Applikationer av NanoparticleSpårningAnalys (NTA) i NanoparticleForskning

Vid AZoNano

Täckte Ämnen

Inledning
Methodology
Applikationer
NanoparticleSyntes & Aggregation
NanoparticleToxicitet & Verkställer på Biologiska System
DrogLeverans & Nanoencapsulation
Vaccineraa Produktion
Avslutning

Inledning

Illvilja som den växande betydelsen av att erhålla exakta bedömningar av storleksanpassar, storleksanpassar fördelning, och koncentration av nanoscalepartiklar i mer och mer en lång räcka av applikationer, existerande tekniker för att erhålla sådan information (e.g. ElektronMicroscopy och ljus spridning) kan bevisa tidskrävande och komplex och resulterar svårtyddet, bestämt i tar prov vilka är heterogena i sammansättning eller vilka innehåller en spänna av partikeln storleksanpassar, är e.g polydisperse.

NanoparticleSpårningAnalys (NTA) är en nyligen framkallad metod för rikta och den realtidsvisualisationen och analysen av nanoparticles i flytande. Baserat på en upplyst microscopical teknik för laser som Är Brownian vinka av nanoparticles analyseras i real-time av en CCD-kamera, varje partikel som samtidigt är, men separat visualiserat och spårat av en hängiven partikelspårning avbilda analys programmerar.

Därför Att varje partikel visualiseras och analyseras separat, storleksanpassar den resulterande bedömningen av partikeln, och partikeln storleksanpassar fördelning lider inte från begränsningen av att vara en vägd styrka, z-genomsnittet fördelning som är det normala i konventionella helhetmetoder av partikeln som storleksanpassar i denna, storleksanpassar styret, e.g brunnen - etablerad metod av den Dynamiska Ljusa Spridning- (DLS) eller FotonKorrelationSpektroskopin (PCS).

Kapaciteten av NTA samtidigt att mäta partikeln storleksanpassar, och partikelspridningstyrka låter heterogena partikelblandningar lösas, och, huvudsakligen, kan partikelkoncentration beräknas direkt - partikeln storleksanpassar fördelning profilerar erhållande av NTA är en rikta numrerar/frekvensfördelning.

Methodology

Fokuserat fint, laser för 635 nm strålar passeras till och med enkantad optisk lägenhet, R.I.et av som är sådan att stråla bryter på ha kontakt mellan lägenheten och ett vätskelagrar som förläggas ovanför den.

Tack vare profilerar refraktionen, strålakompressarna till en low, den intensiva belysningregionen som nanoparticles som gåva i flytanden filmar, kan lätt visualiseras i via ettarbete distanserar, inpassat för mikroskop för förstoring x20 sakligt till ett annars konventionellt mikroskop (Figurera 1a). Monterat på A.C.-monteringen, inramar en CCD-kamera som fungerar på 30, per understöder, är det van vid tillfångatagandet som en video sätter in av beskådar ungefärligt 100 um x 80 um.

Figurera 1a. NanoSights enhet för laser-belysning

 

Figurera 1b. Schematisk visning som den optiska banan av laseren strålar och upptäcktsmål som beskådar stråla till och med fönstret.

Partiklar i spridningvolymen ses att flyttningen under Brownian vinkar snabbt. NTANA programmerar identifierar och spårar samtidigt centrera av varje partikel på eninrama basalltigenom längden av videoen (typisk 900 inramar, eller 30 understöder).

Figurera 2 shows som förstorad avbildar av två sådan partiklar, och trajectoryen de har tagit över flera, inramar, som spårat av NTAEN avbilda analys programmerar.

Figurera 2. Förstorad avbildar av typisk spårar av röra under Brownian för partiklar. Notera: partiklarna avbildas inte, strukturell information liksom formar att vara nedanföra lösa driver av det använda optiska mikroskopet.

Genomsnittet distanserar flyttningar för varje partikel i x, och y i avbilda beräknas automatiskt. Från detta värdera, den samverka partikeldiffusionen, Dt, kan erhållas och och att veta ta provtemperaturen T och vätskeklibbighetη, den identifierade hydrodynamic diametern D för partikeln. Att dimensionell Brownian rörelse 3 spåras endast i 2, dimensionerar (x och y) hysas av bruk av efter variationen av denEinstein likställanden (Likställande 1); var KB är Boltzmanns konstant.

Likställande 1:

Spänna av partikeln storleksanpassar som kan analyseras av NTA beror på partikeltypen. De lägre storleksanpassar begränsar definieras av partikeln storleksanpassar och partikeln R.I. För mycket partiklar för kicki R liksom colloidal guld- exakt beslutsamhet av storleksanpassa kan uppnås besegrar till 10 nm diametern. För lägre R.I.-partiklar liksom de av den biologiska beskärningen storleksanpassar de minsta som kan spåras styrka endast är mellan 25-35 nm. Denna minimi storleksanpassar begränsar låter, emellertid, analysen av mest typer av viruset. Upperen storleksanpassar begränsar att närma sig, när de Brownian vinkar av en partikel blir för inskränkt för att spåra exakt, diametern för µm typisk 1-2.

Att möjliggöra ett tillräckligt numrera av partiklar som ska analyseras inom en godtagbar tidsperiod (e.g. <60 understöder) som en statistiskt meningsfull och reproducible partikel storleksanpassar från fördelning profilerar kan erhållas, tar prov bör innehålla mellan 10 och7 10 partiklar9 /ml, förtunning av en ta prov som krävs ofta för att uppnå denna koncentration.

Gynna av att vara kompetent samtidigt att mäta två oberoende parametrar liksom partikelspridningstyrka och partikeldiameter (från dynamiskt uppförande) kan bevisa värdesak, i att lösa blandningar av olika partikeltyper (skilja e.g mellan oorganiska och polymerpartiklar av den samma diametern). På motsvarande sätt storleksanpassar lilla skillnader i partikel inom en befolkning kan lösas med långt högre exakthet, än skulle uppnås av andra spridningtekniker för helhet lätt.

Figurera 3. En slätad täppa 3D av storleksanpassar vs. spridd styrka vs.particle för släktingen lätt numrerar av en åldrig blandning av 100 200 nm-polystyrenmicrospheres för nm som och ställer ut partisk aggregation.

Figurera 3 shows som samla delvist tar prov av en blandning av 100 200 nm-polystyrenmicrospheres för nm och, som uppkomsten av maximalt ligga mellan de två primära befolkningarna är indikativen i av starten av aggregation eller dimerisation.

Applikationer

Illviljan som har framkallats och göras endast tillgänglig efter 2006, NTA appliceras mer och mer i en lång räcka av olika applikationer och nu används in över 200 laboratorium som är världsomspännande (som av Oktober 2009). Beskriver efter några av områdena som NTA har applicerats i, och resultat har anmälts.

NanoparticleSyntes & Aggregation

Produktionen av nanoparticles vid pulserad laser-ablation har använt NTA (såväl som DLS) för att bestämma partikeln storleksanpassar fördelning i ett nummer av studier. I dessa visades NTA för att vara bättre anpassat till analysen av polydisperse tar prov.

I en studie av tillväxten och aggregationen av guld- nanoparticles som övervakades av UV-synlig absorbering, fanns TEM (ÖverföringsElektronMicroscopy), DLS och NTA, data från NTA för att korrelera med det erhållande av de andra teknikerna, och Lundahl använde AFM (Atom- StyrkaMicroscopy) och SEM 2000 (ScanningElektronMicroscopy) för att följa syntesen av Ag-nanoparticles förbi citrateförminskning.

NTA var van vid bekräftar monodispersityen av partiklarna och den följande aggregationen på tillägget av NaCl. NTA har varit lyckat van vid övervakar storleksanpassa, och partikeln storleksanpassar fördelning av förkopprar oxidnanoparticles i organisk föroreningdegradering, och tungstenCarbide-Kobolt nanocomposite pudrar som nya nanoscalematerial.

Ändringar i bildandet, spridning och stabilitet av polymrer och polycomplexnanoparticles i både aqueous och vätskesystem kan följas i real-time genom att använda NTA och resultat som jämförs till annan nanoparticle som storleksanpassar tekniker liksom turbidimetry, DLS och TEM.

Jämförbara bedömningar av NTA-tekniken och den är potentiella, som en robustt on-line analytisk metod har också diskuterats, och ett ökande numrerar av studier har jämfört NTA till konventionella metoder för analysen av nanoparticles.

NTA fanns för att instämma väl med SEM 2000bedömningar av den genomsnittliga partikeln storleksanpassar av att storleksanpassa för laser-partikel av microemulsions som bildades av ionic hydrocarbonsurfactants i supercritical CO2. I en jämförbar studie genom att använda flödescytometry, visade DLS och NTA, Harrison att NTA kunde lyckat lösa trimodal fördelningor av kalibreringspartiklar var DLS-data bevisade att känsligt till föroreningar och mätningen meta. Han grundar att stunden NTA inte kan analysera platelets, som är för stora, det är passande för analysering av chylomicrons och av VLDL-partiklar.

I en jämförelse av olika tekniker (AFM, SEM 2000, TEM, optisk microscopy, DLS, NTA, den resonant Raman spektroskopin och absorberingsspektroskopi) för att karakterisera för vätskekristall för kol nanotube-thermotropic nematic komposit, avslutades det att NTA, DLS, AFM och optisk microscopy var mest passande. I en studie av den tunna enheten av binär microgel filmar, NTA var van vid bekräftar lösningsdiffusionskoefficienter.

NanoparticleToxicitet & Verkställer på Biologiska System

I studien av nanoparticletoxicitet har NTA bevisat att användbart i att vara kompetent att bestämma graden som upphängningar av nanoparticles skingras till före att studera som är deras, verkställa på biologiska system. På motsvarande sätt applicerades NTA för att mäta partikeln storleksanpassar fördelning av nanoparticleaggregat, när du utforskade den fria radikala utvecklingen vid nanoparticles genom att använda dithiothreitol som en indikator.

DLS och NTA var van vid utforskar verkställa av ett biologiskt medel på partikeln storleksanpassar av 60 guld- nanoparticles för nm. Resultat från NTA var överens med de av DLS i visning som den genomsnittliga partikeln storleksanpassar ökande av 10 nm, och NTA visade också att bredden (polydispersity) av fördelningen var överens med mätningar gjorde vid andra tekniker.

På motsvarande sätt var verkställa på aggregationen av titanium dioxidnanoparticles vid naturligt vatten- massmedia utstuderad genom att använda DLS och NTA. NTA fanns för att frambringa exaktare data från polydispersed tar prov typer, fast resultat berodde på experimentellt villkorar.

I studien av ha på sig skräp från belägga med metall-på-belägger med metall implantatet, och prostheses, NTA var den van vid showen, för den första tiden, att markant högre koncentrationer av um partiklar <0.5 var gåva, än förväntades att stunder en annan grupp visade att beläggningar planlade att förminska ha på sig på prosthesisen ytbehandlar kan vara skadliga under bestämd omständighet.

Som NTA är kapabel av samtidigt att spåra partiklar på en individbas, kan mer än en parameter mätas för varje partikel.

Fördriva det dynamiska Brownian vinkar aktivitet analyseras för att bestämma partikeln storleksanpassar, det är möjligheten som samtidigt mäter släktingen, genomsnittlig styrka av ljust spritt från varje partikel. Detta låter liknande storleksanpassade partiklar av olika R.I.-partiklar diskrimineras. Därmed NTAS storleksanpassar kapacitet att konspirera partikeln, som en fungera av R.I. var van vid visar förberedelsen av brunn-definierade metallised nanorods för tobakmosaik (TMV)viruset i kickavkastningar och med enhetliga beläggningar.

DrogLeverans & Nanoencapsulation

NTA har varit van vid analyserar ändringar över 1 timme timescales i filtrerade förberedelser av nanocapsules som hade inkorporerats in i enGlycoprotein (P-Gp) substratedrog, tacrolimus, som en roman bildar av en dubblett täckt kontrollerad frigörarutformning.

Det har visats att NTA kan skilja mellan två typer av thiolnanoparticles i en blandning, en av som fanns för att ha snärjde ß-galactosidase enzym och var i motsvarande grad mycket större storleksanpassar in (diametern för 300 nm) än de mindre partiklarna vilken innehöll inget enzym (som identifierades på motsvarande sätt som vara diametern för 150 nm som mätt av NTA och FotonKorrelationSpektroskopi). Den bimodal naturen av blandningen som identifierades av NTA, bekräftades by sätter in microscopy för elektron för utsläppvapenscanning, (FEGSEM) och tillåtet kliver applikationen av ett sucroselutningavskiljande teknik för att avskilja de två partikeltyperna.

Det Lyckade avskiljandet bekräftades av både NTA, och den colorimetric analysvisningen NTA kunde användas direkt i optimering av isoleringen av dessa komplexa partikelblandningar för den följande möjlighetapplikationen i en lång räcka av, bearbetar, och apparater, som kräver functionalised katalytiskt, ytbehandlar, liksom biosensors och biocatalytic reaktorer.

I en studie av verkställa av ökande var kedjalängden över C-18 och det varierande oxidationen som var jämn i synthesised N4, N9--diacylspermines på DNA- och siRNAutformningen NTA och att släcka för ethidiumbanalitetfluorescence, van vid bestämmer kapaciteterna av dessa nya sammansättningar att kondensera DNA och att bilda nanoparticles.

Den Lyckade characterisationen vid dessa tekniker identifierade effektiv pEGFP, och den siRNAutformningen och leveransen till primärt flår, och cancercellen fodrar. På motsvarande sätt var en RiboGreen intercalationanalys och att storleksanpassa för NTA-partikeln van vid bestämmer verkställa av i sekvens att ändra kedjalängden, jämn oxidation och laddningsfördelning i N4, N9-diacyl och N4, N9--dialkylspermines på deras kapacitet till röran till siRNA och bildar nanoparticles.

I en annan anticancer för studie bispecific och antiangiogenic polymer-alendronate-taxane konjugerar framkallning som uppsätta som mål benmetastases, bekräftades som vara 95 nm som är genomsnittliga som storleksanpassat av NTA.

Vaccineraa Produktion

En jämförelse av att dyka upp analytiska tekniker för att karakterisera ett virus- vaccin för nm diameter 40 för både forskning- och produktionapplikationer för en tid sedan har burits ut i vilken NTA jämfördes med mer etablerad tekniker liksom TEM (ÖverföringsElektronMikroskop), DLS (den Dynamiska Ljusa Spridningen), för Statisk elektricitet Spridning Lätt, Storleksanpassar det Mång- Uteslutandet - Meta den Ljusa Spridningen (SEC-MALS), Assymetriskt Flöde - (Sätta In FlödesFractionationen i kombination med SLS och Analytisk Ultra Centrifugation).

Fördriva varje teknik var ansett att ha både strykor, och svagheter som analytiska metoder i denna applikation (se för att Bordlägga nedanför 1), endast NTA visades för att vara exakta på båda den standarda hänvisa till, och kickkoncentration tar prov typer som ger en primär partikeldiameter av 40 nm för varje, eftersom DLS och SEC-MALS (de enda två teknikerna som är kapabla av arbete på båda koncentrationer) gav 42 nm och 68 nm (SEC-MALS) och 56 nm och 66 nm (DLS) för viruspartikeln för 40 nm.

Bordlägga 1. NTA-jämförelse till traditionella methodologies för partikelcharacterisation.

Teknik

Strykor

Svagheter

TEM

Visualisation av viruset

Kicken kostar

Komplex tar prov förberedelsetillvägagångssätt

Dynamisk Ljus Spridning (DLS)

Fasta resultat-kicken tar prov genomgång

Direct tar prov mätning-ingen förtunning på kolonn

Komplex datautvärdering

Inte en kvantitativ metod

Fattigt för komplex, polydisperse ta prov
typer (e.g många biologiskt tar prov typer),

Statisk elektricitet Tänder Spridning (SLS)

Godkänt pålitligt metod-qualifiable

Minimien tar prov den nödvändiga förberedelsen

Analys av låg koncentration tar prov

Medlet kostar, utbildade operatörer, kick
standart av utrustningunderhåll

Sample förtunnade i mobil arrangerar gradvis

Möjlighetväxelverkan mellan stationärt arrangerar gradvis och tar prov

Assymetriskt Sätta In Flöde
Fractionation

Ingen växelverkan mellan den stationära kolonnen arrangerar gradvis och tar prov

Analys av låg koncentration tar prov

Medlet kostar, utbildade operatörer, en hög klass av utrustningunderhåll

Sample förtunnade i mobil arrangerar gradvis

Analytisk Ultra Centrifugation

Kickupplösning

Exakt infött molekylärt väger för att stötta SEKUND-metoder thus som mycket är användbara för proteiner

Kicken kostar

Komplex tar prov preperation- & datautvärdering

Lowen tar prov genomgång

NTA

Lowen kostar - enkelt att använda

Fasta resultat - kicken tar prov genomgång

Ta xxxx_646-liten Analys av låg koncentration tar prov volym

Ta Prov den nödvändiga förtunningen

Inskränkt Ny metod - erfara för att rely på

Figurerar 2a, och 2b förtunningar för showen två av ta prov, Figurerar 2a som är mer som är utspätt, tar prov som innehåller därmed en lägre koncentration av aggregat. Figurera shows 2b som den högre koncentrationen tar prov i vilket det i motsvarande grad högre numrerar av aggregat kan vara klart distingerad men som inte påverka exaktheten av analys av den primära partikeln för 40 nm.

Notera också y-axeln fjäll som ger den olika visningen för partikelkoncentrationer (för higher ta prov b) den viktiga partikeln som räknar fördel av NTA över DLS, som inte kan frambringa sådan data. Också visas de växande täpporna i understorlek för varje fördelning.

Figurera 2a. Låg koncentration av en virusförberedelse för 40 nm

Figurera 2b. Högre koncentration av den samma materiella visningnärvaroen av aggregat och fäller ned primära partikelkoncentrationer

Ett mer ytterligare exempel av insensitivityen av NTA till närvaroen av aggregat i en ta prov visas klart i efter exemplet. Another tar prov av viruset som över beskrivas, mättes av NTA på diametern för 45 nm (Figurera 3a).

Emellertid efter tar prov agitation av samma vid enkelt skaka för några understöder, saxspänningen sågs för att ha framkallad aggregation i viruset tar prov (Figurera 3b).

Figurera 3a. Partikeln Storleksanpassar/Koncentration

Figurera 3b. Partikeln Storleksanpassar/Koncentration

Partikeln storleksanpassar fördelning profilerar av en virus tar prov a) för, och b) efter saxspänning framkallade aggregation. Notera ändringen i fjäll av de normaliserade lodlinjeaxelshowsna en tappa i koncentrationen av partiklar på aggregation (från ungefärligt 80x10^6 particles/ml till ungefärligt 50x10^6 particles/ml). Sådan information är icke tillgänglig till andra ljusa spridningtekniker för helhet liksom DLS.

Avslutning

NTA är en rikta och fastar tekniken som nanoparticles i deras naturliga solvated statligt i en flytande kan snabbt avkännas, storleksanpassas och räknas av. Fördriva inskränkt till partiklar av 10-20nm och ovanför och till koncentration spänner mellan 107 - 109 partiklar per ml, kapaciteten samtidigt att visualisera och analysera nanoparticles på en individbas låter för mycket förbättrad upplösning av polydisperse, och/eller heterogent ta prov typer.

Tekniken kan vara det van vid komplement som existerande tekniker för storleksanpassa av nanoparticles (e.g. DLS, PCS) som låter data erhållande från dessa metoder som ska valideras by, riktar microscopical observationer av ta prov. Bordlägga 2 ovanför sidan resumerar applikationerna och tar prov typer som NTA har applicerats till hitintills.

Denna information har varit sourced, granskad och anpassad från material förutsatt att av NanoSight.

För mer information behaga besök NanoSight.

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

Last Update: 7. March 2013 10:44

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit