納米顆粒跟蹤的分析的應用 (NTA)在納米顆粒研究的

AZoNano

包括的事宜

簡介
方法
應用
納米顆粒綜合 & 彙總
納米顆粒有毒 & 作用對生物系統
藥物發運 & Nanoencapsulation
疫苗生產
結論

簡介

儘管得到範圍的準確估計的成長的重要性、 nanoscale 微粒的大小分佈和濃度在一個越來越寬應用範圍的,得到這樣信息 (即電子顯微鏡術和光散射) 的現有的技術特別地在範例可能證明費時和難的複雜和的結果解釋,哪些是異種的在構成或哪些包含微粒大小的範圍,即是多分散的。

納米顆粒跟蹤的分析 (NTA)是對在液體的 nanoparticles 的直接和實時形象化和分析的一個新開發的方法。 憑激光被闡明的微小技術, nanoparticles 的布朗運動在實時被分析被 CCD 照相機的每個微粒同時,但是分別地形象化和跟蹤由一個專用的粒子徑跡圖像分析程序。

由於每個微粒分別地形象化并且被分析,顆粒大小和粒度分佈的發生的估計不遭受限制是被衡量的強度,是正常的在顆粒大小常規合奏方法在此範圍政權,即這個源遠流長的方法的動態光散射或光子 (DLS)相關性分光學的z 平均配電器 (PCS)。

允許異種微粒混合物解決 NTA 的能力同時評定分散強度的顆粒大小和微粒,并且,重要地,微粒濃度可以直接地估計 - NTA 獲得的粒度分佈配置文件是直接編號/頻率分佈。

方法

一細致集中, 635 毫微米激光通過棱鏡接近的光學平度, R.i. 是這樣這條射線折射在它上和一塊液體層之間的界面被安置的這層艙內甲板。

由於折射,對 nanoparticles 當前在這部液體影片可以通過一個長從事的距離容易地形象化的一個低調,強烈的照明區域, x20 放大顯微鏡目的射線壓縮適合到一個否則常規顯微鏡 (圖 1a)。 掛接在 A.c. 掛接, CCD 照相機,運行在 30 個每秒傳輸幀數,用於獲取視頻視野大約 100 um x 80 um。

圖 1a。 NanoSight 的激光照明模塊

 

圖 1b。 顯示激光和檢測目的光學路徑的概要查看射線通過視窗

在分散數量的微粒是被看到的迅速移動在布朗運動下。 NTA 程序同時識別并且跟蹤每個微粒的中心根據一個框架由框架基本類型的在錄影中 (典型地 900 個框架或 30 秒) 的長度。

他們接收了幾個框架如跟蹤由 NTA 圖像分析程序的圖 2 顯示二個這樣的微粒的一個擴大的圖像和這條彈道。

圖 2。 微粒典型的跟蹤的一個擴大的圖像移動在 Brownian 下的。 注意: 微粒不是印象,結構信息例如形狀在使用的光學顯微鏡下的分辨能力。

每個微粒移動 x 的平均距離,并且在這個圖像的 y 自動地被計算。 從此值,微粒擴散率, Dt,可以得到和,認識範例溫度 T 和溶解的黏度η, d 被識別的微粒水力直徑。 3 尺寸勃朗運動在 2 維數仅被跟蹤 (x 和 y) 利用昇火愛因斯坦等式適應 (式 1) 的下列差異; 那裡 KB 是伯磁曼的常數。

式 1 :

可以被 NTA 分析微粒大小的範圍取決於微粒類型。 更低的範圍限額是由顆粒大小和微粒 R.i. 定義的。 对非常高 Ri 微粒例如膠質金子,範圍的準確確定可以達到下來到 10 毫微米直徑。 对更低的 R.i. 微粒,例如那些生物起源,最小的可發現的範圍也許只在 25-35 毫微米之間。 此最小的範圍限額允許,然而,對病毒的多數類型的分析。 上面的範圍限額處理,當微粒的布朗運動變得太有限以至於不能準確地時跟蹤,典型地 1-2 µm 直徑。

要使微粒的一個滿足的編號在一個可接受的時間期 (即 <60 內被分析秒鐘) 一個統計上有意義和再現粒度分佈配置文件可以獲得,範例應該包含在 10 個和7 10 個微粒9 /ml,經常要求的範例的稀釋之間達到此濃度。

福利的能同時評定二個獨立參數例如分散強度和微粒直徑的微粒 (從動態特性) 可能證明在解決的混合物的貴重物品不同的微粒類型 (即區分在同一條直徑的無機和聚合物微粒之間)。 同樣,在顆粒大小上的小的區別在人口內比將用其他合奏光散射技術可以解決與更高精確度達到。

圖 3。 範圍一種使光滑的 3D 劇情與相對光分散 100 個毫微米和 200 個毫微米多苯乙烯微球體一個變老的混合物的強度 vs.particle 編號陳列部分彙總的。

圖 3 顯示 100 個毫微米和 200 個毫微米多苯乙烯微球體的混合物的一個部分地綜合的範例放在二主要人口之間的峰頂誕生是預示的彙總或二聚作用起始。

應用

儘管只被開發和使可用自 2006年以來, NTA 是越來越應用的在各種各樣不同的應用和現在用於全世界 200 個的實驗室 (在 2009 10月)。 下列描述 NTA 適用,并且結果報告了的某些區。

納米顆粒綜合 & 彙總

nanoparticles 的生產由脈衝激光器燒蝕的在一定數量的研究中使用 NTA (以及 DLS) 確定粒度分佈。 在這些, NTA 顯示更好地適合到對多分散的範例的分析。

在金 nanoparticles 的增長和彙總的研究中紫外可視吸收監控的,發現 TEM (透射電鏡術), DLS 和 NTA,從 NTA 的數據關聯與其他技術獲得的那,并且 Lundahl 使用 AFM (基本強制顯微學) 和 SEM (掃描電子顯微鏡術) 被枸櫞酸鹽減少按照 Ag nanoparticles 綜合。

NTA 用於確認微粒和隨後的彙總的 monodispersity 在 NaCl 的添加。 NTA 順利地用於監控氧化銅 nanoparticles 和鎢碳化物鈷 nanocomposite 粉末的範圍和粒度分佈在有機汙染物降低的作為新的 nanoscale 材料。

在形成的變化、聚合物的散射和穩定性上和在含水和溶解的系統的 polycomplex nanoparticles 可以按照在實時使用 NTA 和結果與其他納米顆粒大小技術比較例如濁度計法、 DLS 和 TEM。

比較鑒定對 NTA 技術和它是潛在的,因為一個穩健在線分析方法也討論,并且增加號碼研究與對 nanoparticles 的分析的常規方法比較了 NTA。

發現 NTA 很好與激光在超臨界 CO. 的離子碳氫化合物表面活化劑形成的微乳液顆粒大小的平均顆粒大小一致的 SEM 估計。2 在使用流式細胞術的比較研究中, DLS 和 NTA,哈里遜向顯示 NTA 可能順利地解決的定標微粒 trimodal 配電器 DLS 數據證明敏感對汙染物和評定角度。 他發現, NTA 不可能分析太大的血小板,適用於分析 chylomicrons 和 VLDL 微粒。

在比較不同的技術 (AFM、 SEM、 TEM、光學顯微學、 DLS、 NTA、共振喇曼分光學和吸收光譜學) 的分析碳 nanotube 正溫向列的液晶綜合,推斷 NTA、 DLS、 AFM 和光學顯微學是最適當的。 在二進制 microgel 薄膜裝配的研究中, NTA 用於確認解決方法擴散率。

納米顆粒有毒 & 作用對生物系統

在納米顆粒有毒的研究中, NTA 證明有用在能確定 nanoparticles 暫掛在學習他們的對生物系統的作用之前被分散的程度。 同樣,當調查自由基生成使用 dithiothreitol 作為指示符時, nanoparticles 適用 NTA 評定納米顆粒綜合的粒度分佈。

DLS 和 NTA 用於調查一個生物媒體的作用對 60 毫微米金 nanoparticles 的顆粒大小。 從 NTA 的結果是與那些在顯示 10 增加的平均顆粒大小的 DLS 意見的一致毫微米,并且 NTA 也向顯示廣度 (多分散性) 這個配電器是與其他技術做的評定意見的一致。

同樣,使用 DLS 和 NTA,對二氧化鈦 nanoparticles 的彙總的作用由自然水生媒體的被學習了。 發現 NTA 生成從 polydispersed 範例類型的更加準確的數據,雖然結果取決於試驗條件。

在穿戴殘骸的研究中從金屬在金屬植入管和假肢的, NTA 用於顯示,第一次,顯著 <0.5 um 微粒的更高的濃度比在假肢表面的期望的,當另一個組向顯示時是存在塗層設計減少穿戴可以不利的在某一情況下。

因為 NTA 能够以具體情況同時跟蹤微粒,超過一個參數可以為每個微粒被評定。

當分析動態布朗運動活動確定顆粒大小時,同時評定從每個微粒光分散的相對,平均強度是可能的。 這允許不同的 R.i. 微粒相似的大小的微粒被歧視。 相應地, NTA 的能力密謀顆粒大小作為 R.i. 功能用於展示明確定義的金屬化的煙草斑紋病毒 nanorods 的準備 (TMV)在高產量和與統一塗層。

藥物發運 & Nanoencapsulation

NTA 在合併 P 糖蛋白 nanocapsules 的被過濾的準備用於分析更改 1 時數時標 (P-gp) 基體藥物, tacrolimus,作為一種雙層塗布的受控版本公式化的一個新的形式。

顯示 NTA 可能區分在硫烴 nanoparticles 之間的二種類型在混合物的,其中之一被發現有被坑害的 ß 半乳糖甘酶酵素并且在大小上相應地是大 (300 毫微米直徑) 比更小的顆粒哪些沒有包含酵素 (類似被識別作為是 150 毫微米直徑如評定由 NTA 和光子相關性分光學)。 NTA 確定的這個混合物的雙峰本質由場致發射槍掃描電子顯微鏡術確認 (FEGSEM)并且允許蔗糖梯度分隔步驟技術的應用分隔二個微粒類型。

成功的分隔由 NTA 確認,并且顯示 NTA 的比色法檢驗直接地在優選在各種各樣的進程和設備中可能使用這些複雜微粒混合物的隔離為隨後的可能的應用哪些要求催化作用的 functionalised 表面,例如生理傳感器和生物催化劑的反應器。

在增加在 C-18 的鏈長和變化在被綜合的 N4 的氧化作用級別的作用的研究中, N9-diacyl 精胺對脫氧核糖核酸和 siRNA 公式化 NTA 和溴化乙錠熒光熄滅用於確定這些新穎的化合物的能力凝聚脫氧核糖核酸和形成 nanoparticles。

成功的描述特性用這些技術識別高效的 pEGFP 和 siRNA 公式化和發運對主要皮膚和癌症細胞系。 同樣, RiboGreen 插入檢驗和 NTA 微粒大小用於確定連續更改鏈長、氧化作用級別和電荷分佈的作用在 N4、 N9-diacyl 和 N4, N9 二烷基的精胺在他們的能力束縛到 siRNA 和形成 nanoparticles。

在被開發的另一研究 bispecific 抗癌和 antiangiogenic 聚合物alendronate taxane 共軛瞄準骨頭轉移被確認了作為是 95 毫微米平均如估量由 NTA

疫苗生產

分析研究和生產應用程序的 40 毫微米直徑病毒疫苗的湧現的分析技術比較最近被執行了 NTA 與被設立的技術比較例如 TEM (傳輸電子顯微鏡), DLS (動態光散射),靜態光散射,範圍排除 - 多角度光散射 (SEC-MALS),不對稱的流 - (與 SLS 和分析超離心法的組合場流分級法)。

當每個技術考慮有 (no meanings) 時作為分析方法的在此應用 (參見下面的表 1) 仅 NTA 證明是準確的在產生一條主要微粒直徑 40 毫微米的參比標準器和高濃度範例類型其中每一的,而 DLS 和 SEC-MALS (唯一的二個技術能够從事以兩濃度) 產生 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。

與傳統方法的表 1. NTA 比較的微粒描述特性。

技術

力量

缺點

TEM

病毒的形象化

高費用

複雜範例準備程序

動態光散射 (DLS)

快速結果高的範例處理量

直接範例在列的評定沒有稀釋

複雜數據評估

不是一個定量方法

複雜,多分散的範例的貧寒
類型 (即許多生物範例類型)

靜態光散射 (SLS)

批准,可靠方法可限制

必要最小的範例的準備

對低濃度範例的分析

媒體費用,被培訓的運算符,高
設備維修標準

在流動相稀釋的範例

固定相和範例之間的可能的交往

不對稱的域流
分餾

列固定相和範例之間的沒有交往

對低濃度範例的分析

媒體費用,被培訓的運算符,設備維修高標準

在流動相稀釋的範例

分析超離心法

高分辨率

因而支持 SEC 方法的準確當地分子量非常有用為蛋白質

高費用

複雜範例 preperation & 數據評估

低範例處理量

NTA

易用的低成本 -

快速結果 - 高範例處理量

對低濃度的分析範例小的範例數量

必要範例的稀釋

新的方法 - 取決於的有限經驗

圖 2a 和 2b 顯示這個範例,是的圖 2a 的二稀釋多稀釋範例哪些相應地包含綜合的更低的濃度。 圖 2b 顯示綜合的相應地高數量可以是明顯地著名的,但是的更高的濃度範例在哪些不要影響對主要 40 毫微米微粒的分析的準確性。

也注意產生不同的微粒濃度的 Y軸縮放比例 (更高為顯示重大的微粒的範例 b) 計數 NTA 的好處在 DLS 的哪些不可能生成這樣數據。 並且顯示每個配電器的漸增比一般小的劇情。

圖 2a。 40 毫微米病毒準備的低濃度

圖 2b。 顯示綜合的出現同一材料的更高的濃度和降低主要微粒濃度

NTA 感覺遲鈍的一個進一步示例對綜合出現的在範例的在下列示例明顯地顯示。 被描述的病毒的另一個範例上面由在 45 毫微米直徑 (圖 3a) 的 NTA 評定。

然而,在同一個範例的鼓動之後通過簡單幾秒鐘震動,抗剪應力被看到有在病毒範例 (圖 3b) 的導致的彙總。

圖 3a。 顆粒大小/濃度

圖 3b。 顆粒大小/濃度

病毒範例以前 a) 的粒度分佈配置文件在剪減輕壓力的彙總以後的和 b)。 注意在正常化的垂直的軸顯示的縮放比例的上變化在微粒的濃度的下落在彙總的 (從對近似 50x10^6 particles/ml) 的近似 80x10^6 particles/ml。 這樣信息是未提供的對其他合奏光散射技術例如 DLS。

結論

NTA 是在他們的自然 solvated 狀態的 nanoparticles 在液體可以檢測,迅速地估量和計數的一個直接和快速技術。 當限制到 10-20nm 微粒和在和對在 10 之間的濃度範圍上7 - 時每個9 ml,這個能力 10 個微粒同時形象化和分析 nanoparticles 以具體情況允許多分散並且/或者異種範例類型的被改進的解決方法。

這個技術可以用於補充允許數據的大小的現有的技術 nanoparticles (即 DLS, PCS) 得到從這個範例的直接微小觀察將驗證的這些方法。 表 2 上述頁總結應用并且抽樣 NTA 迄今適用的類型。

此信息是來源,覆核和適應從 NanoSight 提供的材料。

對於更多信息请請參觀 NanoSight

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

Last Update: 7. March 2013 10:41

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