Toepassingen van het Volgen Nanoparticle Analyse (NTA) in Onderzoek Nanoparticle

Door AZoNano

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Methodologie
Toepassingen
De Synthese & de Samenvoeging van Nanoparticle
De Giftigheid & de Gevolgen van Nanoparticle voor Biologische Systemen
De Levering & Nanoencapsulation van de Drug
De Productie van het Vaccin
Conclusie

Inleiding

Ondanks het groeiende belang om nauwkeurige ramingen van grootte, groottedistributie en concentratie van nanoscaledeeltjes in een meer en meer brede waaier van toepassingen te verkrijgen, kunnen de bestaande technieken om dergelijke informatie (b.v. Elektronenmicroscopie en het lichte verspreiden zich) te verkrijgen tijdrovend en complex blijken en resultaten moeilijk om, in het bijzonder in steekproeven te interpreteren die in samenstelling heterogeen zijn of die een waaier van partikelgroottes bevatten, b.v. polydisperse zijn.

Het Volgen van Nanoparticle de Analyse (NTA) is een pas ontwikkelde methode voor de directe en in real time visualisatie en de analyse van nanoparticles in vloeistoffen. Gebaseerd op een laser verlichtte microscopische techniek, wordt de brownbeweging van nanoparticles geanalyseerd in real time door een CCD die camera, elk deeltje gelijktijdig maar afzonderlijk door een toepassingsgericht deeltje het volgen programma van de beeldanalyse worden gevisualiseerd en wordt gevolgd.

Omdat elk deeltje afzonderlijk wordt gevisualiseerd en geanalyseerd, lijdt de resulterende raming van deeltjesgrootte en van de deeltjesgrootte distributie niet aan de beperking van het zijn een gewogen intensiteit, z-gemiddelde distributie die in conventionele ensemblemethodes van deeltje rangschikkend in dit grootteregime, b.v. de reeds lang gevestigde methode van de Dynamische het Lichte Verspreiden zich of van het Foton (DLS) Spectroscopie van de Correlatie normaal is (PCS).

De capaciteit van NTA deeltjesgrootte en deeltjes verspreidende intensiteit gelijktijdig om te meten laat heterogeene deeltjesmengsels toe om worden opgelost en, belangrijk die, kan de deeltjesconcentratie direct worden geschat - het de distributieprofiel van de deeltjesgrootte door NTA wordt verkregen is een directe aantal/frequentie distributie.

Methodologie

Fijn geconcentreerd, wordt 635 NMlaserstraal overgegaan door een prisma-gescherpte optische vlakte, r.i waarvan is dusdanig dat de straal bij de interface tussen de vlakte brekt en een vloeibare die laag boven het wordt geplaatst.

wegens de breking, de straalkompressen aan een laag profiel, intens verlichtingsgebied waarin nanoparticles het heden in de vloeibare die film gemakkelijk via een lang-werkt afstand kan worden gevisualiseerd, x20 de doelstelling van de vergrotingsmicroscoop aan een anders conventionele microscoop wordt gepast (Cijfer 1a). Opgezet op a.c onderstel, wordt een camera CCD die, bij 30 frames per seconde werken, gebruikt om een videogebieds van mening ongeveer 100 um x um te vangen 80.

Cijfer 1a. De module van de de laserverlichting van NanoSight

 

Figuur 1B. Schema die de optische weg van de laserstraal en de opsporingsdoelstelling tonen die de straal bekijken door het venster.

De Deeltjes in het verspreidende volume worden gezien snel zich beweegt in het kader van Brownbeweging. Het Nta- programma identificeert en volgt gelijktijdig het centrum van elk deeltje op een kader-door-kader basis door de lengte van de video (typisch 900 frames of 30 seconden).

Figuur 2 toont een vergroot beeld van twee dergelijke deeltjes en de baan zij over verscheidene frames zoals die door het NTA programma van de beeldanalyse hebben genomen worden gevolgd.

Figuur 2. Een vergroot beeld van typische sporen van deeltjes die zich onder Brown bewegen. Nota: de deeltjes zijn geen imaged, structurele informatie zoals vorm die onder de oplossende macht van de optische gebruikte microscoop zijn.

De gemiddelde afstand elk deeltje beweegt zich in x en y in het beeld wordt automatisch berekend. Van deze waarde, kan de coëfficiënt van de deeltjesverspreiding,t D, worden verkregen en, kennend de steekproeftemperatuur T, en oplosbare viscositeit η, de geïdentificeerde deeltjes hydrodynamische diameter D. Die dimensionale Brownbeweging 3 wordt gevolgd slechts in 2 afmetingen (x en y) wordt aangepast door middel van de volgende variatie van de vergelijking op:stoken-Einstein (Vergelijking 1); waar KB de constante van Boltzmann is.

Vergelijking 1:

De waaier van partikelgroottes die door NTA kan worden geanalyseerd hangt van het deeltjestype af. De lagere groottegrens wordt bepaald door de deeltjesgrootte en het deeltje r.i. Voor zeer hoog Ri kunnen de deeltjes zoals colloïdale gouden, nauwkeurige bepaling van grootte neer aan 10 NMdiameter worden bereikt. Voor lagere r.i deeltjes, zoals die van biologische oorsprong, zou de kleinste opspoorbare grootte slechts tussen 25-35 NM kunnen zijn. Deze minimumgroottegrens staat, echter, de analyse van de meeste types van virus toe. De Hogere groottegrenzen zijn genaderd wanneer de Brownbeweging van een deeltje nauwkeurig ook beperkt tot spoor, typisch diameter 1-2 µm wordt.

Om een voldoende aantal deeltjes toe te laten om binnen een aanvaardbare tijdspanne (b.v. <60 seconden) worden geanalyseerd van wat een statistisch zinvol en reproduceerbaar de distributieprofiel van de deeltjesgrootte kan worden verkregen, zouden de steekproeven tussen 10 en 10 deeltjes7 moeten bevatten9 /ml, verdunning die van een steekproef vaak worden vereist om deze concentratie te bereiken.

Het voordeel om twee onafhankelijke parameters zoals deeltjes verspreidende intensiteit en deeltjesdiameter (van dynamisch gedrag) te kunnen gelijktijdig meten kan waardevol blijken in het oplossen van mengsels van verschillende deeltjestypes (b.v. onderscheid makend tussen anorganische en polymeerdeeltjes van de zelfde diameter). Op Dezelfde Manier kunnen de kleine verschillen in deeltjesgrootte binnen een bevolking met veel hogere nauwkeurigheid worden opgelost dan door andere ensemble het lichte verspreiden zich technieken worden bereikt.

Figuur 3. Een gladgemaakt 3D perceel van grootte versus relatief licht verspreidde intensiteitsvs.particle aantal van een oud mengsel van 100 NM en 200 NMpolystyreenmicrosferen tentoonstellend gedeeltelijke samenvoeging.

Figuur 3 toont een gedeeltelijk bijeenvoegende steekproef van een mengsel van 100 NM en 200 NMpolystyreenmicrosferen waarin de totstandkoming van een piek die tussen de twee primaire bevolking liggen van het begin van samenvoeging of dimerisation indicatief is.

Toepassingen

Ondanks slechts heeft ontwikkeld en ter beschikking gesteld sinds 2006, wordt NTA meer en meer toegepast in een brede waaier van verschillende toepassingen en in meer dan 200 over de hele wereld laboratoria (vanaf Oktober 2009) nu gebruikt. Het volgende beschrijft enkele gebieden waarin NTA is toegepast en de resultaten gemeld.

De Synthese & de Samenvoeging van Nanoparticle

De productie van nanoparticles door gepulseerde laserablatie heeft NTA (evenals DLS) gebruikt om de distributie van de deeltjesgrootte in een aantal studies te bepalen. In deze, werd NTA getoond om beter voor de analyse van polydisperse steekproeven worden aangepast.

In een studie van de groei en de samenvoeging van goud nanoparticles door UV-visible absorptie, TEM (de Elektronenmicroscopie van de Transmissie) Wordt gecontroleerd, DLS en NTA, werd het gegeven van NTA gevonden om met dat te correleren verkregen door de andere technieken en Lundahl gebruikte AFM (de AtoomMicroscopie van de Kracht) en SEM (de Elektronenmicroscopie van het Aftasten) Om de synthese van Ag nanoparticles door citraatvermindering te volgen die.

NTA werd gebruikt om monodispersity van de deeltjes en de verdere samenvoeging op de toevoeging van NaCl te bevestigen. NTA is met succes gebruikt om de grootte en van de deeltjesgrootte distributie van koperoxyde nanoparticles in organisch vervuilend degradatie en wolfram carbide-Kobalt nanocomposite poeder als nieuwe nanoscalematerialen te controleren.

De Veranderingen in de vorming, de verspreiding en de stabiliteit van polymeren en polycomplex nanoparticles in zowel waterig als oplosbaar systeem kunnen in real time gebruikend NTA en resultaten worden gevolgd in vergelijking met andere nanoparticle rangschikkend technieken zoals turbidimetry, DLS, en TEM.

De Vergelijkende beoordelingen van de techniek NTA en het is potentieel aangezien een robuuste online analytische methode ook is besproken en een stijgend aantal studies heeft NTA bij conventionele methodes voor de analyse van nanoparticles vergeleken.

NTA werd gevonden om goed met de ramingen van SEM van gemiddelde die deeltjesgrootte akkoord te gaan van laserdeeltje het rangschikken van microemulsions door Ionische koolwaterstofcapillair-actieve stoffen wordt gevormd in overkritisch CO.2 In een vergelijkende studie die cytometry stroom, DLS en NTA gebruiken, toonde Harrison aan dat NTA trimodal distributies van kaliberbepalingsdeeltjes kon met succes oplossen waar De dls- gegevens voor verontreinigende stoffen en metingshoek gevoelig bleken. Hij vond dat terwijl NTA geen plaatjes kan analyseren die te groot zijn, het geschikt is om te analyseren chylomicrons en deeltjes VLDL.

In een vergelijking van verschillende technieken (AFM, SEM, TEM, de optische microscopie, DLS, NTA, de resonerende spectroscopie Raman en de absorptiespectroscopie) voor het kenmerken van samenstellingen van het koolstof de nanotube-thermotropic nematic vloeibare kristal, besloot men dat NTA, DLS, AFM en de optische microscopie het meest geschikt waren. In een studie van de assemblage van binaire microgel dunne films, werd NTA gebruikt om de coëfficiënten van de oplossingsverspreiding te bevestigen.

De Giftigheid & de Gevolgen van Nanoparticle voor Biologische Systemen

In de studie van nanoparticlegiftigheid, is NTA nuttig in het kunnen de graad gebleken bepalen waaraan de opschortingen van nanoparticles voorafgaand aan het bestuderen van hun effect op biologische systemen verspreid zijn. Op Dezelfde Manier werd NTA toegepast om de distributie van de deeltjesgrootte van nanoparticlecomplexen te meten toen het onderzoeken van vrije basisgeneratie door nanoparticles gebruikend dithiothreitol als indicator.

DLS en NTA werden gebruikt om het effect te onderzoeken van een biologisch middel op de deeltjesgrootte van 60 NM- goud nanoparticles. De Resultaten van NTA waren in overeenstemming met die van DLS in het tonen van de gemiddelde deeltjesomvang toegenomen met 10 NM en die NTA toonde ook aan dat de breedte (polydispersity) van de distributie in overeenstemming met metingen was door andere technieken worden gemaakt.

Op Dezelfde Manier werd het effect op de samenvoeging van titaniumdioxyde nanoparticles door natuurlijke aquatische media bestudeerd gebruikend DLS en NTA. NTA werd gevonden om nauwkeurigere gegevens van te produceren polydispersed steekproeftypes hoewel de resultaten van experimentele voorwaarden afhingen.

In de studie van slijtagepuin van metaal-op-metaal implant en prothesen, werd NTA gebruikt om te tonen, voor het eerst, dat de beduidend hogere concentraties van <0.5 um deeltjes aanwezig waren dan werden verwacht terwijl een andere die groep aantoonde dat de deklagen worden ontworpen om slijtage op protheseoppervlakten te verminderen in bepaalde omstandigheid schadelijk kunnen zijn.

Aangezien NTA deeltjes op een individuele basis kan gelijktijdig volgen, kan meer dan één parameter voor elk deeltje worden gemeten.

Terwijl de dynamische Brownbewegingsactiviteit wordt geanalyseerd om deeltjesgrootte te bepalen, is het mogelijk de relatieve, gemiddelde die intensiteit van licht gelijktijdig om te meten van elk deeltje wordt verspreid. Dit laat gelijkaardige met maat deeltjes verschillende r.i deeltjes toe om worden onderscheiden. Dienovereenkomstig, werd de capaciteit van NTA om deeltjesgrootte als functie van r.i in kaart te brengen gebruikt om de voorbereiding van het duidelijk omlijnde gemetalliseerde virus van het tabaksmozaïek nanorods (TMV) in hoge opbrengsten en met eenvormige deklagen aan te tonen.

De Levering & Nanoencapsulation van de Drug

NTA is gebruikt om veranderingen te analyseren meer dan 1 uurtermijnen in gefiltreerde voorbereidingen van nanocapsules waarin een p-Glycoproteïne (p-Gp) substraatdrug, tacrolimus, als nieuwe vorm van een dubbele met een laag bedekte gecontroleerde versieformulering was opgenomen.

Men heeft getoond dat NTA tussen twee types van thiol nanoparticles in een mengsel kan onderscheid maken, één waarvan werd gevonden om ß-galactosidase enzymen gevangen te hebben en navenant veel groter was in grootte (300 NMdiameter) dan de kleinere deeltjes die geen enzym bevatten (zo ook geïdentificeerd zoals zijnd 150 NMdiameter zoals die door NTA en van het Foton de Spectroscopie van de Correlatie wordt gemeten). De bimodale die aard van het mengsel door NTA wordt geïdentificeerd werd bevestigd door de elektronenmicroscopie van het het kanonaftasten van de gebiedsemissie (FEGSEM) en toestond de toepassing van een techniek van de de scheidingsstap van de sucrosegradiënt om de twee deeltjestypes te scheiden.

De Succesvolle scheiding werd bevestigd door zowel NTA als colorimetrische analyse die NTA direct in het optimaliseren van de isolatie van deze complexe deeltjesmengsels voor verdere mogelijke toepassing in een brede waaier van processen tonen zou kunnen worden gebruikt en de apparaten die katalytisch vereisen oppervlakten, zoals biosensors en biokatalytische reactoren functionalised.

In een studie van het effect van het verhogen van de kettingslengte meer dan c-18 en het variëren van het oxydatieniveau in samengestelde N4, werd het spermine N9-diacyl bij DNA en siRNA formulering NTA en ethidium bromidefluorescentie het doven gebruikt om de capaciteiten van deze nieuwe samenstellingen te bepalen om DNA te condenseren en zich te vormen nanoparticles.

De Succesvolle karakterisering door deze technieken identificeerde efficiënte pEGFP en siRNA formulering en levering aan primaire huid en kankercellenvariëteiten. Op Dezelfde Manier werd een RiboGreen inlassinganalyse en deeltje NTA het rangschikken gebruikt om het effect te bepalen van opeenvolgend het veranderen van de kettingslengte, het oxydatieniveau, en de lastendistributie in N4, N9-diacyl en N4, n9-Dialkyl spermine op hun capaciteit om zich aan siRNA te binden en te vormen nanoparticles.

In een andere studie werden de bispecific polymeer -polymeer-alendronate-taxanestamverwanten die tegen kanker en antiangiogenic aan de metastasen van het doelbeen worden ontwikkeld bevestigd zoals zijnd 95 NM zoals gerangschikt door NTA beteken.

De Productie van het Vaccin

Een vergelijking van nieuwe analytische technieken is om een 40 NM- diameter viraal vaccin voor zowel onderzoek als productietoepassingen te kenmerken onlangs uitgevoerd waarin NTA met meer gevestigde technieken zoals TEM (de Elektronenmicroscoop van de Transmissie), DLS (het Dynamische Lichte Verspreiden zich), het Statische Lichte Verspreiden zich, de Uitsluiting werd vergeleken van de Grootte - het Multi Lichte Verspreiden zich van de Hoek (seconde-MALS), Asymmetrische Stroom - (de Opdeling van de Stroom van het Gebied in combinatie met SLS en Analytisch UltraCentrifugeren).

Terwijl elke techniek werd overwogen om zowel sterke punten als zwakheden als analytische methodes in deze toepassing (zie hieronder Lijst 1) te hebben slechts werd NTA getoond nauwkeurig om bij zowel de steekproeftypes te zijn die van de verwijzings standaard als hoge concentratie een primaire deeltjesdiameter van 40 NM voor elk geven, terwijl DLS en seconde-MALS (de enige twee technieken geschikt om bij beide concentraties te werken) 42 NM en 68 NM (seconde-MALS) en 56 NM en 66 NM (DLS) voor het deeltje van het 40 NMvirus gaven.

Lijst 1. Vergelijking NTA aan traditionele methodologieën voor deeltjeskarakterisering.

Techniek

Sterke Punten

Zwakheden

TEM

Visualisatie van virus

Hoge kosten

De Complexe procedure van de steekproefvoorbereiding

Het Dynamische Lichte Verspreiden zich (DLS)

Snelle resultaat-hoge steekproefproductie

Directe steekproef meting-geen verdunning op kolom

Complexe gegevensevaluatie

Niet een kwantitatieve methode

Armen voor complexe, polydisperse steekproef
types (b.v. vele biologische steekproeftypes)

Het Statische Lichte Verspreiden zich (SLS)

Goedgekeurde, betrouwbare methode-qualifiable

Minimum noodzakelijke steekproefvoorbereiding

Analyse van lage concentratiesteekproeven

Middelgrote kosten, opgeleide exploitanten, hoogte
norm van apparatuur onderhoud

Steekproef in mobiele fase wordt verdund die

Mogelijke interactie tussen stationaire fase en steekproef

De Asymmetrische Stroom van het Gebied
Opdeling

Geen interactie tussen kolom stationaire fase en steekproef

Analyse van lage concentratiesteekproeven

Middelgrote kosten, opgeleide exploitanten, hoog niveau van apparatuur onderhoud

Steekproef in mobiele fase wordt verdund die

Analytisch UltraCentrifugeren

Hoge resolutie

Nauwkeurig inheems moleculegewicht om de methodes van SECONDE zo zeer te steunen nuttig voor proteïnen

Hoge kosten

Complexe steekproefpreperation & gegevensevaluatie

Lage steekproefproductie

NTA

Lage makkelijk te gebruiken kosten -

Snelle resultaten - hoge steekproefproductie

Analyse van het lage volume van de concentratie steekproef-kleine steekproef

Noodzakelijke de verdunning van de Steekproef

Nieuwe methode - beperkte ervaring om te vertrouwen op

De Cijfers 2a en 2b tonen twee verdunningen van de steekproef, Cijfer 2a die de verdundere steekproef zijn die dienovereenkomstig een lagere concentratie van complexen bevat. Het Cijfer 2b toont de hogere concentratiesteekproef waarin de navenant hogere aantallen complexen duidelijk kunnen worden onderscheiden maar die niet de nauwkeurigheid van analyse van het primaire 40 NMdeeltje beïnvloeden.

Neem nota ook van de y-as schaal die verschillende hogere die deeltjesconcentraties (voor steekproef B) het significante deeltjes tellende voordeel van NTA over DLS tonen geeft die niet dergelijke gegevens kan produceren. Ook getoond worden de cumulatieve te kleine percelen voor elke distributie.

Cijfer 2a. Lage concentratie van een voorbereiding van het 40 NMvirus

Cijfer 2b. Hogere concentratie van het zelfde materiaal die aanwezigheid van complexen en lagere primaire deeltjesconcentraties tonen

Een verder voorbeeld van de ongevoeligheid van NTA aan de aanwezigheid van complexen in een steekproef wordt duidelijk getoond in het volgende voorbeeld. Een Andere steekproef van het hierboven beschreven virus werd gemeten door NTA bij 45 NMdiameter (Cijfer 3a).

Nochtans, na agitatie van de zelfde steekproef door eenvoudige voor een paar seconden te schudden, werd de scheerbeurtspanning gezien samenvoeging in de virussteekproef (Cijfer 3b) veroorzaakt te hebben.

Cijfer 3a. De Grootte van het Deeltje/Concentratie

Cijfer 3b. De Grootte van het Deeltje/Concentratie

Het profiel van de de groottedistributie van het Deeltje van een virussteekproef a) vóór en B) na scheerbeurtspanning veroorzaakte samenvoeging. Neem van nota de verandering in schaal van de genormaliseerde verticale as een daling in de concentratie van deeltjes bij de samenvoeging toont (van ongeveer 80x10^6 particles/ml aan ongeveer 50x10^6 particles/ml). Dergelijke informatie is niet beschikbaar aan andere ensemble het lichte verspreiden zich technieken zoals DLS.

Conclusie

NTA is een directe en snelle techniek waardoor nanoparticles in hun natuurlijke solvated staat in een vloeistof snel worden ontdekt, worden geteld kan worden gerangschikt en. Terwijl beperkt tot deeltjes van 1020nm, en boven en aan concentratie strekt zich tussen 107 - 109 deeltjes per ml uit, staat de capaciteit gelijktijdig om nanoparticles op een individuele basis te visualiseren en te analyseren voor veel betere resolutie van polydisperse en/of heterogeene steekproeftypes toe.

De techniek kan worden gebruikt om bestaande technieken aan te vullen voor het rangschikken van nanoparticles die (die b.v. DLS, PCS) gegevens toelaten uit deze methodes worden verkregen om door directe microscopische observaties van de steekproef worden bevestigd. Lijst 2 boven pagina vat de toepassingen en de steekproeventypes samen waarop NTA tot op heden is toegepast.

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door NanoSight aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie te bezoeken gelieve NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:41

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit