Analiza śledzenia nanocząstek
Analiza śledzenia nanocząstek ( NTA ) to metoda wizualizacji i analizy cząstek w cieczach, która wiąże prędkość ruchu Browna z rozmiarem cząstek. Szybkość ruchu jest związana tylko z lepkością i temperaturą cieczy; nie ma na to wpływu gęstość cząstek ani współczynnik załamania światła . NTA umożliwia określenie profilu rozkładu wielkości małych cząstek o średnicy około 10-1000 nanometrów (nm) w ciekłej zawiesinie.
Technikę tę stosuje się w połączeniu z ultramikroskopem i modułem oświetlenia laserowego, które razem umożliwiają wizualizację małych cząstek w ciekłej zawiesinie poruszających się pod wpływem ruchów Browna. Światło rozproszone przez cząstki jest rejestrowane za pomocą CCD lub EMCCD na wielu klatkach. Następnie wykorzystuje się oprogramowanie komputerowe do śledzenia ruchu każdej cząstki od klatki do klatki. Szybkość ruchu cząstek jest powiązana z hydrodynamicznym równoważnym kuli obliczonym za pomocą równania Stokesa – Einsteina . Technika ta oblicza wielkość cząstek cząsteczka po cząstce, eliminując nieodłączne słabości technik zespołowych, takie jak dynamiczne rozpraszanie światła . Ponieważ podstawą analizy są klipy wideo, możliwa jest dokładna charakterystyka zdarzeń w czasie rzeczywistym, takich jak agregacja i rozpuszczanie. Próbki wymagają minimalnego przygotowania, co minimalizuje czas wymagany do przetworzenia każdej próbki. Spekulanci sugerują, że docelowo analizę można przeprowadzić w czasie rzeczywistym, bez żadnych przygotowań, np. w przypadku wykrycia obecności wirusów przenoszonych w powietrzu lub broni biologicznej.
NTA obecnie pracuje dla cząstek o średnicy od około 10 do 1000 nm, w zależności od rodzaju cząstek. Analiza cząstek z najniższego końca tego zakresu jest możliwa tylko w przypadku cząstek składających się z materiałów o wysokim współczynniku załamania światła, takich jak złoto i srebro. Górna granica wielkości jest ograniczona ograniczonym ruchem Browna dużych cząstek; ponieważ duża cząstka porusza się bardzo powoli, dokładność jest zmniejszona. Lepkość rozpuszczalnika również wpływa na ruch cząstek i ona również odgrywa rolę w określeniu górnej granicy wielkości dla konkretnego układu.
Aplikacje
NTA jest używany w laboratoriach komercyjnych, akademickich i rządowych zajmujących się toksykologią nanocząstek, dostarczaniem leków , egzosomami , mikropęcherzykami , pęcherzykami błony bakteryjnej i innymi małymi cząsteczkami biologicznymi, wirusologią i produkcją szczepionek, ekotoksykologią , agregacją białek , implantami ortopedycznymi, tuszami i pigmentami i nanopęcherzyki. [ wymagany cytat ]
wNTA
Interferometryczna analiza śledzenia nanocząstek (iNTA) to następna generacja technologii NTA. Opiera się na interferometrycznej mikroskopii rozpraszającej (iSCAT), która wzmacnia sygnał słabych rozpraszaczy. W przeciwieństwie do NTA, iNTA ma lepszą rozdzielczość opartą na analizie dwóch parametrów, w tym rozmiaru i przekroju cząstki.
Porównanie z dynamicznym rozpraszaniem światła
Zarówno dynamiczne rozpraszanie światła (DLS), jak i analiza śledzenia nanocząstek (NTA) mierzą ruchy Browna nanocząstek, których prędkość ruchu, czyli stała dyfuzji, Dt , jest powiązana z rozmiarem cząstek za pomocą równania Stokesa-Einsteina.
Gdzie
- Dt jest stałą dyfuzji , iloczynem współczynnika dyfuzji D i czasu t
- jest stałą Boltzmanna ,
- T to temperatura bezwzględna ,
- η to lepkość
- d jest średnicą kulistej cząstki.
W NTA ruch ten jest analizowany za pomocą wideo – zmiany położenia poszczególnych cząstek są śledzone w dwóch wymiarach, na podstawie których określa się dyfuzję cząstek. Znając Dt można następnie wyznaczyć średnicę hydrodynamiczną cząstek.
W przeciwieństwie do tego DLS nie wizualizuje cząstek indywidualnie, ale analizuje za pomocą korelatora cyfrowego zależne od czasu fluktuacje intensywności rozpraszania. Fluktuacje te są spowodowane efektami interferencyjnymi wynikającymi ze względnych ruchów Browna zespołu dużej liczby cząstek w próbce. Analizując wynikową wykładniczą funkcję autokorelacji, można obliczyć średni rozmiar cząstek, a także wskaźnik polidyspersyjności. W przypadku wielowykładniczych funkcji autokorelacji wynikających z próbek polidyspersyjnych dekonwolucja może dostarczyć ograniczonych informacji o profilu rozkładu wielkości cząstek.
Historia
NTA i powiązane technologie zostały opracowane przez Boba Carra. Wraz z Johnem Knowlesem Carr założył NanoSight Ltd w 2003 roku. Ta firma z siedzibą w Wielkiej Brytanii , której Knowles jest prezesem , a Carr dyrektorem ds. technologii , produkuje instrumenty wykorzystujące NTA do wykrywania i analizy małych cząstek w laboratoriach przemysłowych i akademickich. W 2004 roku Hanno Wachernig założył w Niemczech firmę Particle Metrix GmbH. Particle Metrix tworzy ZetaView, który działa na tej samej zasadzie NTA, ale wykorzystuje inną optykę i płynność, próbując ulepszyć próbkowanie, potencjał zeta i wykrywanie fluorescencji.