Nanoparticle 연구에 있는 Nanoparticle 추적 (NTA) 분석의 응용

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소개
방법론
응용
Nanoparticle 종합 & 집단
생물 체계에 대한 Nanoparticle 독성 & 효력
약 납품 & Nanoencapsulation
백신 생산
결론

소개

점점 넓은 채용 범위에 있는 nanoscale 입자의 규모의 정확한 예측, 크기 분포 및 사격량 장악의 증대하는 중요성에도 불구하고, 그 같은 정보 (예를들면 전자 현미경 검사법과 가벼운 뿌리기) 장악을 위한 기존 기술은 구성에서 이질적인 어느 것이 입자 크기의 범위를 포함하는지 어느 것이 견본에서, 특히 해석하게, 예를들면 입니다 다분산 어려운 시간이 걸리는 및 복합물 및 결과 증명할 수 있습니다.

Nanoparticle 추적 분석은 (NTA) 액체에 있는 nanoparticles의 직접과 실시간 구상 그리고 분석을 위한 새로 개발한 방법입니다. 레이저에 의하여 분명히된 현미경 기술에 바탕을 두어, nanoparticles의 브라운 운동은 CCD 사진기, 각 입자에 의해 즉시에서 전용 입자 자취 심상 분석 프로그램에 의해 동시에 그러나 따로따로 구상하고 추적해 분석됩니다.

각 입자가 따로따로 구상되고기 분석되기 때문에, 입자 크기와 입자 크기 배급의 유래 예측은 무겁게 한 강렬, 이 규모 정권, 예를들면 동적인 가벼운 뿌리거나 광양자 상호 관계 분광학의 기초가 튼튼한 방법에 있는 입자 크기의 전통적인 종합적 효과 방법에서 일반적인 z 평균 배급인의 제한 (DLS) 때문에 손해를 입지 않습니다 (PCS).

동시에 강렬을 뿌리는 입자 크기와 입자를 측정하는 NTA의 기능은 이질적인 입자 혼합물이 해결되는 것을 허용하고, 중요하게, 입자 사격량은 직접 추정될 수 있습니다 - NTA에 의해 장악된 입자 크기 배급 단면도는 직접 수/주파수 배급입니다.

방법론

정밀하게 집중시켜 의 635 nm 레이저 광선 光速는 그것의 위 둔 평지와 액체 층 사이 공용영역에 굴절시키다 R.i.가 그 같은인 프리즘 예리하게 된 광학 평지를 통해서 통과됩니다.

굴절, 액체 필름에서 존재하는 nanoparticles가 길 일 거리를 통해 쉽게 구상될 수 있는 저프로파일, 강렬한 조명 지구, x20 확대 현미경 목적에 光速 컴퓨레스 때문에 다르게 전통적인 현미경 (숫자 1a)에 적합합니다. , 초당 프레임 30의에 작동하는 CCD 사진기는 A.c. 마운트에 거치해, um 영상 시계 대략 100 um x 80를 붙잡기 위하여 이용됩니다.

숫자 1a. NanoSight의 레이저 조명 모듈

 

숫자 1b. Windows를 통해서 光速를 전망하는 레이저 광선의 광학적인 경로를 및 탐지 목적을 보여주는 개략도.

뿌리 양에 있는 입자는 브라운 운동의 밑에 급속하게 보인 움직이는입니다. NTA 프로그램은 동시에 영상 (전형적으로 900의 프레임 또는 30 초)의 길이를 통하여 프레임 에 의하여 프레임 기초에 각 입자의 센터를 확인하고 추적하습니다.

NTA 심상 분석 프로그램에 의해 추적되는 것과 같이 몇몇 프레임을 인수한 탄도 및 숫자 는 2 2개의 그 같은 입자의 확대한 심상을 보여줍니다.

숫자 2. Brownian의 밑에 움직이는 입자의 전형적인 대위의 확대된 심상. 주: 입자는 imaged 이지 않으며습니다, 사용된 광학적인 현미경의 분해능의 밑에 있는 모양과 같은 구조상 정보.

각 입자가 x에서 평균 거리 심상에 있는 y는 자동적으로 산출되고. 이 가치에서, 입자 유포 계수, D는t, 장악되골, 견본 온도 T, 및 용해력이 있는 점성 η, 확인된 입자 유체역학 직경 d를 알고 있. 3 차원 브라운 운동은 2개 차원에서서만 추적되다 (x와 y) 불을 때 아인슈타인 방정식 (방정식 1)의 뒤에 오는 변이 이용해서 수용됩니다; K가 볼츠맨의B 불변의 것인 곳에.

방정식 1:

NTA에 의해 분석될 수 있는 입자 크기의 범위는 입자 모형에 달려 있습니다. 더 낮은 규모 한계는 입자 크기 및 입자 R.i.에 의해 정의됩니다. 콜로이드 금과 같은 아주i 높은 R 입자를 위해 규모의 정확한 결심은 10 nm 직경에 아래로 달성될 수 있습니다. 생물학 기점의 그들과 같은 더 낮은 R.i. 입자를 위해 가장 작은 탐지가능한 규모는 25-35 nm 사이에서서만 있을지도 모릅니다. 이 최소한도 규모 한계는, 그러나, 바이러스의 대부분의 모형의 분석을 허용합니다. 위 규모 한계는 직경 입자의 브라운 운동이 정확하게 추적하기 에는 너무 한정되게 될 때, 전형적으로 1-2 µm 접근됩니다.

입자의 충분한 수를 수용 가능한 기한 (예를들면 <60 초) 분석되는 가능하게 하기 위하여는 통계적으로 의미심장하고 재생 가능한 입자 크기 배급 단면도가 장악될 이내에 수 있는, 견본은 10 그리고 10 입자 /ml7 의 이9 사격량을 달성할 것을 수시로 요구되는 견본의 희석 사이에서 포함해야 합니다.

동시에 강렬과 입자 직경을 뿌리는 입자와 같은 2개의 독립적인 매개변수를 측정할 수 있는의 이득은 (동적 행동에서) 다른 입자 모형 (동일 직경의 무기와 중합체 입자 사이에서 예를들면 구별)의 해결 혼합물에 있는 귀중품을 증명할 수 있습니다. 유사하게, 인구 내의 입자 크기 작은 다름은 멀리 고정확도로 그밖 종합적 효과 가벼운 뿌리 기술로 달성되십시오 보다는 해결될 수 있습니다.

숫자 3. 규모의 반반하게 한 3D 작의는 대 상대적인 빛 부분적인 집단을 전시하는 100개 nm와 200 nm 폴리스티렌 마이크로스피어의 나이 든 혼합물의 강렬 vs.particle 수를 뿌렸습니다.

숫자 3은 2명의 1 차적인 인구 사이에서 속이는 첨단의 출현이 집단 이합체화의 개시를 표시하는 100개 nm와 200 nm 폴리스티렌 마이크로스피어의 혼합물의 부분적으로 모이는 견본을 보여줍니다.

응용

단지 발전되고에도 불구하고 이용할 수 있게 하는 2006년부터, NTA는 다른 응용의 광범위에서 점점 적용되고 그리고 지금 세계 200의 실험실 상공에 안으로 사용되고 있습니다 (2009년 10월 현재로). 뒤에 오는 것 NTA가 적용되고 결과가 보고된 몇몇을의 지역 기술합니다.

Nanoparticle 종합 & 집단

맥박이 뛴 레이저 제거에 의하여 nanoparticles의 생산은 NTA (뿐 아니라 다수 연구 결과에 있는 입자 크기 배급을 결정하기 위하여 DLS를) 이용했습니다. 이들에서는, NTA는 다분산 견본의 분석에 더 적합하기 위하여 보였습니다.

UV 눈에 보이는 흡수에 의해 감시된 금 nanoparticles의 성장 그리고 집단의 연구 결과에서는, TEM (전송 전자 현미경 검사법), DLS 및 NTA 의 NTA에서 데이터는 그밖 기술로 장악된 그것과 상관하기 위하여 찾아내고 Lundahl는 AFM (원자 군대 현미경 검사법)와 구연산염 감소를 거쳐 Ag nanoparticles의 종합을 따르기 위하여 SEM (스캐닝 전자 현미경 검사법)를 이용했습니다.

NTA는 NaCl의 추가에 입자 그리고 연속적인 집단의 monodispersity를 확인하기 위하여 이용되었습니다. NTA는 성공적으로 새로운 nanoscale 물자로 유기 오염물질 강직에 있는 산화구리 nanoparticles 및 텅스텐 탄화물 코발트 nanocomposite 분말의 규모와 입자 크기 배급을 감시하기 위하여 이용되었습니다.

중합체의 대형에 있는 변경은, 분산 및 안정성 및 즉시에서 수성기도 하고 용매계에 있는 polycomplex nanoparticles와 탁도 측정 DLS 및 TEM NTA를 사용하여와 같은 그밖 nanoparticle 정립 기술과 비교된 결과 지켜질 수 있습니다.

NTA 기술 및 그것의 비교 평가는과 연구 결과의 증가 수가 nanoparticles의 분석을 위한 재래적방법에 NTA를 비교했는 강력한 온라인 분석적인 방법이 또한 토론되기 때문에 잠재적입니다.

NTA는 임계초과 CO.에 있는 이오니아 탄화수소 계면활성제에 의해 형성된 microemulsions의 레이저 입자 크기의 평균 입자 크기의 SEM 예측과 잘 일치하기 위하여 찾아냈습니다.2 교류 cytometry를 사용하여 비교 연구 결과에서는, NTA가 성공적으로 DLS 데이터가 오염물질과 측정 각에 과민했던 증명한 구경측정 입자의 trimodal 배급을 해결할 수 있었다는 것을 DLS와 NTA, 해리슨은 보여주었습니다. 그는 NTA가 너무 큰 혈소판을 분석하는 수 없는 하는 동안, chylomicrons와 VLDL 입자 분석을 위해 적당하다는 것을 것을을 발견했습니다.

탄소 nanotube thermotropic 네마틱 액정 합성물을 성격을 나타내기를 위한 다른 기술 (AFM, SEM, TEM, 광학적인 현미경 검사법, DLS, NTA, 라만 울리는 분광학 및 흡수 분광법 NTA, DLS, AFM 및 광학적인 현미경 검사법이 가장 다는 것은)의 비교에서는, 종결되었습니다. 이원 microgel 박막의 집합의 연구 결과에서는, NTA는 해결책 유포 계수를 확인하기 위하여 이용되었습니다.

생물 체계에 대한 Nanoparticle 독성 & 효력

nanoparticle 독성의 연구 결과에서는, NTA는 nanoparticles의 현탁액이 생물 체계에 대한 그들의 효력을 공부하기 이전에 이산되는 정도를 결정할 수 있는에 유용했던 증명했습니다. 유사하게, NTA는 nanoparticles에 의해 유리기 발생을 표시기로 dithiothreitol를 사용하여 조사할 때 nanoparticle 골재의 입자 크기 배급을 측정하기 위하여 적용되었습니다.

DLS와 NTA는 60 nm 금 nanoparticles의 입자 크기에 대한 생물학 매체의 효력을 조사하기 위하여 이용되었습니다. NTA에서 결과는 10 nm 씩 증가시킨 비열한 입자 크기를 보여주기에 있는 DLS의 그들과 일치하여 이고 배급의 폭 (polydispersity)가 그밖 기술로 한 측정과 일치하여 이었다는 것을 NTA는 또한 보여주었습니다.

유사하게, 자연적인 물 매체에 의하여 이산화티탄 nanoparticles의 집단에 대한 효력은 DLS와 NTA를 사용하여 공부되었습니다. NTA는 결과가 실험 상태에 달려 있었더라도 polydispersed 견본 모형에서 더 정확한 데이터를 생성하기 위하여 찾아냈습니다.

금속 에 금속 임플란트와 어두음 첨가에서 착용 파편의 연구 결과에서는, NTA는, 코팅은 감소시키는 것을 디자인했다는 것을 다른 단이 보여주는 동안 어두음 첨가 표면에 예상된 착용 특정 상황의 밑에 유해할 수 있다보다 <0.5 um 입자의 현저하게 높은 농도가 나타나, 처음으로 보여주기 위하여 이용되었습니다.

NTA가 동시에 입자 개별적으로 추적 가능하기 때문에, 1개 이상 매개변수는 각 입자를 위해 측정될 수 있습니다.

입자 크기를 결정하는 위하여 동적인 브라운 운동 활동은 분석되는 동안, 동시에 각 입자에서 뿌려진 빛의 상대, 평균 강렬을 측정하는 것이 가능합니다. 이것은 다른 R.i. 입자의 유사한 치수가 재진 입자가 감별되는 것을 허용합니다. 그러므로, R.i.의 기능으로 입자 크기를 음모를 꾸미는 높은 수확량에 있는 그리고 획일한 코팅을 가진 분명한 금속을 입힌 담배 모자이크 바이러스 nanorods의 (TMV) 준비를 설명하는 NTA의 능력은 이용되었습니다.

약 납품 & Nanoencapsulation

NTA는 P 당단백 (P-gp) 기질 약, tacrolimus가 이중 코팅 조절 방출 정립의 소설 형식으로, 통합되었었던 nanocapsules의 필터된 준비에 있는 1 시간 타임스케일 이상 변경을 분석하기 위하여 이용되었습니다.

(유사하게 150 nm 직경 NTA와 광양자 상호 관계 분광학에 의해 측정되는 인 것으로 확인되는) 아무 효소도 포함하지 않은지 어느 것이 NTA가 혼합물에 있는 티올 nanoparticles의 2가지의 모형 사이에서 구별한다는 것은 수 있다는 것은, 그중 하나 모함한 ß 갈락토시다아제 효소가 있기 위하여 찾아내고 대응하게 소립자 보다는 크기로 매우 더 컸습니다 (300 nm 직경) 보였습니다. NTA에 의해 확인된 전계 방출 전자총 스캐닝 전자 현미경 검사법에 의해 혼합물의 이항 본질은 확인되고 (FEGSEM) 자당 기온변화도 별거 단계 기술의 응용이 2가지 입자 모형을 분리하는 것을 허용했습니다.

성공적인 별거는 NTA 둘 다에 의해 확인되고 NTA를 보여주는 색도계 분석실험은 바이오 센서와 biocatalytic 반응기와 같은 프로세스 그리고 장치의 광범위에 있는 연속적인 가능한 응용을 위해 이 복잡한 입자 혼합물의 격리 낙관에서 수 있었습니다 직접 사용될 촉매 functionalised 표면을 요구하는지 어느 것이.

C-18에 사슬 길이를 증가시키고와 DNA와 siRNA 정립 NTA와 냉각하는 ethidium 부롬화물 형광에 대한 종합된 N4에 있는 산화 수준 변화하기의 효력의 연구 결과에서는, N9-diacyl spermines는 DNA를 압축하고 nanoparticles를 형성하는 이 비발한 화합물의 기능을 결정하기 위하여 이용되었습니다.

이 기술로 성공적인 특성은 1 차적인 피부 및 암세포 선에 능률적인 pEGFP 및 siRNA 정립 및 납품 확인했습니다. 유사하게, RiboGreen 윤일 분석실험 및 NTA 입자는 정립 연속적으로 N4, N9-diacyl 및 N4 의 siRNA에 묶고 nanoparticles를 형성하는 그들의 기능에 N9 Dialkyl spermines에 있는 사슬 길이, 산화 수준 및 전하 분포를 바꾸기의 효력을 결정하기 위하여 이용되었습니다.

뼈 전이를 표적으로 하기 위하여 발전되는 다른 연구 결과 bispecific 제암성과 antiangiogenic 중합체 alendronate taxane 어원이 같은 말에서 NTA에 의해 치수가 재지는 것과 같이 비열했던 95 nm인 것으로 확인되었습니다.

백신 생산

NTA가 TEM (전송 전자 현미경)와 같은 설치된 기술과 DLS (동적인 가벼운 뿌리기), 정체되는 가벼운 뿌리는 의 규모 배타 - 다중 각 가벼운 뿌리기 (SEC-MALS), 불균형 교류 비교된 실제 애플리케이션 둘 다 성격을 나타내는 나오는 분석 기술의 비교는 최근에 실행되었습니다와 연구를 위한 40 직경 nm 바이러스성 백신을 - (SLS와 분석적인 매우 원심 분리와 조화하여 마당 흐름 분류).

각 기술에는 강약점이 둘 다 있는 여겨지는 이 응용 DLS와 SEC-MALS (두 사격량 전부에 일 가능한 유일한 2개의 기술)가 42 nm를 및 68 nm (SEC-MALS) 및 56 nm 및 40 nm 바이러스 입자를 위해 66 nm (DLS)에게 주었더라도 반면 (아래 도표 1을 보십시오) 단지 NTA에 있는 분석적인 방법으로 각각을 위해 40 nm의 1 차적인 입자 직경을 주는 기준 규격과 높은 농도 견본 모형 둘 다에 정확한 위하여 보였는 동안.

입자 특성을 위한 전통적인 방법론에 도표 1. NTA 비교.

기술

병력

약점

TEM

바이러스의 구상

높은 비용

복잡한 견본 준비 절차

동적인 가벼운 뿌리기 (DLS)

단단 결과 높은 견본 처리량

직접 견본 란에 측정 희석

복잡한 자료 평가

양이 많은 방법 아닙니다

복잡한, 다분산 견본을 위한 영세민
모형 (예를들면 많은 생물학 견본 모형)

정체되는 가벼운 뿌리기 (SLS)

승인되고는, 믿을 수 있는 방법 qualifiable

필요한 최소한도 견본 준비

낮은 사격량 견본의 분석

중간 비용, 교육훈련된 통신수, 최고
장비 유지의 기준

이동할 수 있는 단계에서 묽게 되는 견본

정지되는 단계와 견본 사이 가능한 상호 작용

불균형 필드 교류
분별법

란 정지되는 단계와 견본 사이 상호 작용 없음

낮은 사격량 견본의 분석

중간 비용, 교육훈련된 통신수, 장비 유지의 고수준

이동할 수 있는 단계에서 묽게 되는 견본

분석적인 매우 원심 분리

고해상

단백질을 위해 유용한 SEC 방법을 이렇게 지원하는 정확한 천연 분자량 아주

높은 비용

복잡한 견본 preperation & 데이터 평가

낮은 견본 처리량

NTA

사용하기 편한 저가 -

단단 결과 - 높은 견본 처리량

낮은 사격량의 분석 견본 작은 견본 양

필요한 견본 희석

새로운 방법 - 위에 의지할 것이다 한정된 경험

그러므로 골재의 더 낮은 사격량을 포함하는지 어느 것이 숫자 2a와 2b는 견본, 더 많은 것인 숫자 2a 묽게 한 견본의 2 희석을 보여줍니다. 숫자 2b는 대응하게 최상의 골재가 명확하게 수훈이 있을 수 있는 그러나 어느 것에 있는 1 차적인 40 nm 입자의 분석의 정확도에 영향을 미치지 마십시오 높은 농도 견본을 보여줍니다.

그 같은 데이터를 생성할 수 없는지 어느 것이 다른 입자 사격량을 주는 y-축 가늠자를 또한 주의하십시오 (높이 세는 중요한 입자를 보여주는 견본 b)를 위해 DLS에 NTA의 이점을. 또한 각 배급을 위한 누적된 왜소한 작의는 보입니다.

숫자 2a. 40 nm 바이러스 준비의 낮은 사격량

숫자 2b. 골재의 존재를 보여주는 동일 물자의 높은 농도는 1 차적인 입자 사격량을 낮춥니다

견본에 있는 골재의 존재에 NTA의 무신경의 추가 보기는 뒤에 오는 보기에서 명확하게 보입니다. 위에 기술된 45 nm 직경 (숫자 3a)에 NTA에 의해 바이러스의 다른 견본은 측정되었습니다.

그러나, 잠시 간단한 동요에 의하여 동일 견본의 동요 다음, 전단 응력에는 바이러스 견본 (숫자 3b)에 있는 유도한 집단이 있을 것을 보였습니다.

숫자 3a. 입자 크기/사격량

숫자 3b. 입자 크기/사격량

전단 응력 후에 전에 바이러스 견본 아)의 입자 크기 배급 단면도는 b) 집단을 유도했습니다. 정상화한 수직 축선 쇼의 가늠자에 있는 변경을 집단에 입자의 사격량에 있는 투하 주의하십시오 (대략 80x10^6 particles/ml에서 대략 50x10^6 particles/ml에). 그 같은 정보는 DLS와 같은 그밖 종합적 효과 가벼운 뿌리 기술에 이용할 수 없습니다.

결론

NTA는 액체에 있는 그들의 자연적인 solvated 국가에 있는 nanoparticles가 급속하게 검출되고, 치수가 재지고 세어질 수 있는 직접과 단단 기술입니다. 10-20nm의, 그리고 그리고 10 사이 사격량 범위의 위에 입자로 제한하고 있는 동안7 - ml9 , 동시에 nanoparticles를 구상하고 분석하는 기능 당 10 입자는 다분산 그리고/또는 이질적인 견본 모형의 다량 향상한 해결책을 개별적으로 허용합니다.

기술은 견본의 직접 현미경 관측 을 위한 유효하게 하 이 방법에서 장악된 데이터를 허용하는 nanoparticles (예를들면 DLS, PCS)의 정립을 위한 기존 기술을 보충하기 위하여 이용될 수 있습니다. 도표 2 위 페이지는 응용을 요약하고 NTA가 현재까지 적용된 모형을 간색합니다.

이 정보는 계속 NanoSight에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

추가 정보를 위해 NanoSight를 방문하십시오.

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

Last Update: 7. March 2013 10:43

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