Nanoparticle の研究の Nanoparticle の追跡の (NTA)分析のアプリケーション

AZoNano 著

カバーされるトピック

導入
方法
アプリケーション
Nanoparticle の統合及び集合
生物系に対する Nanoparticle の毒性及び効果
薬剤の配達及び Nanoencapsulation
ワクチン接種の生産
結論

導入

ますます広い応用範囲の nanoscale の粒子のサイズの正確な推定値を、サイズ分布および集中得る高まる重要性にもかかわらず、そのような情報 (例えば電子顕微鏡検査および光散乱) を得るための既存の技術は構成で異質であるか、どれがまたは粒度の範囲を含んでいるかどれがサンプルで、特に解読すること、例えばです多分散系困難な時間のかかるおよび複合体および結果証明できます。

Nanoparticle の追跡の分析は (NTA)液体の nanoparticles の直接およびリアルタイムの視覚化そして分析のための新開発方法です。 レーザーによって照らされる顕微鏡的な技術に基づいて、 nanoparticles のブラウン運動は CCD のカメラ、各粒子によってリアルタイムに専用粒子追跡のイメージ分析プログラムによって同時別に視覚化し、追跡されて分析されます。

各粒子が別に視覚化され、分析されるので、粒度および粒度分布の生じる推定値は重くされる強度このサイズの政体、例えばダイナミックな光散乱か、または光子の相関関係の分光学の確立した方法の粒度の慣習的なアンサンブル方法で正常である z 平均分布であることの限定 (DLS)に苦しみません (PCS)。

NTA の機能は同時に強度を分散させる粒度および粒子を測定する異質粒子の混合物が解決されるようにし、重大に、粒子の集中は直接推定することができます - NTA によって得られる粒度分布のプロフィールは直接番号/度数分布です。

方法

精巧に集中されての 635 nm のレーザ光線ビームはそれの上に置かれる平たい箱と液体層間のインターフェイスで屈折すること R.i. がそのような物であるプリズム研がれたオプチカルフラットを通して渡されます。

屈折、液体のフィルムで現在の nanoparticles がずっと働く間隔によって容易に視覚化することができる控えめで、強い照明領域 x20 拡大の顕微鏡の目的へのビーム圧縮機械が原因で別の方法で慣習的な顕微鏡 (図 1a) に合います。 、 30 の fps で動作する CCD のカメラが A.c. の台紙に取付けられてビデオ視野およそ 100 um x 80 を捕獲するのに um 使用されています。

図 1a。 NanoSight のレーザーの照明のモジュール

 

図 1b。 Windows を通してビームを見るレーザ光線の光学経路をおよび検出の目的を示す設計図

分散ボリュームの粒子はブラウン運動の下の急速に見られた移動です。 NTA プログラムは同時にビデオ (普通 900 のフレームか 30 秒) の長さ全体のフレームによフレームの基礎の各粒子の中心を識別し、追跡します。

NTA のイメージ分析プログラムによって追跡されるように複数のフレームを引き継いだ弾道および図は 2 2 つのそのような粒子の拡大された画像を示します。

図 2。 ブラウンの下で移動する粒子の典型的なトラックの拡大された画像。 注: 粒子は使用される光学顕微鏡の解像力の下である形のような視覚化された、構造的情報ではないです。

各粒子が x で移動するおよび画像の y は自動的に計算されます平均間隔。 この値から、粒子の拡散係数、 D はt、得、サンプル温度 T、および支払能力がある粘着性のη、識別される粒子の流体力学の直径 d を知っています。 3 次元のブラウン動きは 2 つの次元でだけ追跡されること (x および y) かき立て Einstein の同等化 (同等化 1) の次の変化を使用して取り扱われます; K がボルツマンのB 定数であるところ。

同等化 1:

NTA によって分析することができる粒度の範囲は粒子のタイプによって決まります。 より低いサイズの限界は粒度および粒子 R.i. によって定義されます。 コロイド金のような非常にi 高い R の粒子のために、サイズの正確な決定を 10 nm の直径に達成することができます。 生物的起源のそれらのようなより低い R.i. の粒子のために、最も小さく探索可能なサイズは 25-35 nm の間にあるただかもしれません。 しかしこの最小のサイズの限界はほとんどのタイプのウイルスの分析を可能にします。 上部のサイズの限界は直径粒子のブラウン運動が正確に追跡するには余りにも限られるようになるとき普通 1-2 µm の近づかれます。

粒子の十分な番号が受諾可能な期限 (例えば <60 秒) 分析されることを可能にするためには統計的に有意義で、再生可能な粒度分布のプロフィールが得る以内にことができるサンプルは 10 そして 10 の粒子 /ml7 のこの9 集中を達成するために頻繁に必要となるサンプルの希薄の間で含むべきです。

同時に強度および粒子の直径を分散させる粒子のような 2 つの独立したパラメータを測定できることの利点は (動的挙動から) 異なった粒子のタイプ (同じ直径の無機およびポリマー粒子の間の例えば区別) の解決の混合物の貴重品を証明できます。 同様に、人口内の粒度の小さい相違は遠い高精度と他のアンサンブルの光散乱の技術によって達成されなさいより解決することができます。

図 3。 サイズの滑らかにされた 3D プロットは対相対的なライト部分的な集合を表わす 100 つの nm および 200 の nm のポリスチレンの microspheres の老化させた混合物の強度 vs.particle 番号を分散させました。

図 3 は 2 人の一次人口の間にあるピークの出現が集合または二量化の手始めを表している 100 つの nm および 200 の nm のポリスチレンの microspheres の混合物の部分的に集約のサンプルを示します。

アプリケーション

ただ成長し、にもかかわらずされること 2006 年以来使用できるように、 NTA は異なったアプリケーションの広い範囲でますます応用でして、世界的な 200 の実験室に今使用されています (2009 年 10 月現在で)。 次は NTA が適用され、結果が報告された領域の一部を記述します。

Nanoparticle の統合及び集合

脈打ったレーザーの切除による nanoparticles の生産はいくつかの調査の粒度分布を定めるのに NTA (、また DLS を) 使用しました。 これらでは、 NTA は多分散系のサンプルの分析に適するために示されていました。

紫外線目に見える吸収によって監察された金の nanoparticles の成長そして集合の調査では TEM (透過型電子顕微鏡)、 DLS および NTA の NTA からのデータは他の技術によって得られたそれに関連すると見つけられ、 Lundahl はクエン酸塩の減少によって Ag の nanoparticles の統合に続くのに AFM (原子力の顕微鏡検査) および SEM (スキャンの電子顕微鏡検査) を使用しました。

NTA が NaCl の付加の粒子そしてそれに続く集合の monodispersity を確認するのに使用されました。 NTA が正常に新しい nanoscale 材料として有機性汚染物質の劣化の銅酸化物の nanoparticles およびタングステンの炭化物コバルトの nanocomposite の粉のサイズおよび粒度分布を監察するのに使用されていました。

ポリマーの形成の変更は、分散および安定性および濁度測定、 DLS および TEM NTA を使用してのような他の nanoparticle のサイジングの技術と比較されるリアルタイムの水様および支払能力があるシステムの polycomplex の nanoparticles および結果続くことができます。

NTA の技術およびそれの比較査定は強いオンライン分析的な方法がまた論議された調査の増加する番号が nanoparticles の分析のための従来の方法と NTA を比較したので潜在的であり。

NTA は臨界超過 CO. のイオンの炭化水素の界面活性剤によって形作られた microemulsions のレーザーの粒度の平均粒度の SEM の推定値とよく一致すると見つけられました。2 流れ cytometry を使用して比較研究では、 NTA が正常に DLS データが汚染物および測定の角度に敏感証明した口径測定の粒子の trimodal 分布を解決できることを DLS および NTA、ハリスンは示しました。 彼は NTA が余りに大きい血小板を分析できない間、それは chylomicrons および VLDL の粒子を分析するために適していることが分りました。

カーボン nanotube thermotropic ネマチック状の液晶の合成物を特徴付けるための異なった技術 (AFM、 SEM、 TEM、光学顕微鏡検査、 DLS、 NTA、ラマン共鳴分光学および吸光光度法 NTA、 DLS、 AFM および光学顕微鏡検査が最も適していたことが) の比較では、完了されました。 二進 microgel の薄膜のアセンブリの調査では解決の拡散係数を確認するのに、 NTA が使用されました。

生物系に対する Nanoparticle の毒性及び効果

nanoparticle の毒性の調査では、 NTA は nanoparticles の中断が生物系に対する効果を調査する前に分散する程度を定められますに有用証明しました。 同様に、 NTA は nanoparticles によって遊離基の生成を表示器として dithiothreitol を使用して調査するとき nanoparticle の総計の粒度分布を測定するために適用されました。

DLS がおよび NTA は 60 の nm の金の nanoparticles の粒度に対する生物的媒体の効果を調査するのに使用されました。 NTA からの結果は 10 nm 増加した中間の粒度の提示の DLS のそれらに一致してあり、分布の幅 (polydispersity) が他の技術によってなされた測定に一致してあったことを NTA はまた示しました。

同様に、自然な水生媒体による二酸化チタンの nanoparticles の集合に対する効果は DLS および NTA を使用して調査されました。 NTA は結果が実験条件によって決まったけれども polydispersed サンプルタイプからのより正確なデータを生成すると見つけられました。

金属金属のインプラントおよび語頭音添加からの摩耗の残骸の調査では、コーティングは減るように設計したことを他のグループが示す間、語頭音添加の表面の期待された摩耗がある特定の状況の下で有害である場合もあるあったより <0.5 um 粒子のかなり高い濃度があったこと、はじめて示すのに使用されました NTA が。

NTA が同時に粒子を個別に追跡することができるので、複数のパラメータは各粒子のために測定することができます。

粒度を定めるためにダイナミックなブラウン運動の作業は分析される間、同時に各粒子から分散するライトの相対的な、平均強度を測定することは可能です。 これは異なった R.i. の粒子の同じような大きさで分類された粒子が区別されるようにします。 したがって、 R.i. の機能として粒度を計画する NTA の能力は高い収穫のそして均一コーティングが付いている明示されている金属で処理された (TMV)タバコモザイク病ウイルスの nanorods の準備を示す使用されました。

薬剤の配達及び Nanoencapsulation

P 糖蛋白質 (P-gp) の基板の薬剤、 tacrolimus が二重上塗を施してある制御されたリリース公式の新しい形式として、組み込まれた nanocapsules のフィルタに掛けられた準備で NTA が 1 時間のタイムスケール上の変更を分析するのに使用されていました。

酵素を含んでいなかったかどれが NTA が 2 つのタイプの混合物のチオールの nanoparticles の間で区別できることそのうちの一つ見つけ、わなに掛けられた ß ガラクトシダーゼの酵素があることを相応じて小粒子より大いにより大きく (300 nm の直径) 示され (同様に識別される 150 nm の直径 NTA および光子の相関関係の分光学によって測定されるですとして)。 NTA によって識別されたフィールド放出銃のスキャンの電子顕微鏡検査によって混合物の二頂性質は確認され、 (FEGSEM)サッカロースの勾配の分離のステップ技術のアプリケーションが 2 つの粒子のタイプを分けるようにしました。

正常な分離は NTA 両方によって確認され、 NTA を示す比色試金はバイオセンサーおよび biocatalytic リアクターのようなプロセスそして装置の広い範囲のそれに続く可能なアプリケーションのためにこれらの複雑な粒子の混合物の隔離の最適化でできます直接使用触媒作用の functionalised 表面を必要とするかどれが。

C-18 上のチェーン長さを増加し、 DNA および siRNA の公式 NTA および癒やす臭化エチジウムの蛍光性に対する総合された N4 の酸化レベルをこれらの新しい混合物の機能を定めるのに DNA を凝縮させ、 nanoparticles を形作る変える効果の調査では、 N9-diacyl のスペルミンが使用されました。

これらの技術による正常な性格描写は一次皮および癌細胞ラインに効率的な pEGFP および siRNA 公式および配達識別しました。 同様に、 RiboGreen の置閏の試金がおよび NTA の粒子はサイジング次々に N4、 N9-diacyl および N4 の siRNA に結合し、 nanoparticles を形作る機能の N9 Dialkyl スペルミンのチェーン長さ、酸化レベルおよび料金分布を変更する効果を定めるのに使用されました。

骨の転移を目標とするために成長する別の調査の bispecific 抗癌性および antiangiogenic ポリマーalendronate taxane 共役で確認され NTA によって大きさで分類されるように中間 95 nm ですとして。

ワクチン接種の生産

NTA が TEM (伝達電子顕微鏡) のようなより確立された技術と、 DLS (ダイナミックな光散乱)、静的な光散乱のサイズの排除 - マルチ角度の光散乱 (SEC-MALS)、非対称的な流れ比較された製品アプリケーション両方特徴付ける出現の解析技法の比較は最近遂行されてしまいましたおよび研究のための 40 直径 nm ウイルスワクチンを - (SLS および分析的な超遠心分離と組み合わせたフィールド流れ分別)。

各技術は強さが両方あると考慮されるおよびこのアプリケーション DLS および SEC-MALS (両方の集中で働くことができる唯一の 2 つの技術) が 42 nm をおよび 68 nm (SEC-MALS) および 56 nm および 40 nm のウイルスの粒子のための 66 nm (DLS) に与えた一方 (下の表 1 を見て下さい) NTA だけの分析的な方法として弱さがそれぞれのための 40 nm の一次粒子の直径を与える参照標準および高い濃度のサンプルタイプ両方で正確であるために示されていた間。

粒子の性格描写のための従来の方法への表 1. NTA の比較。

技術

強さ

弱さ

TEM

ウイルスの視覚化

高い費用

複雑なサンプル準備プロシージャ

ダイナミックな光散乱 (DLS)

速い結果の高さのサンプルスループット

直接サンプルコラムの測定希薄

複素数データの評価

ない量的な方法

複雑な、多分散系のサンプルのための貧乏人
タイプ (例えば多くの生物的サンプルタイプ)

静的な光散乱 (SLS)

公認、信頼できる方法 qualifiable

必要な最小のサンプル準備

低い集中のサンプルの分析

中型の費用、トレインされたオペレータ、最高
設備保全の標準

移動相に薄くなるサンプル

静止した段階とサンプル間の可能な相互作用

非対称的なフィールド流れ
分別

コラムの静止した段階とサンプル間の相互作用無し

低い集中のサンプルの分析

中型の費用、トレインされたオペレータ、設備保全の高水準

移動相に薄くなるサンプル

分析的な超遠心分離

高リゾリューション

蛋白質のために有用な SEC 方法をこうしてサポートする正確なネイティブ分子量非常に

高い費用

複雑なサンプル preperation 及びデータ評価

低いサンプルスループット

NTA

使いやすい低価格 -

速い結果 - 高いサンプルスループット

低い集中の分析サンプル小さいサンプルボリューム

必要なサンプル希薄

新しい方法 - 頼る限られた経験

それに応じて総計のより低い集中を含んでいるかどれが図 2a および 2b はサンプル、多くである図 2a 希薄なサンプルの 2 希薄を示します。 図 2b は相応じて高頻度の総計がはっきり顕著である場合もあるが、どれに一次 40 nm の粒子の分析の正確さに影響を与えてはいけない高い濃度のサンプルを示します。

そのようなデータを生成できないかどれが異なった粒子の集中を与える y軸のスケールにまた注意して下さい (より高く数える重要な粒子を示すサンプル b) のために DLS 上の NTA の利点を。 また各分布のための累積小型のプロットは示されています。

図 2a。 40 nm のウイルスの準備の低い集中

図 2b。 総計の存在を示す同じ材料の高い濃度は一次粒子の集中を下げ、

サンプルの総計の存在への NTA の無感応のそれ以上の例は次の例ではっきり示されています。 上で記述されている 45 nm の直径 (図 3a) の NTA によってウイルスの別のサンプルは測定されました。

ただし、数秒間簡単な動揺による同じサンプルの撹拌の後でウイルスのサンプル (図 3b) の誘導された集合があるために、剪断応力は見られました。

図 3a。 粒度/集中

図 3b。 粒度/集中

剪断応力の後の前にウイルスのサンプル a) の粒度分布のプロフィールは b) 集合を誘導し。 正規化された縦の軸線ショーのスケールの変更に集合の粒子の集中の低下注意して下さい (およそ 80x10^6 particles/ml からおよそ 50x10^6 particles/ml への)。 そのような情報は DLS のような他のアンサンブルの光散乱の技術に利用できないです。

結論

NTA は液体の自然な solvated 状態の nanoparticles が急速に検出され、大きさで分類され、数えることができる直接および速い技術です。 10-20nm の、そしてそして 10 間の集中範囲の上のへの粒子に限定されている間7 - ml9 、同時に nanoparticles を視覚化し、分析する機能ごとの 10 の粒子は多分散系および/または異質サンプルタイプの多くの改善された解像度を個別に可能にします。

技術がサンプルの直接顕微鏡的な観察が認可されるこれらの方法から得られるデータを可能にする nanoparticles (例えば DLS、 PCS) のサイジングのための既存の技術を補足するのに使用することができます。 表 2 の上のページはアプリケーションを要約し、 NTA が今までに適用されたタイプを見本抽出します。

この情報は NanoSight によって提供される材料から供給され、見直され、そして適応させて。

より多くの情報のために NanoSight を訪問して下さい。

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

Last Update: 7. March 2013 10:42

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit