Aplicações da Análise de Seguimento do Nanoparticle (NTA) na Pesquisa do Nanoparticle

Por AZoNano

Assuntos Cobertos

Introdução
Metodologia
Aplicações
Síntese & Agregação do Nanoparticle
Toxicidade & Efeitos do Nanoparticle em Sistemas Biológicos
Entrega & Nanoencapsulation da Droga
Produção Vacinal
Conclusão

Introdução

Apesar da importância de crescimento de obter avaliações exactas do tamanho, a distribuição de tamanho e a concentração de partículas do nanoscale cada vez mais em uma vasta gama de aplicações, as técnicas existentes para obter tal informação (dispersão por exemplo de Elétron de Microscopia e de luz) podem provar demorado e complexo e resultados difíceis interpretar, particularmente nas amostras quais são heterogêneas na composição ou quais contêm uma escala das dimensão das partículas, por exemplo são polydisperse.

A Análise de Seguimento do Nanoparticle (NTA) é um método recentemente desenvolvido para o visualisation directos e do tempo real e a análise dos nanoparticles nos líquidos. Baseado em uma técnica microscopical iluminada laser, o movimento Brownian dos nanoparticles é analisado no tempo real por uma câmera do CCD, cada partícula simultaneamente mas separada visualizando e seguido por um programa dedicado da análise de imagem do seguimento de partícula.

Porque cada partícula é visualizada e analisada separada, a avaliação resultante da distribuição de tamanho de partícula e de tamanho da partícula não sofre da limitação de ser uma intensidade tornada mais pesada, a distribuição z-média que é normal em métodos convencionais do conjunto da cola de partícula neste regime do tamanho, por exemplo o método bem conhecido da Dispersão de Luz ou (DLS) da Espectroscopia Dinâmica da Correlação do Fotão (PCS).

A capacidade de NTA para medir simultaneamente o tamanho de partícula e a partícula que dispersam a intensidade permite que as misturas heterogêneas da partícula sejam resolvidas e, importante, a concentração da partícula pode ser calculada directamente - o perfil da distribuição de tamanho da partícula obtido por NTA é uma distribuição directa do número/freqüência.

Metodologia

Focalizada finamente, raio laser de 635 nanômetro é passada através de um plano óptico prisma-afiado, o R.I. de que é tal que o feixe refrata na relação entre o plano e uma camada líquida colocados acima dele.

Devido à refracção, as compressas a um perfil baixo, a região intensa em que os nanoparticles actuais no filme líquido podem facilmente ser visualizados através de uma distância detrabalho, objetivo do feixe da iluminação do microscópio da ampliação x20 cabem a um microscópio de outra maneira convencional (Figura 1a). Montado na montagem da Corrente alternada, uma câmera do CCD, operando-se em 30 frames por segundo, é usada para capturar um campo de visão video aproximadamente 100 um x 80 um.

Figura 1a. Módulo da iluminação do laser de NanoSight

 

Figura 1b. Diagrama Esquemático que mostra o trajecto óptico do raio laser e o objetivo da detecção que vêem o feixe através do indicador.

As Partículas no volume da dispersão são mover-se considerado ràpida sob o movimento Brownian. O programa de NTA simultaneamente identifica e segue o centro de cada partícula em uma base do quadro-por-quadro durante todo o comprimento do vídeo (tipicamente 900 quadros ou 30 segundos).

Figura 2 mostram uma imagem ampliada de duas tais partículas e a trajectória que tomou sobre diversos quadros como seguidos pelo programa da análise de imagem de NTA.

Figura 2. Uma imagem ampliada de trilhas típicas das partículas que movem-se sob Brownian. Nota: as partículas não estão sendo informação imaged, estrutural tal como a forma que está abaixo da potência de resolução do microscópio óptico usado.

A distância que média cada partícula se move em x e y na imagem é calculado automaticamente. Deste valor, o coeficiente de difusão da partícula, Dt, pode ser obtido e, conhecendo a temperatura T da amostra, e o η solvente da viscosidade, o diâmetro hidrodinâmico d da partícula identificado. Que o movimento 3 Brownian dimensional está seguido somente em 2 dimensões (x e y) é acomodado por meio da seguinte variação da equação de Avivar-Einstein (Equação 1); onde KB é a constante de Boltzmann.

Equação 1:

A escala das dimensão das partículas que podem ser analisadas por NTA depende do tipo da partícula. O limite mais baixo do tamanho é definido pelo tamanho de partícula e pela partícula R.I. Para partículas muito altasi de R tais como o ouro coloidal, a determinação exacta do tamanho pode ser conseguida para baixo ao diâmetro de 10 nanômetro. Para umas mais baixas partículas do R.I., tais como aqueles da origem biológica, o tamanho detectável o menor pôde somente estar entre 25-35 nanômetro. Este limite mínimo do tamanho permite, contudo, a análise da maioria de tipos de vírus. Os limites Superiores do tamanho são aproximados quando o movimento Brownian de uma partícula se torna demasiado limitado para seguir exactamente, diâmetro do µm tipicamente 1-2.

Para permitir um suficiente número de partículas de ser analisado dentro de um período de tempo aceitável (por exemplo segundos <60) de que um perfil estatìstica significativo e reprodutível da distribuição de tamanho da partícula pode ser obtido, as amostras devem conter entre 10 e7 10 partículas9 /ml, diluição de uma amostra frequentemente que está sendo exigida para conseguir esta concentração.

O benefício de poder medir simultaneamente dois parâmetros independentes tais como a partícula que dispersa o diâmetro da intensidade e da partícula (do comportamento dinâmico) pode provar o artigo de valor em misturas de resolução dos tipos diferentes da partícula (por exemplo distinção entre partículas inorgánicas e do polímero do mesmo diâmetro). Similarmente, as diferenças pequenas no tamanho de partícula dentro de uma população podem ser resolvidas com precisão distante mais alta do que seja conseguido por outras técnicas da dispersão de luz do conjunto.

Figura 3. Um lote 3D alisado do tamanho contra a luz relativa dispersou o número da intensidade vs.particle de uma mistura envelhecida de 100 200 do poliestireno do nanômetro microsfera do nanômetro e que exibem a agregação parcial.

Figura 3 mostra uma amostra parcialmente de agregação de uma mistura de 100 200 do poliestireno do nanômetro microsfera do nanômetro e em que a emergência de um pico que se encontra entre as duas populações preliminares é indicativa do início da agregação ou do dimerisation.

Aplicações

Apesar somente de ter sido tornado e ter feita disponível desde 2006, NTA está sendo cada vez mais aplicado em uma vasta gama de aplicações diferentes e está sendo usado agora dentro sobre 200 laboratórios mundiais (em outubro de 2009). O seguinte descreve algumas das áreas em que NTA foi aplicado e os resultados foram relatados.

Síntese & Agregação do Nanoparticle

A produção de nanoparticles pela ablação do laser pulsado usou NTA (assim como DLS) para determinar a distribuição de tamanho da partícula em um número de estudos. Nestes, NTA foi mostrado para ser serido melhor à análise de amostras polydisperse.

Em um estudo do crescimento e da agregação dos nanoparticles do ouro monitorados pela absorção Uv-visível, TEM (Microscopia de Elétron de Transmissão), DLS e NTA, dados de NTA foram encontrados para correlacionar com o aquele obtido pelas outras técnicas e Lundahl usou AFM (Microscopia Atômica da Força) e SEM (Microscopia de Elétron da Exploração) para seguir a síntese de nanoparticles do AG pela redução do citrato.

NTA foi usado para confirmar o monodispersity das partículas e da agregação subseqüente na adição de NaCl. NTA foi usado com sucesso para monitorar a distribuição do tamanho e de tamanho da partícula de nanoparticles do óxido de cobre na degradação orgânica do poluente e de pós do nanocomposite do Carboneto-Cobalto do tungstênio como materiais novos do nanoscale.

As Mudanças na formação, dispersão e estabilidade dos polímeros e nanoparticles do polycomplex no sistema aquoso e solvente podem ser seguidas no tempo real usando NTA e nos resultados comparados a outras técnicas da cola do nanoparticle tais como o turbidimetry, o DLS, e o TEM.

As avaliações Comparativas da técnica e da ela de NTA são potenciais porque um método analítico em linha robusto foi discutido igualmente e um número crescente de estudos comparou NTA aos métodos convencionais para a análise dos nanoparticles.

NTA foi encontrado para concordar bem com as avaliações de SEM do tamanho de partícula médio da cola de partícula do laser das microemulsão formadas por surfactants iónicos do hidrocarboneto no CO supercrítico2. Em um estudo comparativo usando o cytometry de fluxo, DLS e NTA, Harrison mostraram que NTA poderia com sucesso resolver distribuições trimodal das partículas da calibração onde os dados de DLS provaram sensível aos contaminadores e ao ângulo da medida. Encontrou que enquanto NTA não pode analisar as plaqueta que são demasiado grandes, é apropriado para analisar chylomicrons e partículas de VLDL.

Em uma comparação de técnicas diferentes (AFM, SEM, TEM, microscopia óptica, DLS, NTA, espectroscopia ressonante de Raman e espectroscopia de absorção) para caracterizar compostos nematic nanotube-termotrópicos do cristal líquido do carbono, concluiu-se que NTA, DLS, o AFM e a microscopia óptica eram os mais apropriados. Em um estudo do conjunto de filmes finos do microgel binário, NTA foi usado para confirmar coeficientes de difusão da solução.

Toxicidade & Efeitos do Nanoparticle em Sistemas Biológicos

No estudo da toxicidade do nanoparticle, NTA provou útil em poder determinar o grau a que as suspensões dos nanoparticles são dispersadas antes de estudar seu efeito em sistemas biológicos. Similarmente, NTA foi aplicado para medir a distribuição de tamanho da partícula de agregados do nanoparticle ao investigar a geração do radical livre por nanoparticles usando o dithiothreitol como um indicador.

DLS e NTA foram usados para investigar o efeito de um media biológico no tamanho de partícula de 60 nanoparticles do ouro do nanômetro. Os Resultados de NTA eram em conformidade com aqueles de DLS em mostrar o tamanho de partícula médio aumentado por 10 nanômetro e NTA igualmente mostrou que a largura (polidispersidade) da distribuição era em conformidade com as medidas feitas por outras técnicas.

Similarmente, o efeito na agregação de nanoparticles do dióxido titanium por media aquáticos naturais foi estudado usando DLS e NTA. NTA foi encontrado para gerar uns dados mais exactos dos tipos polydispersed da amostra embora os resultados dependeram das circunstâncias experimentais.

No estudo de restos do desgaste do implante e das prótese do metal-em-metal, NTA foi usado para mostrar, pela primeira vez, que umas concentrações significativamente mais altas um das partículas <0.5 estaram presente do que era quando um outro grupo mostrou que os revestimentos projectaram se reduzir o desgaste previsto em superfícies da prótese pode ser prejudicial sob determinada circunstância.

Porque NTA é capaz simultaneamente de seguir partículas numa base individual, mais de um parâmetro pode ser medido para cada partícula.

Quando a actividade dinâmica do movimento Brownian for analisada para determinar o tamanho de partícula, é possível medir simultaneamente a intensidade relativa, média da luz dispersada de cada partícula. Isto permite que as partículas feitas sob medida similares de partículas diferentes do R.I. sejam discriminadas. Em Conformidade, a capacidade de NTA para traçar o tamanho de partícula em função do R.I. foi usada para demonstrar a preparação de nanorods metalizados bem definidos do vírus de mosaico (TMV) de tabaco em rendimentos altos e com revestimentos uniformes.

Entrega & Nanoencapsulation da Droga

NTA foi usado para analisar mudanças sobre calendários de 1 hora em preparações filtradas dos nanocapsules em que tinha sido incorporada uma droga da carcaça da P-Glicoproteína (PGP), tacrolimus, como um formulário novo de uma formulação revestida dobro da liberação controlada.

Mostrou-se que NTA pode distinguir entre dois tipos de nanoparticles do tiolato em uma mistura, um de que foi encontrado para ter enzimas prendidas em armadilha da ß-galactosidase e era correspondentemente muito maior em tamanho (diâmetro de 300 nanômetro) do que as partículas menores qual não conteve nenhuma enzima (identificada similarmente como sendo diâmetro de 150 nanômetro como medido por NTA e por Espectroscopia da Correlação do Fotão). A natureza bimodal da mistura identificada por NTA foi confirmada pela microscopia de elétron da exploração da arma da emissão de campo (FEGSEM) e permitiu que a aplicação de uma técnica da etapa da separação do inclinação da sacarina separasse os dois tipos da partícula.

A separação Bem Sucedida foi confirmada por NTA e o ensaio colorimetric que mostra NTA poderia ser usado directamente em aperfeiçoar o isolamento destas misturas complexas da partícula para a aplicação possível subseqüente em uma vasta gama de processos e de dispositivos quais exigem superfícies functionalised catalíticas, tais como biosensors e reactores biocatalíticos.

Em um estudo do efeito de aumentar o comprimento chain sobre C-18 e de variar o nível da oxidação em N4 sintetizado, os spermines de N9-diacyl na formulação NTA do ADN e do siRNA e na fluorescência do brometo de ethidium que extingue foram usados para determinar as capacidades destes compostos novos para condensar o ADN e para formar nanoparticles.

A caracterização Bem Sucedida por estas técnicas identificou o pEGFP e formulação e entrega eficientes do siRNA às linha celular preliminares da pele e do cancro. Similarmente, um ensaio da intercalação de RiboGreen e da partícula de NTA cola foram usados para determinar o efeito sequencialmente de mudar o comprimento chain, o nível da oxidação, e a distribuição de carga em N4, em N9-diacyl e em N4, spermines de N9-dialkyl em sua capacidade para ligar ao siRNA e para formar nanoparticles.

Em uns outros conjugado anticancerosos do estudo e antiangiogenic bispecific do polímero-alendronate-taxane que estão sendo tornados para visar metástases do osso foram confirmados como sendo 95 nanômetro médios como feito sob medida por NTA.

Produção Vacinal

Uma comparação das técnicas analíticas emergentes para caracterizar uma vacina viral do nanômetro do diâmetro 40 para as aplicações da pesquisa e de produção tem sido realizada recentemente em que NTA foi comparado com as técnicas mais estabelecidas tais como TEM (Microscópio de Elétron), DLS da Transmissão (Dispersão de Luz Dinâmica), Dispersão de Luz Estática, Exclusão do Tamanho - Multi Dispersão de Luz do Ângulo (SEC-MALS), Fluxo Assimétrico - (Fraccionamento de Fluxo de Campo em combinação com SLS e Ultra a Centrifugação Analítica).

Quando cada técnica foi considerada ter pontos fortes e fracos enquanto métodos analíticos nesta aplicação (veja a Tabela 1 abaixo) somente NTA foi mostrado para ser exacto nos tipos da amostra do padrão de referência e da concentração alta que dão um diâmetro preliminar da partícula de 40 nanômetro para cada um, visto que DLS e SEC-MALS (as únicas duas técnicas capazes do trabalho em ambas as concentrações) deram a 42 o nanômetro e a 68 o nanômetro (SEC-MALS) e a 56 nanômetro e a 66 nanômetro (DLS) para a partícula do vírus de 40 nanômetro.

Comparação da Tabela 1. NTA com metodologias tradicionais para a caracterização da partícula.

Técnica

Forças

Fraquezas

TEM

Visualisation do vírus

Custos Altos

Procedimento Complexo da preparação da amostra

Dispersão de Luz Dinâmica (DLS)

Produção resultado-alta Rápida da amostra

Amostra Directa medida-nenhuma diluição na coluna

Avaliação dos dados Complexos

Não um método quantitativo

Pobres para a amostra complexa, polydisperse
tipos (por exemplo muitos tipos biológicos da amostra)

Dispersão de Luz Estática (SLS)

Método-qualifiable Aprovado, seguro

Preparação Mínima da amostra necessária

Análise de baixas amostras da concentração

Custos Médios, operadores treinados, elevação
padrão da manutenção de equipamento

Amostra diluída na fase móvel

Interacção Possível entre a fase estacionária e a amostra

Fluxo Assimétrico do Campo
Fraccionamento

Nenhuma interacção entre a fase estacionária da coluna e a amostra

Análise de baixas amostras da concentração

Custos Médios, operadores treinados, padrão elevado da manutenção de equipamento

Amostra diluída na fase móvel

Ultra Centrifugação Analítica

De alta resolução

Peso molecular nativo Exacto para apoiar assim os métodos do SEGUNDO muito úteis para proteínas

Custo Alto

Preperation da amostra & avaliação Complexos dos dados

Baixa produção da amostra

NTA

Baixos custos - fáceis de usar

Resultados Rápidos - produção alta da amostra

Análise da baixa concentração volume de amostra amostra-pequeno

Diluição da Amostra necessária

Método Novo - experiência limitada a confiar sobre

As Figuras 2a e 2b mostram duas diluições da amostra, Figura 2a que é o mais amostra diluída qual contem em conformidade uma concentração mais baixa de agregados. A Figura 2b mostra a amostra de uma concentração mais alta em que os números correspondentemente mais altos de agregados podem ser claramente distintos mas em qual não afecte a precisão da análise da partícula preliminar de 40 nanômetro.

Note igualmente a escala da y-linha central que dá concentrações diferentes da partícula (mais altamente para a amostra b) que mostra a partícula significativa que conta a vantagem de NTA sobre DLS qual não pode gerar tais dados. Igualmente são mostrados os lotes subdesenvolvidos cumulativos para cada distribuição.

Figura 2a. Baixa concentração de uma preparação do vírus de 40 nanômetro

Figura 2b. Uma concentração Mais Alta do mesmo material que mostra a presença de agregados e abaixa concentrações preliminares da partícula

Um exemplo mais adicional da insensibilidade de NTA à presença de agregados em uma amostra é mostrado claramente no seguinte exemplo. Uma Outra amostra do vírus descrito acima foi medida por NTA no diâmetro de 45 nanômetro (Figura 3a).

Contudo, depois da agitação da mesma amostra pela agitação simples por alguns segundos, o esforço de tesoura foi considerado para ter a agregação induzida na amostra do vírus (Figura 3b).

Figura 3a. Tamanho de Partícula/Concentração

Figura 3b. Tamanho de Partícula/Concentração

O perfil da distribuição de tamanho da Partícula de uma amostra do vírus a) antes e b) após o esforço de tesoura induziu a agregação. Note a mudança na escala das mostras verticais normalizadas da linha central uma gota na concentração de partículas na agregação (de aproximadamente 80x10^6 particles/ml a aproximadamente 50x10^6 particles/ml). Tal informação é não disponível a outras técnicas da dispersão de luz do conjunto tais como DLS.

Conclusão

NTA é uma técnica directa e rápida por que os nanoparticles em seu estado solvated natural em um líquido podem ràpida ser detectados, feito sob medida e contado. Quando limitado às partículas de 10-20nm, e acima e às escalas de concentração entre 107 - 109 partículas pelo ml, a capacidade para visualizar e analisar simultaneamente nanoparticles permitem numa base individual muita definição melhorada de tipos polydisperse e/ou heterogêneos da amostra.

A técnica pode ser usada para complementar técnicas existentes para a cola dos nanoparticles (por exemplo DLS, PCS) permitindo os dados obtidos destes métodos a ser validados por observações microscopical directas da amostra. A página acima da Tabela 2 resume as aplicações e prova os tipos a que NTA foi aplicado até agora.

Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por NanoSight.

Para mais informação visite por favor NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:44

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