppio foglio della versione controllata.

È stato indicato che NTA può distinguere fra due tipi di nanoparticelle del tiolo in una miscela, una di cui è stata trovata per avere enzimi intrappolati della ß-galattosidasi ed era corrispondentemente molto più grande nella dimensione (diametro di 300 nanometro) che le più piccole particelle quale non ha contenuto enzima (identificato similmente come essendo diametro di 150 nanometro come misurato da NTA e dalla Spettroscopia di Correlazione del Fotone). La natura bimodale della miscela identificata da NTA è stata confermata da microscopia elettronica di scansione della pistola dell'emissione di campo (FEGSEM) e che ha permesso che l'applicazione di una tecnica di punto della separazione di gradiente del saccarosio separasse i due tipi della particella.

La Riuscita separazione è stata confermata sia da NTA che l'analisi colorimetrica che mostra NTA potrebbe essere utilizzata direttamente nell'ottimizzazione dell'isolamento di queste miscele complesse della particella per l'applicazione possibile successiva in una vasta gamma di trattamenti e di unità quale richiedono le superfici functionalised catalitiche, quali i biosensori ed i reattori biocatalitici.

In uno studio sull'effetto di aumento della lunghezza a catena sopra C-18 e di variazione del livello dell'ossidazione in N4 sintetizzato, le spermine di N9-diacyl sulla formulazione NTA del siRNA e del DNA e sulla fluorescenza del bromuro di etidio che estigue sono state usate per determinare le capacità di questi composti novelli di condensare il DNA e di formare le nanoparticelle.

La Riuscita caratterizzazione mediante queste tecniche ha identificato il pEGFP e formulazione e la consegna efficienti del siRNA alle linee cellulari primarie del cancro e dell'interfaccia. Similmente, un'analisi di intercalare di RiboGreen ed incollatura della particella di NTA sono state usate per determinare l'effetto in sequenza di cambiamento la lunghezza a catena, il livello dell'ossidazione e della distribuzione della carica in N4, in N9-diacyl e in N4, spermine di N9-dialkyl sulla loro capacità di legare a siRNA e di formare le nanoparticelle.

In altri coniugati anticancro di studio e antiangiogenic bispecific di polimero-alendronate-taxano che sono diventati per mirare alle metastasi dell'osso sono stati confermati come essendo 95 nanometro medi come graduato da NTA.

Produzione Vaccino

Un confronto tra le tecniche analitiche emergenti e per caratterizzare un vaccino virale di nanometro del diametro 40 per sia le applicazioni di produzione che della ricerca recentemente è stato effettuato in cui NTA è stato paragonato alle tecniche stabilite quale TEM (Microscopio Elettronico Della Trasmissione), DLS (Scattering Leggero Dinamico), lo Scattering Leggero Statico, l'Esclusione di Dimensione - Multi Scattering dell'Indicatore Luminoso di Angolo (SEC-MALS), Flusso Asimmetrico - (Frazionamento di Flusso di Campo congiuntamente a SLS ed Ultra a Centrifugazione Analitica).

Mentre ogni tecnica è stata considerata di avere sia concentrazioni che le debolezze come metodi analitici in questa applicazione (si veda la Tabella 1 qui sotto) soltanto NTA sono state indicate per essere accurate sia ai tipi del campione di standard che di alta concentrazione di riferimento che danno un diametro primario della particella di 40 nanometro per ciascuno, mentre DLS e SEC-MALS (le sole due tecniche capaci di lavoro ad entrambe le concentrazioni) hanno dato a 42 il nanometro e a 68 nanometro (SEC-MALS) e a 56 nanometro e a 66 il nanometro (DLS) per la particella del virus di 40 nanometro.

Confronto della Tabella 1. NTA alle metodologie tradizionali per la caratterizzazione della particella.

Tecnica

Concentrazioni

Debolezze

TEM

Visualizzazione del virus

Alti costi

Procedura Complessa del preparato del campione

Scattering Leggero Dinamico (DLS)

Capacità di lavorazione risultato alta Veloce del campione

Campione Diretto misura-nessuna diluizione sulla colonna

Valutazione di dati Complessi

Non un metodo quantitativo

Povero per il campione complesso e polidisperso
tipi (per esempio molti tipi biologici del campione)

Scattering Leggero Statico (SLS)

Metodo-qualifiable Approvato e affidabile

Preparato Minimo del campione necessario

Analisi dei campioni bassi di concentrazione

Costi Medi, operatori formati, livello
livello di manutenzione dell'attrezzatura

Campione diluito nella fase mobile

Interazione Possibile fra la fase stazionaria ed il campione

Flusso Asimmetrico del Campo
Frazionamento

Nessun'interazione fra la fase stazionaria della colonna ed il campione

Analisi dei campioni bassi di concentrazione

Costi Medi, operatori formati, alto livello di manutenzione dell'attrezzatura

Campione diluito nella fase mobile

Ultra Centrifugazione Analitica

Di alta risoluzione

Peso molecolare indigeno Accurato per supportare così i metodi di SEC molto utili per le proteine

Alto costo

Preperation del campione & valutazione Complessi di dati

Capacità di lavorazione Bassa del campione

NTA

Bassi costi - di facile impiego

Risultati Veloci - alta capacità di lavorazione del campione

Analisi di concentrazione bassa campione-piccolo volume di campione

Diluizione del Campione necessaria

Nuovo metodo - esperienza limitata da contare sopra

Le Figure 2a e 2b mostrano due diluzioni del campione, Figura 2a che è il più campione diluito quale contengono di conseguenza una concentrazione più bassa di cumuli. La Figura 2b mostra il campione di più alta concentrazione in cui i numeri corrispondentemente più alti dei cumuli possono essere chiaramente distinti ma in cui non pregiudichi l'accuratezza dell'analisi della particella primaria di 40 nanometro.

Noti egualmente il disgaggio dell'asse y che dà le concentrazioni differenti della particella (più su per il campione b) che mostra la particella significativa che conta vantaggio di NTA sopra DLS quale non può generare tali dati. Egualmente sono indicati i diagrammi troppo piccoli cumulativi per ogni distribuzione.

Figura 2a. Concentrazione Bassa di preparato del virus di 40 nanometro

Figura 2b. L'Più Alta concentrazione dello stesso materiale che mostra la presenza di cumuli ed abbassa le concentrazioni primarie della particella

Un esempio ulteriore dell'insensibilità di NTA alla presenza di cumuli in un campione è indicato chiaramente nel seguente esempio. Un Altro campione del virus descritto precedentemente è stato misurato da NTA al diametro di 45 nanometro (Figura 3a).

Tuttavia, dopo agitazione dello stesso campione dall'agitazione semplice per alcuni secondi, la resistenza di taglio è stata veduta per avere aggregazione indotta nel campione del virus (Figura 3b).

Figura 3a. Dimensione delle Particelle/Concentrazione

Figura 3b. Dimensione delle Particelle/Concentrazione

Il profilo di distribuzione di dimensione delle Particelle di un campione a del virus) prima e b) dopo la resistenza di taglio ha indotto l'aggregazione. Noti il cambiamento in disgaggio delle manifestazioni verticali normalizzate di asse un calo nella concentrazione di particelle sull'aggregazione (da approssimativamente 80x10^6 particles/ml ad approssimativamente 50x10^6 particles/ml). Tali informazioni sono non disponibili ad altre tecniche di scattering dell'indicatore luminoso dell'insieme quale DLS.

Conclusione

NTA è una tecnica diretta e veloce da cui le nanoparticelle nel loro stato solvatato naturale in un liquido possono essere individuate, graduate e contate rapido. Mentre limitato alle particelle di 10-20nm e sopra ed agli intervalli di concentrazione fra 107 - 109 particelle per ml, capacità di visualizzare ed analizzare simultaneamente le nanoparticelle su base individuale tiene conto molta risoluzione migliore dei tipi polidispersi e/o eterogenei del campione.

La tecnica può essere usata per complementare le tecniche attuali per l'incollatura delle nanoparticelle (per esempio DLS, PCS) permettenti i dati ottenuti da questi metodi da convalidare tramite le osservazioni microscopiche dirette del campione. La pagina qui sopra della Tabella 2 riassume le applicazioni e campiona i tipi a cui NTA si è applicato fin qui.

Questi informazioni sono state originarie, esaminate ed adattate dai materiali forniti da NanoSight.

Per più informazioni visualizzi prego NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:42

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