Анализ отслеживания наночастиц

Анализ отслеживания наночастиц ( NTA ) — это метод визуализации и анализа частиц в жидкостях, который связывает скорость броуновского движения с размером частиц. Скорость движения связана только с вязкостью и температурой жидкости; на него не влияют плотность частиц или показатель преломления . НТА позволяет определить профиль распределения мелких частиц диаметром около 10–1000 нм в жидкой суспензии.

Этот метод используется в сочетании с ультрамикроскопом и блоком лазерного освещения, которые вместе позволяют визуализировать мелкие частицы в жидкой суспензии, движущиеся под броуновским движением. Свет, рассеянный частицами, фиксируется с помощью камеры CCD или EMCCD в нескольких кадрах. Затем используется компьютерное программное обеспечение для отслеживания движения каждой частицы от кадра к кадру. Скорость движения частиц связана с эквивалентным гидродинамическим радиусом сферы, рассчитанным с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна . Этот метод рассчитывает размер частиц по отдельности, преодолевая присущие ансамблевым методам недостатки, такие как динамическое рассеяние света . ^[1] Поскольку основу анализа составляют видеоклипы, возможна точная характеристика событий в реальном времени, таких 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 можно будет проводить в режиме реального времени без какой-либо подготовки, например, при обнаружении присутствия вирусов, передающихся по воздуху, или биологического оружия.

от 10 до 1000 нм В настоящее время NTA работает для частиц диаметром , в зависимости от типа частиц. Анализ частиц на 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 крупная частица движется очень медленно, точность снижается. Вязкость растворителя также влияет на движение частиц и также играет роль в определении верхнего предела размера конкретной системы.

Приложения

NTA использовался коммерческими, академическими и правительственными лабораториями, занимающимися токсикологией наночастиц , доставкой лекарств , экзосомами , микровезикулами , везикулами бактериальных мембран и другими небольшими биологическими частицами, вирусологией и вакцин производством , экотоксикологией , агрегацией белков , ортопедическими имплантатами , чернилами и пигментами. и нанопузырьки . ^{[ нужна ссылка ]}

иНТА

Интерферометрический анализ отслеживания наночастиц (iNTA) — это новое поколение технологии NTA. Он основан на микроскопии интерферометрического рассеяния (iSCAT), которая усиливает сигнал слабых рассеивателей. В отличие от NTA, iNTA имеет более высокое разрешение, основанное на двухпараметрическом анализе, включая размер и сечение рассеяния частицы. ^[2]

Сравнение с динамическим рассеянием света

Как динамическое рассеяние света (DLS), так и анализ отслеживания наночастиц (NTA) измеряют броуновское движение наночастиц, скорость движения которых или константа диффузии Dt связана с размером частиц посредством уравнения Стокса-Эйнштейна.

{(x,y)^{2} \over 4}=Dt={K_{b}T \over 3\pi \eta d}t

где

Dt — константа диффузии , произведение коэффициента диффузии D и времени t.
k _B – постоянная Больцмана ,
Т — абсолютная температура ,
η — вязкость
d – диаметр сферической частицы.

В NTA это движение анализируется с помощью видео: изменения положения отдельных частиц отслеживаются в двух измерениях, на основании чего определяется диффузия частиц. Зная Dt , можно определить гидродинамический диаметр частицы.

Напротив, DLS не визуализирует частицы по отдельности, а анализирует с помощью цифрового коррелятора зависящие от времени флуктуации интенсивности рассеяния. Эти флуктуации вызваны интерференционными эффектами, возникающими из-за относительных броуновских движений ансамбля большого числа частиц внутри образца. 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. ^[3] Вместе с Джоном Ноулзом Карр основал NanoSight Ltd в 2003 году. Эта британская которой является Ноулз компания, председателем , а Карр — техническим директором , производит инструменты, использующие NTA для обнаружения и анализа мелких частиц в промышленных и академических лабораториях. ^[4] В 2004 году Ханно Вахерниг в Германии основал компанию Particle Metrix GmbH. Particle Metrix производит ZetaView, который работает по тому же принципу NTA, но использует другую оптику и жидкостную технику в попытке улучшить отбор проб, зета-потенциал и обнаружение флуоресценции.

См. также

Ссылки

^ Васко Филипе, Андреа Хоу 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 . ПМЦ 2852530 . ПМИД 20204471 .
^ Кашканова Анна Дмитриевна; Благословение, Мартин; Гемейнхардт, Андре; Сула, Дидье; Сандогдар, Вахид (9 мая 2022 г.). «Прецизионный размерный анализ и анализ показателя преломления слаборассеивающих наночастиц в полидисперсиях» . Природные методы . 19 (5): 586–593. дои : 10.1038/s41592-022-01460-z . ПМЦ 9119850 . S2CID 244124743 . Проверено 27 сентября 2022 г.
^ Хардинг, Джилл (10 мая 2012 г.). «Быстрорастущая биотехнологическая фирма получает королевскую премию» . Солсберийский журнал . Проверено 27 сентября 2022 г.
^ Королевская премия за предпринимательство в международной торговле 2012 года была вручена компании NanoSight. «Нанотехнологии сейчас» , 1 мая 2012 г.

[1] Васко Филипе, Андреа Хоу 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 . ПМЦ 2852530 . ПМИД 20204471 .

[2] Кашканова Анна Дмитриевна; Благословение, Мартин; Гемейнхардт, Андре; Сула, Дидье; Сандогдар, Вахид (9 мая 2022 г.). «Прецизионный размерный анализ и анализ показателя преломления слаборассеивающих наночастиц в полидисперсиях» . Природные методы . 19 (5): 586–593. дои : 10.1038/s41592-022-01460-z . ПМЦ 9119850 . S2CID 244124743 . Проверено 27 сентября 2022 г.

[3] Хардинг, Джилл (10 мая 2012 г.). «Быстрорастущая биотехнологическая фирма получает королевскую премию» . Солсберийский журнал . Проверено 27 сентября 2022 г.

[4] Королевская премия за предпринимательство в международной торговле 2012 года была вручена компании NanoSight. «Нанотехнологии сейчас» , 1 мая 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]