Stanovenie distribúcie veľkosti častíc - spoľahlivé, in situ meranie priamo vo vzorke, v časovo rozlíšených experimentoch pomocou DLS analyzátora Vasco Kin od Cordouan Technologies

Veľkosť nanočastíc (hydrodynamický priemer) je dôležitou vlastnosťou, ktorá súvisí so špecifickým merným povrchom, schopnosťou prechádzať membránami a povrchovými interakciami, agregáciou a stabilitou suspenzií, funkčnou kapacitou (self assembly), optickými, mechanickými a elektrickými vlastnosťami. Vhodnou metódou pre charakterizáciu nanočastíc v suspenziách je dynamický rozptyl svetla (DLS, dynamic light scattering), ktorý je vhodný pre častice od 1 nm do 10 μm. Prístroj VASCO KIN™ je najnovšou generáciou DLS analyzátorov pre kinetickú analýzu distribúcie veľkosti nanočastíc bezkontaktne vo vzorke (in situ) v časovo rozlíšených experimentoch. Možno ho využiť pri monitorovaní syntézy nanočastíc, posudzovaní stability suspenzií či ako súčasť fyzikálno-chemickej charakterizácie suspenzií nanočastíc.

Bezkontaktné meranie
V kombinácii s meracou hlavou pre bezkontaktné meranie (in situ remote optical head) umožňuje VASCO KIN™ sledovať vzorku v reálnom čase priamo v nádobe priepustnej pre laser bez nutnosti prenášania vzorky. Výhodou in situ stanovenia je zamedzenie rizika kontaminácie, zníženie rizika pre operátora (napr. pri analýze rádioaktívnych vzoriek), úspora spotrebného materiálu a času. Zaujímavá je možnosť prepojiť viac experimentálnych prístupov súčasne: napríklad merať v kapiláre s okienkom v kombinácii so SAXS [1] alebo SANS, sledovať nanočastice v reaktore pre mikrovlnnú syntézu alebo pôsobiť vplyvom silného magnetického poľa (in situ prístup merania neohrozuje elektroniku prístroja!) [2]. Možností je celý rad, stačí zabezpečiť prístup laserového lúča do reakčnej nádoby napríklad jeho zameraním do mikrofluidného kanálu alebo tlakovej cely (použiť 1 cm hrubý kremeň).

Obr.%201%20%E2%80%93%20Sledov%C3%A1n%C3%
Obr.,  1 – Sledovanie syntézy nanočastíc v hrubostennom reaktore pomocou meracej hlavy pre bezkontaktné meranie (in situ remote optical head)

Popis konfigurácie, kinetické meranie
Podľa charakteru vzoriek možno zvoliť vhodnú vlnovú dĺžku laseru (405, 488, 515, 638, 785 nm), flexibilne upraviť meracie usporiadanie (pracovná vzdialenosť a uhol), či pridať fluorescenčné filtre a polarizátory. Prístroj je prenosný, s použitím externého zdroja sa dá pracovať priamo v teréne. K prístroju je možné pripojiť rôzne meracie hlavy, napríklad špeciálnu meraciu hlavu pre veľmi zriedené a tmavé/koncentrované vzorky (až 40% hm. koncentrácie) alebo temperačnú hlavu s Peltierovým článkom v teplotnom rozsahu 5-90 °C. Prístroj umožňuje rýchle kinetické merania s rozlíšením až 200 ms, ktoré sú vhodné pre sledovanie syntézy nanočastíc alebo stability suspenzií v reálnom čase.

Obr.%202%20%E2%80%93%20Kinetick%C3%A1%20
Obr. 2 – Kinetická analýza gelácie vyhodnotená pomocou priemernej veľkosti nanočastíc (Z-average)

Vyhodnotenie a analýza dát
Pokročilý softvér NanoKin obsahuje unikátne matematické algoritmy umožňujúce efektívnu analýzu polydisperzných vzoriek v časovo rozlíšených experimentoch. Možno teda sledovať vývoj suspenzie v čase, či už agregáciu, disolúciu alebo sedimentáciu. Analýzy využívajú mimo klasického modelu Cumulant (Gaussova distribučná funkcia, iba jedna priemerná populácia nanočastíc) dva unikátne matematické algoritmy, a to Pade Laplace (diskrétna distribučná funkcia, neobmedzený počet populácií) a Sparse Baysian Learning (kontinuálna distribučná funkcia, neobmedzený počet populácií).

Obr.%203%20%E2%80%93%20Porovn%C3%A1n%C3%
Obr. 3 – Porovnanie matematických algoritmov využívaných pri analýze dát

Súčasťou uvedeného softvéru je rozsiahla databáza rozpúšťadiel a simulačný mód umožňujúci predikciu správania komplexných vzoriek. Výsledky merania je možné exportovať v rôznych formátoch. Online kinetická analýza umožňuje komplexnú analýzu vzoriek - napríklad analyzovať konformačnú dynamiku proteínov v reálnom čase. Výsledky možno vizualizovať pomocou 2D máp. Okrem distribúcie veľkosti nanočastíc možno tiež určiť počet a objem častíc.

Obr.%204%20%E2%80%93%20Vyhodnocen%C3%AD%
Obr. 4 – Vyhodnotenie kinetických dát pomocou SBL, porovnanie časovo rozlíšeného experimentu a vizualizácia pomocou 2D mapy

Možné aplikácie
Kombinácie kinetických meraní, in situ analýzy a posúdenie distribúcie veľkosti nanočastíc pomocou pokročilých algoritmov možno využiť pre celý rad aplikácií:
  • posúdenie morfológie častíc
  • presná kvantifikácia účinnej zložky u vakcín na báze nanočastíc (HIV) [3]
  • kinetika koagulácie (napr. asfalténu)
  • gelácie, soľ-gél prechod
  • fytotoxicita a biologická aktivita
  • stabilita a dynamika správania miciel
  • analýza nanoplastov vo vode [4]
  • analýza atramentových pigmentov
  • veľkosť a správanie protilátok a proteínov
  • polymerizácia

Obr.%205%20%E2%80%93%20Posouzen%C3%AD%20
Obr. 5 – Posúdenie miery agregácie protilátok vo vakcíne

VASCO KIN™ patrí medzi najnovšie generácie DLS analyzátorov tým, že umožňuje presné kinetické analýzy v časovo rozlíšených experimentoch. V kombinácii s možnosťou bezkontaktného merania pomocou špeciálnej optickej hlavy (in situ) a analýzou pomocou pokročilých algoritmov je jedinečný a ponúka riešenie mnohých komplexných problémov. Umožňuje monitorovať syntézu, sledovať aglomeráciu a posudzovať stabilitu suspenzií v reálnom čase. Počas jedného kontinuálneho experimentu umožňuje VASCO KIN™ prístup ku všetkým nameraným veličinám (distribúcia veľkosti, intenzita rozptýleného svetla, korelogramy atď.) a slúži užívateľovi ako sofistikovaný nástroj na kontrolu dát. Prístroj je vysoko citlivý vďaka využitiu výkonného laseru a frekvenčne stabilizovaného „bezartefaktového“ APD detektora, a umožňuje pracovať vo veľmi náročných podmienkach.

Pre náročných užívateľov vyžadujúcich súčasné stanovenie zeta-potenciálu možno využiť „2v1“ analyzátor AmerigoTM (DLS + Laserová Dopplerovská elektroforéza) alebo WallisTM (LDE), ktoré sa chvália najlepším rozlíšením zeta-potenciálu na trhu (0,1 mV).

Anna Pleskačová ( pleskacova@pragolab.cz )

X Potrebujete poradiť? Dohodnúť schôdzku? Napíšte nám