Анализ отслеживания наночастиц - Nanoparticle tracking analysis

Анализ отслеживания наночастиц (NTA) - это метод визуализации и анализа частиц в жидкостях, который связывает скорость Броуновское движение к размеру частиц. Скорость движения связана только с вязкость и температура жидкости; на него не влияют частицы плотность или же показатель преломления. NTA позволяет определять профиль распределения по размерам мелких частиц диаметром примерно 10-1000 нанометры (нм) в жидкой суспензии.

Техника используется в сочетании с ультрамикроскоп и блок лазерной подсветки, которые вместе позволяют визуализировать мелкие частицы в жидкой суспензии, движущиеся под броуновским движением. Свет, рассеянный частицами, улавливается с помощью CCD или же EMCCD камера на нескольких кадрах. Затем используется компьютерное программное обеспечение для отслеживания движения каждой частицы от кадра к кадру. Скорость движения частицы связана с эквивалентом сферы гидродинамический радиус, рассчитанный через Уравнение Стокса – Эйнштейна.. Этот метод позволяет рассчитывать размер частиц по отдельности, преодолевая недостатки, присущие методам ансамбля, таким как динамическое рассеяние света.^[1] Поскольку видеоклипы составляют основу анализа, возможна точная характеристика таких событий в реальном времени, как агрегация и растворение. Образцы требуют минимальной подготовки, что сводит к минимуму время, необходимое для обработки каждого образца. Спекулянты предполагают, что в конечном итоге анализ может проводиться в режиме реального времени без подготовки, например при обнаружении наличия переносимых по воздуху вирусов или биологического оружия.

В настоящее время NTA работает с частицами диаметром от 10 до 1000 нм, в зависимости от типа частиц. Анализ частиц в самом нижнем конце этого диапазона возможен только для частиц, состоящих из материалов с высоким показателем преломления, таких как золото и серебро. Верхний предел размера ограничен ограниченным броуновским движением крупных частиц; поскольку большая частица движется очень медленно, точность снижается. Вязкость растворителя также влияет на движение частиц и тоже играет роль в определении верхнего предела размера для конкретной системы.

Приложения

NTA использовался коммерческими, академическими и правительственными лабораториями, работающими с токсикология наночастиц, доставки лекарств, экзосомы, микровезикулы, бактериальные мембранные везикулы, и другие мелкие биологические частицы, вирусология и вакцина производство, экотоксикология, белковая агрегация, ортопедические имплантаты, чернила и пигменты, и нанопузырьки.^{[нужна цитата ]}

Сравнение с динамическим рассеянием света

Типичное изображение, созданное НТА.

Обе динамическое рассеяние света (DLS) и анализ отслеживания наночастиц (NTA) измеряют броуновское движение наночастиц, скорость движения которых или постоянная диффузии, Dt, связана с размером частиц через уравнение Стокса – Эйнштейна.

${\displaystyle {(x,y)^{2} \over 4}=Dt={TK_{b} \over 3\pi \eta d}}$

куда

• Dt это постоянная диффузии, произведение коэффициента диффузии D и время т
• ${\displaystyle K_{b}}$ является Постоянная Больцмана,
• Т это абсолютная температура,
• η вязкость
• d - диаметр сферической частицы.

В NTA это движение анализируется с помощью видео - изменения положения отдельных частиц отслеживаются в двух измерениях, из которых определяется диффузия частиц. Зная Dtзатем можно определить гидродинамический диаметр частицы.

Напротив, DLS не визуализирует частицы по отдельности, а анализирует их с помощью цифровой коррелятор - временные флуктуации интенсивности рассеяния. Эти флуктуации вызваны интерференционными эффектами, возникающими из-за относительных броуновских движений ансамбля большого числа частиц в образце. Посредством анализа полученной экспоненциальной автокорреляционной функции можно рассчитать средний размер частиц, а также индекс полидисперсности. Для многоэкспоненциальных автокорреляционных функций, возникающих из полидисперсных образцов, деконволюция может дать ограниченную информацию о профиле распределения частиц по размерам.

История

NTA и связанные с ним технологии были разработаны Бобом Карром.^{[нужна цитата ]} Вместе с Джоном Ноулзом Карр основал NanoSight Ltd в 2003 году. объединенное Королевство компании, в которой Knowles является председатель а Карр - Главный технический директор, производит инструменты, которые используют NTA для обнаружения и анализа мелких частиц в промышленных и академических лабораториях.^[2] В 2004 году Ханно Вахерниг основал в Германии компанию Particle Metrix GmbH. Компания Particle Metrix производит ZetaView, который работает по тому же принципу NTA, но использует другую оптику и флюиды в попытке улучшить отбор проб, дзета-потенциал и обнаружение флуоресценции.

Смотрите также

• NanoSight Ltd
• Динамическое рассеяние света
• Particle Metrix GmbH

Рекомендации

1. Васко Филипе, Андреа Хаве и Вим Джискут (2010). «Критическая оценка анализа отслеживания наночастиц (NTA) с помощью NanoSight для измерения наночастиц и белковых агрегатов». Фармацевтические исследования. 27 (5): 796–810. Дои:10.1007 / s11095-010-0073-2. ЧВК  2852530. PMID  20204471.
2. Награда Королевы за предприятие для международной торговли 2012 была присуждена компании NanoSight. Нанотехнологии сейчас, 1 мая 2012 г.