纳米颗粒跟踪的分析的应用 (NTA)在纳米颗粒研究的

AZoNano

包括的事宜

简介
方法
应用
纳米颗粒综合 & 汇总
纳米颗粒有毒 & 作用对生物系统
药物发运 & Nanoencapsulation
疫苗生产
结论

简介

尽管得到范围的准确估计的成长的重要性、 nanoscale 微粒的大小分布和浓度在一个越来越宽应用范围的,得到这样信息 (即电子显微镜术和光散射) 的现有的技术特别地在范例可能证明费时和难的复杂和的结果解释,哪些是异种的在构成或哪些包含微粒大小的范围,即是多分散的。

纳米颗粒跟踪的分析 (NTA)是对在液体的 nanoparticles 的直接和实时形象化和分析的一个新开发的方法。 凭激光被阐明的微小技术, nanoparticles 的布朗运动在实时被分析被 CCD 照相机的每个微粒同时,但是分别地形象化和跟踪由一个专用的粒子径迹图象分析程序。

由于每个微粒分别地形象化并且被分析,颗粒大小和粒度分布的发生的估计不遭受限制是被衡量的强度,是正常的在颗粒大小常规合奏方法在此范围政权,即这个源远流长的方法的动态光散射或光子 (DLS)相关性分光学的z 平均配电器 (PCS)。

允许异种微粒混合物解决 NTA 的能力同时评定分散强度的颗粒大小和微粒,并且,重要地,微粒浓度可以直接地估计 - NTA 获得的粒度分布配置文件是直接编号/频率分布。

方法

一细致集中, 635 毫微米激光通过棱镜接近的光学平度, R.i. 是这样这条射线折射在它上和一块液体层之间的界面被安置的这层舱内甲板。

由于折射,对 nanoparticles 当前在这部液体影片可以通过一个长从事的距离容易地形象化的一个低调,强烈的照明区域, x20 放大显微镜目的射线压缩适合到一个否则常规显微镜 (图 1a)。 挂接在 A.c. 挂接, CCD 照相机,运行在 30 个每秒传输帧数,用于获取视频视野大约 100 um x 80 um。

图 1a。 NanoSight 的激光照明模块

 

图 1b。 显示激光和检测目的光学路径的概要查看射线通过视窗

在分散数量的微粒是被看到的迅速移动在布朗运动下。 NTA 程序同时识别并且跟踪每个微粒的中心根据一个框架由框架基本类型的在录影中 (典型地 900 个框架或 30 秒) 的长度。

他们接收了几个框架如跟踪由 NTA 图象分析程序的图 2 显示二个这样的微粒的一个扩大的图象和这条弹道。

图 2。 微粒典型的跟踪的一个扩大的图象移动在 Brownian 下的。 注意: 微粒不是印象,结构信息例如形状在使用的光学显微镜下的分辨能力。

每个微粒移动 x 的平均距离,并且在这个图象的 y 自动地被计算。 从此值,微粒扩散率, Dt,可以得到和,认识范例温度 T 和溶解的黏度η, d 被识别的微粒水力直径。 3 尺寸勃朗运动在 2 维数仅被跟踪 (x 和 y) 利用升火爱因斯坦等式适应 (式 1) 的下列差异; 那里 KB 是伯磁曼的常数。

式 1 :

可以被 NTA 分析微粒大小的范围取决于微粒类型。 更低的范围限额是由颗粒大小和微粒 R.i. 定义的。 对非常高 Ri 微粒例如胶质金子,范围的准确确定可以达到下来到 10 毫微米直径。 对更低的 R.i. 微粒,例如那些生物起源,最小的可发现的范围也许只在 25-35 毫微米之间。 此最小的范围限额允许,然而,对病毒的多数类型的分析。 上面的范围限额处理,当微粒的布朗运动变得太有限以至于不能准确地时跟踪,典型地 1-2 µm 直径。

要使微粒的一个满足的编号在一个可接受的时间期 (即 <60 内被分析秒钟) 一个统计上有意义和再现粒度分布配置文件可以获得,范例应该包含在 10 个和7 10 个微粒9 /ml,经常要求的范例的稀释之间达到此浓度。

福利的能同时评定二个独立参数例如分散强度和微粒直径的微粒 (从动态特性) 可能证明在解决的混合物的贵重物品不同的微粒类型 (即区分在同一条直径的无机和聚合物微粒之间)。 同样,在颗粒大小上的小的区别在人口内比将用其他合奏光散射技术可以解决与更高精确度达到。

图 3。 范围一种使光滑的 3D 剧情与相对光分散 100 个毫微米和 200 个毫微米多苯乙烯微球体一个变老的混合物的强度 vs.particle 编号陈列部分汇总的。

图 3 显示 100 个毫微米和 200 个毫微米多苯乙烯微球体的混合物的一个部分地综合的范例放在二主要人口之间的峰顶诞生是预示的汇总或二聚作用起始。

应用

尽管只被开发和使可用自 2006年以来, NTA 是越来越应用的在各种各样不同的应用和现在用于全世界 200 个的实验室 (在 2009 10月)。 下列描述 NTA 适用,并且结果报告了的某些区。

纳米颗粒综合 & 汇总

nanoparticles 的生产由脉冲激光器烧蚀的在一定数量的研究中使用 NTA (以及 DLS) 确定粒度分布。 在这些, NTA 显示更好地适合到对多分散的范例的分析。

在金 nanoparticles 的增长和汇总的研究中紫外可视吸收监控的,发现 TEM (透射电镜术), DLS 和 NTA,从 NTA 的数据关联与其他技术获得的那,并且 Lundahl 使用 AFM (基本强制显微学) 和 SEM (扫描电子显微镜术) 被枸橼酸盐减少按照 Ag nanoparticles 综合。

NTA 用于确认微粒和随后的汇总的 monodispersity 在 NaCl 的添加。 NTA 顺利地用于监控氧化铜 nanoparticles 和钨碳化物钴 nanocomposite 粉末的范围和粒度分布在有机污染物降低的作为新的 nanoscale 材料。

在形成的变化、聚合物的散射和稳定性上和在含水和溶解的系统的 polycomplex nanoparticles 可以按照在实时使用 NTA 和结果与其他纳米颗粒大小技术比较例如浊度计法、 DLS 和 TEM。

比较鉴定对 NTA 技术和它是潜在的,因为一个稳健在线分析方法也讨论,并且增加号码研究与对 nanoparticles 的分析的常规方法比较了 NTA。

发现 NTA 很好与激光在超临界 CO. 的离子碳氢化合物表面活化剂形成的微乳液颗粒大小的平均颗粒大小一致的 SEM 估计。2 在使用流式细胞术的比较研究中, DLS 和 NTA,哈里逊向显示 NTA 可能顺利地解决的定标微粒 trimodal 配电器 DLS 数据证明敏感对污染物和评定角度。 他发现, NTA 不可能分析太大的血小板,适用于分析 chylomicrons 和 VLDL 微粒。

在比较不同的技术 (AFM、 SEM、 TEM、光学显微学、 DLS、 NTA、共振喇曼分光学和吸收光谱学) 的分析碳 nanotube 正温向列的液晶综合,推断 NTA、 DLS、 AFM 和光学显微学是最适当的。 在二进制 microgel 薄膜装配的研究中, NTA 用于确认解决方法扩散率。

纳米颗粒有毒 & 作用对生物系统

在纳米颗粒有毒的研究中, NTA 证明有用在能确定 nanoparticles 暂挂在学习他们的对生物系统的作用之前被分散的程度。 同样,当调查自由基生成使用 dithiothreitol 作为指示符时, nanoparticles 适用 NTA 评定纳米颗粒综合的粒度分布。

DLS 和 NTA 用于调查一个生物媒体的作用对 60 毫微米金 nanoparticles 的颗粒大小。 从 NTA 的结果是与那些在显示 10 增加的平均颗粒大小的 DLS 意见的一致毫微米,并且 NTA 也向显示广度 (多分散性) 这个配电器是与其他技术做的评定意见的一致。

同样,使用 DLS 和 NTA,对二氧化钛 nanoparticles 的汇总的作用由自然水生媒体的被学习了。 发现 NTA 生成从 polydispersed 范例类型的更加准确的数据,虽然结果取决于试验条件。

在穿戴残骸的研究中从金属在金属植入管和假肢的, NTA 用于显示,第一次,显着 <0.5 um 微粒的更高的浓度比在假肢表面的期望的,当另一个组向显示时是存在涂层设计减少穿戴可以不利的在某一情况下。

因为 NTA 能够以具体情况同时跟踪微粒,超过一个参数可以为每个微粒被评定。

当分析动态布朗运动活动确定颗粒大小时,同时评定从每个微粒光分散的相对,平均强度是可能的。 这允许不同的 R.i. 微粒相似的大小的微粒被歧视。 相应地, NTA 的能力密谋颗粒大小作为 R.i. 功能用于展示明确定义的金属化的烟草斑纹病毒 nanorods 的准备 (TMV)在高产量和与统一涂层。

药物发运 & Nanoencapsulation

NTA 在合并 P 糖蛋白 nanocapsules 的被过滤的准备用于分析更改 1 时数时标 (P-gp) 基体药物, tacrolimus,作为一种双层涂布的受控版本公式化的一个新的形式。

显示 NTA 可能区分在硫烃 nanoparticles 之间的二种类型在混合物的,其中之一被发现有被坑害的 ß 半乳糖甘酶酵素并且在大小上相应地是大 (300 毫微米直径) 比更小的颗粒哪些没有包含酵素 (类似被识别作为是 150 毫微米直径如评定由 NTA 和光子相关性分光学)。 NTA 确定的这个混合物的双峰本质由场致发射枪扫描电子显微镜术确认 (FEGSEM)并且允许蔗糖梯度分隔步骤技术的应用分隔二个微粒类型。

成功的分隔由 NTA 确认,并且显示 NTA 的比色法检验直接地在优选在各种各样的进程和设备中可能使用这些复杂微粒混合物的隔离为随后的可能的应用哪些要求催化作用的 functionalised 表面,例如生理传感器和生物催化剂的反应器。

在增加在 C-18 的链长和变化在被综合的 N4 的氧化作用级别的作用的研究中, N9-diacyl 精胺对脱氧核糖核酸和 siRNA 公式化 NTA 和溴化乙锭荧光熄灭用于确定这些新颖的化合物的能力凝聚脱氧核糖核酸和形成 nanoparticles。

成功的描述特性用这些技术识别高效的 pEGFP 和 siRNA 公式化和发运对主要皮肤和癌症细胞系。 同样, RiboGreen 插入检验和 NTA 微粒大小用于确定连续更改链长、氧化作用级别和电荷分布的作用在 N4、 N9-diacyl 和 N4, N9 二烷基的精胺在他们的能力束缚到 siRNA 和形成 nanoparticles。

在被开发的另一研究 bispecific 抗癌和 antiangiogenic 聚合物alendronate taxane 共轭瞄准骨头转移被确认了作为是 95 毫微米平均如估量由 NTA

疫苗生产

分析研究和生产应用程序的 40 毫微米直径病毒疫苗的涌现的分析技术比较最近被执行了 NTA 与被设立的技术比较例如 TEM (传输电子显微镜), DLS (动态光散射),静态光散射,范围排除 - 多角度光散射 (SEC-MALS),不对称的流 - (与 SLS 和分析超离心法的组合场流分级法)。

当每个技术考虑有 (no meanings) 时作为分析方法的在此应用 (参见下面的表 1) 仅 NTA 证明是准确的在产生一条主要微粒直径 40 毫微米的参比标准器和高浓度范例类型其中每一的,而 DLS 和 SEC-MALS (唯一的二个技术能够从事以两浓度) 产生 42 毫微米和 68 毫微米 (SEC-MALS) 和 56 毫微米和 66 毫微米 (DLS) 40 毫微米病毒微粒的。

与传统方法的表 1. NTA 比较的微粒描述特性。

技术

力量

缺点

TEM

病毒的形象化

高费用

复杂范例准备程序

动态光散射 (DLS)

快速结果高的范例处理量

直接范例在列的评定没有稀释

复杂数据评估

不是一个定量方法

复杂,多分散的范例的贫寒
类型 (即许多生物范例类型)

静态光散射 (SLS)

批准,可靠方法可限制

必要最小的范例的准备

对低浓度范例的分析

媒体费用,被培训的运算符,高
设备维修标准

在流动相稀释的范例

固定相和范例之间的可能的交往

不对称的域流
分馏

列固定相和范例之间的没有交往

对低浓度范例的分析

媒体费用,被培训的运算符,设备维修高标准

在流动相稀释的范例

分析超离心法

高分辨率

因而支持 SEC 方法的准确当地分子量非常有用为蛋白质

高费用

复杂范例 preperation & 数据评估

低范例处理量

NTA

易用的低成本 -

快速结果 - 高范例处理量

对低浓度的分析范例小的范例数量

必要范例的稀释

新的方法 - 取决于的有限经验

图 2a 和 2b 显示这个范例,是的图 2a 的二稀释多稀释范例哪些相应地包含综合的更低的浓度。 图 2b 显示综合的相应地高数量可以是明显地著名的,但是的更高的浓度范例在哪些不要影响对主要 40 毫微米微粒的分析的准确性。

也注意产生不同的微粒浓度的 Y轴缩放比例 (更高为显示重大的微粒的范例 b) 计数 NTA 的好处在 DLS 的哪些不可能生成这样数据。 并且显示每个配电器的渐增比一般小的剧情。

图 2a。 40 毫微米病毒准备的低浓度

图 2b。 显示综合的出现同一材料的更高的浓度和降低主要微粒浓度

NTA 感觉迟钝的一个进一步示例对综合出现的在范例的在下列示例明显地显示。 被描述的病毒的另一个范例上面由在 45 毫微米直径 (图 3a) 的 NTA 评定。

然而,在同一个范例的鼓动之后通过简单几秒钟震动,抗剪应力被看到有在病毒范例 (图 3b) 的导致的汇总。

图 3a。 颗粒大小/浓度

图 3b。 颗粒大小/浓度

病毒范例以前 a) 的粒度分布配置文件在剪减轻压力的汇总以后的和 b)。 注意在正常化的垂直的轴显示的缩放比例的上变化在微粒的浓度的下落在汇总的 (从对近似 50x10^6 particles/ml) 的近似 80x10^6 particles/ml。 这样信息是未提供的对其他合奏光散射技术例如 DLS。

结论

NTA 是在他们的自然 solvated 状态的 nanoparticles 在液体可以检测,迅速地估量和计数的一个直接和快速技术。 当限制到 10-20nm 微粒和在和对在 10 之间的浓度范围上7 - 时每个9 ml,这个能力 10 个微粒同时形象化和分析 nanoparticles 以具体情况允许多分散并且/或者异种范例类型的被改进的解决方法。

这个技术可以用于补充允许数据的大小的现有的技术 nanoparticles (即 DLS, PCS) 得到从这个范例的直接微小观察将验证的这些方法。 表 2 上述页总结应用并且抽样 NTA 迄今适用的类型。

此信息是来源,复核和适应从 NanoSight 提供的材料。

对于更多信息请参观 NanoSight

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

Last Update: 7. March 2013 10:40

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